專利名稱：一種偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣井鉆井工程領(lǐng)域，具體涉及ー種偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具。
背景技術(shù)：
氣體鉆井是近年來發(fā)展起來的一種可大大提高機(jī)械鉆速的新エ藝。中國石化在川東北區(qū)塊應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)使井深約6000m井的鉆井周期由原來的I 2年縮短到4 6個(gè)月。但是由于缺乏有效的氣體鉆井井斜控制系統(tǒng)或工具，對(duì)氣體鉆井井斜機(jī)理認(rèn)識(shí)不完全清楚，井斜很難控制?，F(xiàn)場施工過程中，常常由于井斜過大，被迫改為鉆井液鉆井，這樣嚴(yán)重影響了鉆速的進(jìn)一步提尚。

為解決這個(gè)難題，國內(nèi)外專家就鉆柱力學(xué)、鉆頭設(shè)計(jì)、鉆井參數(shù)優(yōu)化等做了大量的研究，同時(shí)也設(shè)計(jì)了多種垂直鉆井工具及垂直鉆井系統(tǒng)，這些工具已經(jīng)或?qū)榇怪便@井施エ起到重要作用，國外Baker Hughes公司推出了 VertiTrak系統(tǒng),Schlumberger公司推出了 PowerV系統(tǒng)，這些系統(tǒng)已經(jīng)在鉆井施工中發(fā)揮了重要作用?，F(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CN2431393、CN2532227、CN101025075、CN101358520、CN201068734、CN2895695、CN201236628、CN201129141、CN201288505、CN1519455、CN1676862以及論文“機(jī)械式自動(dòng)垂直鉆井工具的研制”、“自動(dòng)垂直鉆井工具的理論與技術(shù)研究”、“自動(dòng)垂直鉆井工具的設(shè)計(jì)及自動(dòng)控制方法”所描述的自動(dòng)垂直鉆井工具，都有著各自的優(yōu)點(diǎn)，但也存在各自的局限性，以上工具都只適用于鉆井液鉆井，在氣體鉆井過程中，氣柱壓力、泵壓、鉆壓內(nèi)外壓差都較低，很難以此壓カ開啟垂直鉆井工具的推靠機(jī)構(gòu)。其中，專利CN2532227、CN201236628公開了ー種利用離心カ糾斜的偏重或偏心鉆挺，其缺陷是ー是離心カ糾斜受轉(zhuǎn)速、鉆壓和底部鉆具的限制很大，不可避免地影響機(jī)械鉆速；ニ是僅僅依靠鉆具自身的鐘擺カ和偏心鉆鋌的重力產(chǎn)生的降斜カ非常有限；三是井斜越大反而糾斜力越小。專利CN101451425公開了ー種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井工具，通過分流高壓氣體沖擊井壁產(chǎn)生的反作用カ實(shí)現(xiàn)糾斜；CN101566044公開了ー種利用空氣動(dòng)カ學(xué)的自動(dòng)垂直鉆井工具，利用偏心外筒的類似于飛機(jī)機(jī)翼的流線型設(shè)計(jì)，使工具的上、下兩側(cè)形成氣流壓差，產(chǎn)生推靠力，實(shí)現(xiàn)氣體鉆井自動(dòng)糾斜。這兩個(gè)發(fā)明可用于氣體鉆井，但都有局限性，力的來源単一，很難產(chǎn)生較大的糾斜カ。國外專利 TO/1996/031679、US 6851489B2、US 6659201B2、US 6494272B1、US6213226BUUS 6216802BUUS 5484029,US 6769499B2 及 SPE 文獻(xiàn) SPE25759、SPE 21905 所公開的工具中，大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且只有US 6851489B2公開的工具可以用于氣體鉆井，其他均僅適用于鉆井液鉆井。其中，US 6494272B1需要安裝專用井斜測量儀器，需要鉆井液循環(huán)產(chǎn)生壓降驅(qū)動(dòng)翼肋伸縮而推動(dòng)鉆頭側(cè)向切削井壁，改變井眼軌跡；US 6216802B1需要測量井斜，且彎度調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較復(fù)雜；US 5484029、US 6769499B2需要安裝隨鉆測量系統(tǒng)，需要精確而復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
