專利名稱：一種用于氣體鉆井的鉆具穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種用于氣體鉆井鉆具穩(wěn)定器的改進(jìn)。
技術(shù)背景現(xiàn)有技術(shù)中此類用于氣體鉆井鉆具穩(wěn)定器已有專利文獻(xiàn)予以批露中國 專利說明書ZL200510020302. 6 ( 2005月7日27公布)描述了一種氣體鉆水平井用的鉆具扶正器，該扶正器對螺旋流道做了改進(jìn)。但為降低氣體鉆 井發(fā)生井下事故風(fēng)險，此類穩(wěn)定器難以應(yīng)用于直井施工過程中。隨著石油天然氣勘探開發(fā)力度的進(jìn)一步加大，為提高勘探開發(fā)速度、保 護(hù)儲集層，氣體鉆井技術(shù)已在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。但是在氣體鉆井 實施過程中，如何控制好井身質(zhì)量成了一個亟待解決的問題。在以常規(guī)鉆 井液作為循環(huán)介質(zhì)的鉆井過程中，可以釆用鉆具穩(wěn)定器調(diào)整下部鉆具組合 性能，控制井身質(zhì)量。氣體鉆井時，若釆用常規(guī)的鉆具穩(wěn)定器，氣體鉆井 井壁不穩(wěn)定，易出現(xiàn)崩裂、坍塌，在鉆具穩(wěn)定器處造成沉砂卡鉆；起下鉆 過程中易在井壁臺肩處遇阻；地層少量出水時，巖屑與地層水的混合物易附著于鉆具穩(wěn)定器上，形成泥包，阻塞環(huán)空；等等。因此，目前在氣體鉆 井過程中，為保證井下安全，常常不加鉆具穩(wěn)定器，這就給氣體鉆井井身 質(zhì)量控制帶來很大難度。同時，氣體鉆井過程中，鉆具振動劇烈，不加鉆 具穩(wěn)定器時鉆具的橫向振動難以控制，導(dǎo)致鉆具斷裂失效問題嚴(yán)重。為了實現(xiàn)氣體鉆井條件下，調(diào)節(jié)下部鉆具組合性能，提高井眼軌跡控制 能力，減少氣體鉆井由于鉆具振動引起的鉆具斷裂失效，國內(nèi)外已開始研 究用于氣體鉆井的鉆具穩(wěn)定器，但是由于氣體鉆時鉆桿內(nèi)外氣體壓差小， 且鉆具振動嚴(yán)重，若設(shè)計適用于氣體鉆井的變位穩(wěn)定器、變徑穩(wěn)定器、減 振器等還有待于進(jìn)一步的研究，目前的研究工作主要集中于穩(wěn)定器的外形結(jié)構(gòu)、導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)設(shè)計，并已取得部分研究成果。根據(jù)上述技術(shù)背景而提出的本實用新型，其結(jié)構(gòu)簡單，適用性強。本實 用新型的目的是為氣體鉆井井眼軌跡控制提供一種既能調(diào)節(jié)下部鉆具性 能，又能減小井下鉆具橫向振動的鉆具穩(wěn)定器。發(fā)明內(nèi)容該實用新型源于氣體鉆井實際需要，并經(jīng)鉆柱動力學(xué)、流體動力學(xué)技術(shù) 分析，優(yōu)化適于氣體鉆井(包括純氣體鉆井、霧化鉆井及泡沫鉆井)的鉆 具穩(wěn)定器，該穩(wěn)定器能調(diào)節(jié)下部鉆具組合的性能及提高井眼軌跡控制能力， 并能減小氣體鉆井鉆具振動。本實用新型目的是為現(xiàn)場提供一種用于氣體 鉆井的鉆具穩(wěn)定器。該穩(wěn)定器由穩(wěn)定器本體、螺旋體、螺旋導(dǎo)流槽及硬質(zhì)合金齒組成，其特 征是穩(wěn)定器本體為一管狀構(gòu)件，下端加工有鉆具螺紋聯(lián)接公扣，上端加工有鉆具螺紋聯(lián)接母扣，螺旋體由三條螺旋帶組成，其螺旋角為40。 ~60 ° ，縱截面為橢圓形，螺旋體呈橢球形，螺旋導(dǎo)流槽分布于三條螺旋帶之 間，在螺旋帶表面按中間密集兩端稀疏原則鑲有硬質(zhì)合金齒。穩(wěn)定器本體為一管狀構(gòu)件，下端加工有鉆具螺紋聯(lián)接公扣，上端加工有鉆具螺紋聯(lián)接母扣。根據(jù)流體動力學(xué)分析，依據(jù)井底氣流速度及轉(zhuǎn)動鉆具 穩(wěn)定性確定螺旋體由三條右螺旋帶組成，其螺旋角為40。 ~60° ,長度 400mm~ 800mm。該穩(wěn)定器的主要特點在于螺旋體的縱截面為橢圓形，即整 個螺旋體部分呈橢球形，釆用橢球形外形結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點在于A、橢球形 外形結(jié)構(gòu)能夠降低在氣體鉆井過程中沉砂卡鉆風(fēng)險；B、橢球形外形結(jié)構(gòu)有 利于起下鉆時穩(wěn)定器順利通過井壁臺肩處，降低起下鉆遇阻風(fēng)險；C、橢球 形外形結(jié)構(gòu)的兩端有很大一部分沒有與井壁接觸，有利于改善穩(wěn)定器處的 氣流，減小由于穩(wěn)定器引起氣流改變而影響氣體的攜巖能力。為提高螺旋體的耐磨性，在螺旋帶上鑲硬質(zhì)合金齒，其分布原則是中間 密集兩端稀疏，采用此分布原則主要是由于橢球形外形結(jié)構(gòu)的兩端與井壁 接觸機會少，磨損較少，而穩(wěn)定體中部長期與井壁接觸，加密鑲硬質(zhì)合金 齒，以提高穩(wěn)定器的耐磨性。螺旋導(dǎo)流槽橫截面呈扇面狀，其目的主要在于增加環(huán)空橫截面積，減少 對氣體流場的影響。導(dǎo)流槽截面積的大小可以根據(jù)穩(wěn)定器所用的深度、氣 體排量等需求調(diào)節(jié)加工。依據(jù)轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)時的轉(zhuǎn)速、氣流上返速度以及流體動力學(xué)數(shù)值模擬結(jié)果，確定螺旋帶及螺旋導(dǎo)流槽的螺旋角為40° ~60° , 以該穩(wěn)定器在螺旋角條件下旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時對氣流上返阻力小，對氣流攜巖影 響小。


圖l用于氣體鉆井的鉆具穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)示意圖1. 穩(wěn)定器本體2. 螺旋體3. 螺旋導(dǎo)流槽4. 硬質(zhì)合金齒具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合圖1對其發(fā)明做進(jìn)一步的描述,本實用新型所述的用于氣體鉆井 鉆具穩(wěn)定器由本體l、螺旋體2、螺旋導(dǎo)流槽3及硬質(zhì)合金齒4組成(如圖 1),穩(wěn)定器本體l為一管狀構(gòu)件，兩端分別加工公扣、母扣，與鉆具螺紋 聯(lián)接，螺旋體2由三條螺旋帶組成，其螺旋角為40。 ~60° ，縱截面為橢 圓形，螺旋導(dǎo)流槽3分布于三條螺旋帶之間，在螺旋帶表面按中間密集兩 端稀疏原則鑲有硬質(zhì)合金齒4。該鉆具穩(wěn)定器兩端具有與常規(guī)鉆具聯(lián)接螺紋，方便現(xiàn)場安裝及拆卸。該鉆具穩(wěn)定器適用于氣體鉆井施工過程中，A、需通過穩(wěn)定器調(diào)節(jié)下 部鉆具組合性能，以控制井身質(zhì)量；B、需通過穩(wěn)定器降低鉆具振動；C、 該穩(wěn)定器可適用于氣體鉆井過程中存在井壁坍塌，或地層少量出水工況下。