世界專利說明書W0/1996/031679公開的自動(dòng)垂直鉆井工具，其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單。該發(fā)明由ー個(gè)可自由旋轉(zhuǎn)的心軸(傳遞鉆井破巖的力)和內(nèi)外兩個(gè)偏心軸組成，外部的偏心軸的軸向孔偏心，形成的偏重始終讓重的一邊位于井眼的低邊，內(nèi)層的偏心軸的軸向偏心更大，其孔中是驅(qū)動(dòng)鉆頭的心軸。內(nèi)層偏心軸可由地面控制，使得偏心位置可控，夕卜偏心軸的方向隨之可控，這樣形成鉆頭上方的支點(diǎn)以控制井斜。但控制方法也是相當(dāng)復(fù)雜，且僅適用于鉆井液鉆井；另外，僅靠偏心カ糾斜，偏心力小。SPE 25759介紹的自動(dòng)垂直鉆井技術(shù)是，通過鉆井液壓カ驅(qū)動(dòng)活塞推向井壁，實(shí)現(xiàn)降斜。使用這套垂直鉆井技術(shù)在地層傾角達(dá)到60°的地層中，鉆井井斜可以控制在1°以內(nèi)，鉆至6700m時(shí)水平位移只有4m，摩阻值小于120kN ;其缺點(diǎn)是由于需要鉆井液壓カ驅(qū)動(dòng)而無法用于氣體鉆井。SPE 21905介紹的技術(shù)被認(rèn)為是邁向更加多功能的自動(dòng)鉆井系統(tǒng)的第一歩，其通過鉆井液壓カ驅(qū)動(dòng)活塞推向井壁，實(shí)現(xiàn)降斜；而該技術(shù)的缺點(diǎn)是由于需要鉆井液壓カ驅(qū)動(dòng) 而無法用于氣體鉆井。綜上所述，現(xiàn)有的大部分自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)無法適應(yīng)氣體鉆井，即使有少量適用于氣體鉆井的工具，它們也難以產(chǎn)生足夠大的降斜力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供ー種偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，能夠提供足夠大降斜力、適用范圍廣、操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、使用壽命長，實(shí)現(xiàn)氣體自動(dòng)垂直鉆井。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的ー種偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，包括心管I、下接頭3和偏心外筒2 ；所述心管I和下接頭3均為管狀結(jié)構(gòu)，兩者的中心孔是相通的；下接頭3的上端開有凹ロ，心管I的下端置于下接頭3上部的凹口內(nèi)，并與下接頭3通過螺紋連接；在所述心管I的上部開有臺(tái)肩，偏心外筒2套在心管I外面，其上端面卡在心管I的臺(tái)肩處，下端面頂住下接頭3的上端面；所述偏心外筒2的橫向截面的外輪廓線由半橢圓弧段和半圓弧段平滑連接組成，半橢圓弧段的短半軸長和半圓弧段的半徑相等，在軸向上，每個(gè)橫向截面的外輪廓線的半橢圓弧段的短半軸的長度是相同的，而長半軸的長度是變化的，從偏心外筒2的上端到中下部，長半軸的長度沿軸向是從小逐漸變大的，從偏心外筒2的中下部到下端，長半軸的長度沿軸向是從大逐漸變小的；所述偏心外筒2的縱向?qū)ΨQ截面的外輪廓線由上下兩段直線段、左邊的流線型線段和右邊的直線段封閉而成；所述心管I的外壁上沿軸向分布有一組心管圓弧槽，在偏心外筒2的內(nèi)壁上沿軸向分布有一組外筒圓弧槽，所述心管圓弧槽和外筒圓弧槽相匹配構(gòu)成ー組沿軸向分布的環(huán)形槽，在所述環(huán)形槽內(nèi)裝有鋼珠5 ；在所述偏心外筒2的每個(gè)外筒圓弧槽處開有注油孔，鋼珠5和潤滑油均從所述注油孔裝入環(huán)形槽內(nèi)，裝完后，在注油孔內(nèi)安裝有密封螺釘6 ；在所述心管I下部開有ー個(gè)環(huán)形的導(dǎo)流槽9，在導(dǎo)流槽9內(nèi)開有與心管I的軸線垂直的氣體分流孔7，所述氣體分流孔7—端與心管I的內(nèi)孔相通，另一端與導(dǎo)流槽9相通；在所述偏心外筒2的下部開有噴射孔，在縱向?qū)ΨQ截面上，所述噴射孔開在右邊的直線段上；在噴射孔內(nèi)裝有閥門8 ;閥門8的軸線朝上傾斜；導(dǎo)流槽9與噴射孔相通。所述閥門8為單向閥；從氣體分流孔7分流出來的高壓氣體經(jīng)過所述導(dǎo)流槽9進(jìn)入閥門8，從閥門8噴向井壁。在所述心管I的臺(tái)肩處和偏心外筒2的上端面上均開有環(huán)形槽，兩個(gè)環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在所述密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)4 ;在所述下接頭3的上端面和偏心外筒2的下端面上均開有環(huán)形槽，兩個(gè)環(huán)形槽構(gòu) 成密封槽，在密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)4;兩處的密封環(huán)4均用于密封心管I和偏心外筒2之間的潤滑空間。在所述導(dǎo)流槽9內(nèi)開有3個(gè)或4個(gè)在圓周上均布的氣體分流孔7。所述心管I的上端有內(nèi)螺紋，用于連接其它鉆具。本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明基于氣體動(dòng)力學(xué)原理、流固耦合分析方法，利用偏心外筒2的偏重作用自動(dòng)感應(yīng)井斜；利用環(huán)空上返氣流推動(dòng)偏心流線型垂直鉆井工具，產(chǎn)生推靠力，同時(shí)利用分流氣體方法，將分流噴射的反作用力調(diào)節(jié)鉆頭側(cè)向力，共同實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾斜，達(dá)到垂直鉆井施工的目的。具體來說，當(dāng)井斜產(chǎn)生吋，該自動(dòng)垂直鉆井工具偏心外筒2在重力的作用下，將偏心外筒2較重ー側(cè)，也就是流線型外表面的ー側(cè)，偏向井眼低側(cè)，而裝有閥孔8的ー側(cè)朝向井眼高側(cè)，這時(shí)可產(chǎn)生三個(gè)降斜力第一個(gè)是偏心外筒的重力作用；第二個(gè)是偏心外筒的流線型設(shè)計(jì)使得高速上返氣流在工具的上、下兩側(cè)形成壓差，產(chǎn)生推靠カ；第三個(gè)是由氣體分流孔分流的高速氣體通過閥門射向井壁高側(cè)，對(duì)工具產(chǎn)生反作用力。這三個(gè)力同時(shí)同向傳遞給鉆頭，實(shí)現(xiàn)氣體鉆井自動(dòng)糾斜，達(dá)到氣體鉆井自動(dòng)垂直鉆井的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(I)本發(fā)明的操作方便，采用重力感應(yīng)井斜原理進(jìn)行自動(dòng)感應(yīng)及自動(dòng)糾斜，不需增加任何操作；無需鉆井液壓カ驅(qū)動(dòng)，依靠氣體的分流和氣體動(dòng)力學(xué)原理即可實(shí)現(xiàn)降斜，因此特別適用于氣體鉆井；(2)利用本發(fā)明同時(shí)有三個(gè)作用力共同作用，可形成足夠大的糾斜力，且不受轉(zhuǎn)速和鉆壓的限制；同時(shí)可通過更換閥門調(diào)節(jié)噴射直徑，調(diào)節(jié)噴射流產(chǎn)生的反作用力；(3)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、無需安裝任何儀器，穩(wěn)定性好，采用純機(jī)械式結(jié)構(gòu)，使用過程中性能發(fā)揮穩(wěn)定。


圖I是本發(fā)明偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中的A-A視圖。圖3是圖I中的B-B視圖。圖4是圖I中的C-C視圖。圖5是本發(fā)明偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具的安裝及氣體流經(jīng)路線示意圖。其中，I為心管，2為偏心外筒，3為下接頭，4為密封環(huán)，5為鋼珠，6為密封螺釘，7為氣體分流孔，8為閥門，9為導(dǎo)流槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述如圖I所示，ー種偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，包括心管I、下接頭3和偏心外筒2 ；所述心管I和下接頭3均為管狀結(jié)構(gòu)，兩者的中心孔是相通的；下接頭3的上端開有凹ロ，心管I的下端置于下接頭3上部的凹口內(nèi)，并與下接頭3通過螺紋連接；在所述心管I上部開有臺(tái)肩，偏心外筒2套在心管I外面，其上端面卡在心管I的臺(tái)肩處，下端面頂住下接頭3的上端面；所述偏心外筒2的橫向截面的外輪廓線由半橢圓弧段和半圓弧段平滑連接組成，半橢圓弧段的短半軸長和半圓弧段的半徑相等，在軸向上，每個(gè)橫向截面的外輪廓線的半橢圓弧段的短半軸的長度是相同的，而長半軸的長度是變化的，從偏心外筒2的上端到中下部，長半軸的長度沿軸向是從小逐漸變大的，從偏心外筒2的中下部到下端，長半軸的長度沿軸向是從大逐漸變小的，長半軸的長度最大值出現(xiàn)在偏心外筒2下部四分之一處；偏心外筒2的縱向?qū)ΨQ截面的外輪廓線由上下兩段直線段、左邊的流線型線段和右邊的直線段封閉而成；所述流線型線段的最高點(diǎn)即為上述的長半軸的長度最大值所在處；所述縱向?qū)ΨQ截面的外輪廓線類似于機(jī)翼橫截面輪廓線，以此外形可以利用井底高速氣流產(chǎn)生向井眼低邊的推靠向カ；所述心管I的外壁上沿軸向分布有一組心管圓弧槽，在偏心外筒2的內(nèi)壁上沿軸向分布有一組外筒圓弧槽，所述心管圓弧槽和外筒圓弧槽相匹配構(gòu)成ー組沿軸向分布的環(huán)形槽，在所述環(huán)形槽內(nèi)裝有鋼珠5，這樣偏心外筒2與心管I之間為滾動(dòng)摩擦，就能保證偏心外筒在重力作用下可以將較重一側(cè)轉(zhuǎn)至井眼低側(cè)，這個(gè)重力對(duì)整套鉆具產(chǎn)生偏向低邊的拉カ；在所述偏心外筒2的每個(gè)外筒圓弧槽處開有注油孔，鋼珠5和潤滑油均從所述注油孔裝入環(huán)形槽內(nèi)，裝完后，在注油孔內(nèi)安裝有密封螺釘6，所述密封螺釘6是從外側(cè)裝入 注油孔內(nèi)的；在所述心管I下部開有ー個(gè)環(huán)形的導(dǎo)流槽9，在導(dǎo)流槽9內(nèi)開有與心管I的軸線垂直的氣體分流孔7，所述氣體分流孔7—端與心管I的內(nèi)孔相通，另一端與導(dǎo)流槽9相通；在所述偏心外筒2的下部開有噴射孔，在縱向?qū)ΨQ截面上，所述噴射孔開在右邊的直線段上；在噴射孔內(nèi)裝有閥門8，閥門8與噴射孔過盈配合；閥門8的軸線朝上傾斜；導(dǎo)流槽9與噴射孔相通。所述閥門8為單向閥；從氣體分流孔7分流出來的高壓氣體經(jīng)過所述導(dǎo)流槽9進(jìn)入閥門8，從閥門8噴向井壁。在所述心管I的臺(tái)肩處和偏心外筒2的上端面上均開有環(huán)形槽，兩個(gè)環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在所述密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)4 ;在所述下接頭3的上端面和偏心外筒2的下端面上均開有環(huán)形槽，兩個(gè)環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)4;兩處的密封環(huán)4均用于密封心管I和偏心外筒2之間的潤滑空間。