由于該穩(wěn)定器釆用螺旋體外形的橢球形結(jié)構(gòu)，起下鉆時，兩端弧形部分 具有很好的引導(dǎo)作用，可以減小遇阻、卡鉆等風(fēng)險；鉆進(jìn)過程中，兩端弧 形結(jié)構(gòu)也具有很好的導(dǎo)流作用，氣體攜巖時不僅可以直接進(jìn)入螺旋導(dǎo)流槽 3,而且可以通過弧形部分進(jìn)入螺旋導(dǎo)流槽，減少了氣流通過螺旋導(dǎo)流槽的 距離，降低了地層水與巖屑混合物(當(dāng)?shù)貙由倭砍鏊畷r)附著于螺旋導(dǎo)流 槽3中形成泥包的風(fēng)險；在接單根或立柱時，沉砂可以通過下部弧形結(jié)構(gòu) 進(jìn)入螺旋導(dǎo)流槽3，并可通過下端弧形結(jié)構(gòu)迅速下沉，降低了沉砂附著于 導(dǎo)流槽中堵塞螺旋導(dǎo)流槽3的風(fēng)險。該穩(wěn)定器螺旋帶及螺旋導(dǎo)流槽3的螺旋角40° ~60° ，這是根據(jù)螺旋體長度、氣流速度、井底壓力、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)，通過流體動力學(xué)數(shù)值模 擬優(yōu)化而來。應(yīng)用過程中，同樣可以根據(jù)這些參數(shù)設(shè)計或選用不同的螺旋 角或螺旋體長度。本專利結(jié)構(gòu)簡單，搡作方便，在氣體鉆井施工中能夠很好地調(diào)節(jié)下部鉆 具組合性能，提高井身質(zhì)量控制能力，并且能減小鉆具橫向振動。
權(quán)利要求1、一種用于氣體鉆井的鉆具穩(wěn)定器，由穩(wěn)定器本體(1)、螺旋體(2)、螺旋導(dǎo)流槽(3)及硬質(zhì)合金齒(4)組成，其特征是穩(wěn)定器本體(1)為一管狀構(gòu)件，下端加工有鉆具螺紋聯(lián)接公扣，上端加工有鉆具螺紋聯(lián)接母扣，螺旋體(2)由螺旋帶組成主，其螺旋角為40°～60°，縱截面為橢圓形，螺旋體呈橢球形；螺旋導(dǎo)流槽(3)分布于螺旋帶之間，在螺旋帶表面按中間密集兩端稀疏原則鑲有硬質(zhì)合金齒(4)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于氣體鉆井的鉆具穩(wěn)定器，以調(diào)節(jié)下部鉆具組合性能。穩(wěn)定器由本體、螺旋體、螺旋導(dǎo)流槽及硬質(zhì)合金齒組成，穩(wěn)定器本體為一管狀構(gòu)件，兩端分別加工與鉆具聯(lián)接螺紋，螺旋體由螺旋帶組成，其螺旋角為40°～60°，縱截面為橢圓形，螺旋體呈橢球形，螺旋導(dǎo)流槽分布于螺旋帶之間，在螺旋帶表面按中間密集兩端稀疏原則鑲有硬質(zhì)合金齒。本穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)簡單，具有提高井身質(zhì)量，減小鉆具振動等特點，能夠降低氣體鉆井時發(fā)生起下鉆遇阻、沉砂卡鉆等井下復(fù)雜事故造成的風(fēng)險。
文檔編號E21B17/10GK201087704SQ200720028708
公開日2008年7月16日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者波 唐, 王敏生, 趙金海, 閆振來, 韓來聚 申請人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院