在所述導(dǎo)流槽9內(nèi)開有3個(gè)或4個(gè)在圓周上均布的氣體分流孔7，所有氣體分流孔7均與心管I的軸線垂直，所有氣體分流孔7的一端均與心管I的內(nèi)孔相通，另一端均始終與心管I外側(cè)的環(huán)形導(dǎo)流槽9相通，導(dǎo)流槽9又始終與偏心外筒的噴射孔相通，心管I中分流出來的氣體通過噴射孔噴向井壁產(chǎn)生朝向低邊的反作用力。所述心管I的上端有內(nèi)螺紋，用于連接其它鉆具。本發(fā)明的自動(dòng)垂直鉆井工具的裝配步驟如下將心管I、偏心外筒2、密封環(huán)4及下接頭3依次按圖I裝配，再從偏心外筒2上的注油孔裝入鋼珠5，為保證鋼珠充滿心管I與偏心外筒2間的環(huán)形槽，邊裝入鋼珠5邊轉(zhuǎn)動(dòng)偏心外筒2，然后向注油孔內(nèi)注入潤滑油井安裝密封螺釘6。施工前計(jì)算所需噴射孔的直徑，并選擇閥門8，將閥門8安裝于偏心外筒2的噴射孔內(nèi)，過盈配合裝配。當(dāng)采用本發(fā)明進(jìn)行直井鉆井施工時(shí)，根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)、偏心外筒的外形輪廓及鉆井施工要求計(jì)算并調(diào)整氣體排量及氣壓，配制鉆具組合，原則是該自動(dòng)垂直鉆井工具盡量靠近鉆頭，并在該自動(dòng)垂直鉆井工具上部安裝穩(wěn)定器，以保證該工具不與井壁相接觸。
當(dāng)井斜小于2。吋，由于密封環(huán)4、鋼珠5(軸承)存在一定摩擦力，此時(shí)偏心外筒2的偏向是不確定的、隨機(jī)的，此時(shí)上返氣流作用下對(duì)該工具產(chǎn)生的推靠カ和分流氣體的反作用力方向不穩(wěn)定，因此該自動(dòng)垂直鉆井工具不會(huì)產(chǎn)生恒定ー側(cè)的推靠力，不影響正常鉆迸。當(dāng)井斜大于2。吋，鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于自動(dòng)垂直鉆井工具的偏心外筒2是偏重的，在重力作用下，較重的一側(cè)會(huì)轉(zhuǎn)向井眼的低側(cè)，此時(shí)在井斜平面內(nèi)，工具的輪廓線為類似于機(jī)翼橫截面的輪廓線，在高速氣流的作用下，會(huì)在該工具的低側(cè)形成一個(gè)低壓區(qū)，在工具的上側(cè)(即裝有閥門8的ー側(cè))形成一個(gè)高壓區(qū)，在壓差的作用下，在工具上形成ー個(gè)向低邊的推靠力，此カ在鉆頭上形成向井眼低側(cè)的側(cè)向力；同時(shí)，通過心管I的氣體分流孔7分流出來的高壓氣體經(jīng)過導(dǎo)流槽9進(jìn)入閥門8，然后噴向高邊的井壁，產(chǎn)生反作用カ將工具推向井眼低邊。鉆柱鉆動(dòng)時(shí)，偏心外筒2保持該方向上，推靠力、側(cè)向カ始終指向井眼低側(cè)，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾斜，達(dá)到垂直鉆井的目的。圖2、圖3和圖4描述的是該自動(dòng)垂直鉆井工具不同位置處的橫向截面圖，分別為位于偏心外筒2上部、中部及下部的橫向截面圖A-A、B-B、C-C，其中B-B為該偏心外筒2的截面積最大部分，但該截面并非位于偏心外筒2的正中間，而是偏下部分，如此設(shè)計(jì)的目的在于模擬機(jī)翼橫向截面形狀。這三個(gè)截面處于不同位置，但其形狀相似，均由一段橢圓弧與一段圓弧組成，該截面形狀設(shè)計(jì)的目的在于既能形成一定的偏心，又能產(chǎn)生ー個(gè)較為平坦的面，以利于高速上返氣體在該側(cè)形成一個(gè)受カ面。位于C-C截面處的閥門8的軸線朝斜上方向，如此設(shè)計(jì)不僅能在噴射時(shí)產(chǎn)生反作用力，而且有助于氣體攜巖作用。該閥門8為單向閥，不僅具有調(diào)節(jié)噴射ロ大小的作用，而且能在起、下鉆停止循環(huán)時(shí)防止井眼內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)入垂直鉆井工具。圖5描述的是本發(fā)明偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具的安裝及氣體流經(jīng)路線，從圖5中可以看出，為保證該工具不與井壁相接觸，在工具的上部安裝有穩(wěn)定器。該工具對(duì)鉆頭形成的側(cè)向カ實(shí)際上是由三部分構(gòu)成偏心外筒的重力作用；利用空氣動(dòng)カ學(xué)原理在工具兩側(cè)產(chǎn)生的壓差；分流高速氣體射向井壁產(chǎn)生的反作用力，具體來說，第一部分，是由于工具是偏心的，較重的ー側(cè)偏向井眼低側(cè)，傳遞給鉆頭向井眼低邊的側(cè)向力；第二部分，是如上所述由于上返氣流作用形成的壓差，壓差的作用使得工具受到ー個(gè)向下的推靠力，并傳遞給鉆頭向井眼低側(cè)的側(cè)向力；第三部分，是由閥門8噴向井壁氣流的反作用力，對(duì)工具及鉆頭產(chǎn)生另ー個(gè)向井眼低側(cè)的側(cè)向力。本發(fā)明主要應(yīng)用于油氣井鉆井工程領(lǐng)域的自動(dòng)垂直鉆井，特別適用于氣體鉆井。氣體鉆井的機(jī)械鉆速較常規(guī)鉆井提高I 5倍甚至更高，因其在提高機(jī)械鉆速方面具有明顯的優(yōu)勢而得到了迅速發(fā)展。據(jù)美國能源部統(tǒng)計(jì)，美國陸地約30%的油氣井均可采用氣體鉆井技術(shù)來完成。近年來氣體鉆井技術(shù)已被應(yīng)用于淺海大陸架的鉆井作業(yè)，用于潛在漏失層(例如礁相地層)的油氣鉆探。中國于20世紀(jì)60年代開展氣體鉆井試驗(yàn)，此后通過技術(shù)引進(jìn)和自主研發(fā)兩種途徑不斷提高氣體鉆井技術(shù)應(yīng)用水平，氣體鉆井技術(shù)的應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大。實(shí)踐證明，氣體鉆井在解決長段低壓破碎地層的鉆井問題，提高低壓、低滲油氣藏的開發(fā)效益，提高鉆井進(jìn)度等方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢，必將得到更大范圍的應(yīng)用。但目前井斜問題是氣體鉆井需要攻克的最重要難題之一，在施工過程中經(jīng)常由于井斜過大而不得不改為鉆井液鉆井，氣體鉆井井斜已嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。而本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了氣體鉆井自動(dòng)糾斜，達(dá)到氣體鉆井自動(dòng)垂直鉆井的目的，因此，本發(fā)明具有廣闊的應(yīng)用前景。 上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。
權(quán)利要求
1.一種偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，包括心管(I)、下接頭(3)和偏心外筒(2); 所述心管(I)和下接頭(3)均為管狀結(jié)構(gòu)，兩者的中心孔是相通的；下接頭(3)的上端開有凹口，心管(I)的下端置于下接頭3上部的凹口內(nèi)，并與下接頭(3)通過螺紋連接；在所述心管(I)的上部開有臺(tái)肩，偏心外筒(2)套在心管I外面，其上端面卡在心管(I)的臺(tái)肩處，下端面頂住下接頭(3)的上端面； 所述偏心外筒(2)的橫向截面的外輪廓線由半橢圓弧段和半圓弧段平滑連接組成，半橢圓弧段的短半軸長和半圓弧段的半徑相等，在軸向上，每個(gè)橫向截面的外輪廓線的半橢圓弧段的短半軸的長度是相同的，而長半軸的長度是變化的，從偏心外筒(2)的上端到中下部，長半軸的長度沿軸向是從小逐漸變大的，從偏心外筒(2)的中下部到下端，長半軸的長度沿軸向是從大逐漸變小的；所述偏心外筒⑵的縱向?qū)ΨQ截面的外輪廓線由上下兩段直線段、左邊的流線型線段和右邊的直線段封閉而成； 所述心管(I)的外壁上沿軸向分布有一組心管圓弧槽，在偏心外筒(2)的內(nèi)壁上沿軸向分布有一組外筒圓弧槽，所述心管圓弧槽和外筒圓弧槽相匹配構(gòu)成一組沿軸向分布的環(huán)形槽，在所述環(huán)形槽內(nèi)裝有鋼珠(5)； 在所述偏心外筒(2)的每個(gè)外筒圓弧槽處開有注油孔，鋼珠(5)和潤滑油均從所述注油孔裝入環(huán)形槽內(nèi)，裝完后，在注油孔內(nèi)安裝有密封螺釘(6)； 在所述心管(I)下部開有一個(gè)環(huán)形的導(dǎo)流槽(9)，在導(dǎo)流槽(9)內(nèi)開有與心管(I)的軸線垂直的氣體分流孔(7)，所述氣體分流孔(7) —端與心管(I)的內(nèi)孔相通，另一端與導(dǎo)流槽(9)相通；在所述偏心外筒(2)的下部開有噴射孔，在縱向?qū)ΨQ截面上，所述噴射孔開在右邊的直線段上；在噴射孔內(nèi)裝有閥門(8);閥門(8)的軸線朝上傾斜；導(dǎo)流槽(9)與噴射孔相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述閥門(8)為單向閥；從氣體分流孔(7)分流出來的高壓氣體經(jīng)過所述導(dǎo)流槽(9)進(jìn)入閥門(8)，從閥門(8)噴向井壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于在所述心管(I)的臺(tái)肩處和偏心外筒(2)的上端面上均開有環(huán)形槽，兩個(gè)環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在所述密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)(4);在所述下接頭(3)上端面和偏心外筒(2)的下端面上均開有環(huán)形槽，兩個(gè)環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)(4);兩處的密封環(huán)(4)均用于密封心管(I)和偏心外筒(2)之間的潤滑空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于在所述導(dǎo)流槽(9)內(nèi)開有3個(gè)或4個(gè)在圓周上均布的氣體分流孔(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述心管(I)的上端有內(nèi)螺紋，用于連接其它鉆具。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種偏重分流式氣體動(dòng)力學(xué)自動(dòng)垂直鉆井工具，屬于油氣井鉆井工程領(lǐng)域。所述工具包括心管(1)、連接在心管(1)下端的下接頭(3)和套在心管(1)外面的偏心外筒(2)，所述偏心外筒(2)為流線型結(jié)構(gòu)，在心管(1)與偏心外筒(2)之間裝有鋼珠(5)；本發(fā)明操作方便，采用重力感應(yīng)井斜原理進(jìn)行自動(dòng)感應(yīng)及自動(dòng)糾斜，不需增加任何操作；有三個(gè)作用力共同作用，可形成足夠大的糾斜力，同時(shí)可通過更換閥門可以調(diào)節(jié)噴射直徑，調(diào)節(jié)噴射流產(chǎn)生的反作用力；結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，采用純機(jī)械式結(jié)構(gòu)，在使用過程中性能可以穩(wěn)定發(fā)揮。
文檔編號(hào)E21B7/10GK102852459SQ20111017721
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者趙金海, 楊傳書, 陳會(huì)年, 令文學(xué) 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院