[發明專利]一種氣體鉆井用軸向減振防斷工具

無效

• 申請號: 200810045390.9
• 申請日: 2008-02-19
• 公開（公告）號: CN101230776A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 祝效華;蔣祖軍;張杰;童華
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18;E21B17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于石油天然氣鉆井中的氣體鉆井用軸向減振防斷工具，特別適用于振動和沖擊較強易引起鉆具失效的氣體鉆井施工中。

背景技術

氣體鉆井使用氣體或氣基流體減少對井底巖石的壓持，大幅提高機械鉆速和有效發現及保護油氣層。

氣體鉆井最初探索于上個世紀50年代，受配套技術與裝備的限制，該技術一度被擱置，直至上世紀90年代，氣體鉆井技術才真正開始起步和發展，盡管其發展時間短，但已成為發現與保護油氣層、大幅提高機械鉆速和治理惡性井漏等問題的最有效方法之一。同樣，由于發展時間短，也暴露了許多丞需解決的技術問題，如：鉆具失效、地層出水、井壁垮塌、井斜不易控制等問題，其中斷鉆具問題較為突出，在幾年前的氣體鉆井實踐中即發生了斷鉆具問題，但并為引起重視，至2006年中后期，國內幾家主要的氣體鉆井施工隊伍根據實際數據的統計，一致的認為斷鉆具問題已經成為制約氣體鉆井應用的重大技術難題之一，由于氣體鉆井規模應用時間短(專家學者將我國氣體鉆井初步規模應用界定為自2005年底始)，問題來的突然，工程界和學術界尚來不及弄清其發生機理，還無從提出可行的應對方案。

在這種背景下，我們圍繞近年來氣體鉆井實踐中暴露的井斜失控和斷鉆具問題，以在泥漿鉆井鉆柱系統動力學方面的研究積累為基礎，根據氣體鉆井鉆柱振動邊界的特點，結合氣體鉆井鉆柱與井壁碰撞機理、摩擦機理及鉆頭與巖石互作用的實驗研究，建立氣體鉆井鉆柱系統動力學模型，開發了仿真計算與分析軟件，并結合實鉆資料統計分析，開展了大量的研究工作，通過前期研究發現，氣體鉆井鉆具失效的主要原因是大幅振動與沖擊、氣蝕和腐蝕。并特別發現氣蝕是客觀存在的且很難減輕，腐蝕是較輕微的，但是在高頻高應力振動的激勵下，腐蝕和氣蝕的作用會放大；三者的耦合作用導致了鉆具的異常時效。

因此減振減阻成了氣體鉆井防斷的核心，成了防斷最為切實可行的措施之一。氣體鉆井中由于干摩擦干碰撞導致扭轉振動和橫向劇烈，通過扭轉振動和橫振的激勵，原本相對平緩的軸向震動也較為劇烈，空氣鉆井使用的空氣錘工作時產生沖擊波，對下部鉆柱的失效也有激勵作用，井眼擴大嚴重致使鉆桿彎曲變形大，這都使鉆具特別是與井壁接觸處產生高應力，國外學者研究表明高應力可以加劇腐蝕和氣蝕的作用效果。我們在氣體鉆井鉆柱振動力學研究的基礎上，提出了“除進行鉆井參數優化外，還應設計和使用減阻減振防斷扶正接箍”。在這個背景下，我們設計了針對氣體鉆井鉆桿失效、加重鉆桿失效、鉆鋌失效的減阻減振防斷扶正接箍。本次申請即是為了減少氣體鉆井軸向振動和沖擊而設計的軸向減振防斷工具。該工具可以有效吸收空氣錘殼體向尚部鉆柱傳遞的沖擊，還可以有效吸收鉆頭破碎巖石時產生的軸向振動，從而可以有效防止氣體鉆井鉆具大效。

發明內容：

本發明的目的是：為了防止氣體鉆井中鉆具失效，降低由于氣體鉆井強振動和沖擊引起的高頻鉆具失效，減少鉆具消耗，縮短工期，特提出一種氣體鉆井用軸向減振防斷工具。

為了達到上述目的，本發明解決此問題所采用的技術方案是：一種氣體鉆井用軸向減振防斷工具，安裝在鉆柱與空氣錘之間，是由上殼體螺紋1、上殼體2、上減振片3、上墊片4、中心軸5、殼體連接螺紋6、下殼體鍵槽7、中心軸花鍵8、下墊片9、下減振片10、中心軸下螺紋11、下殼體12、下殼體臺肩13、上殼體臺肩14、中心軸臺肩15和中心軸上端面16組成。其結構特征是：中心軸5底端加工有螺紋11，連接在空氣錘上，中心軸5中下部加工有花鍵8；下殼體12內表面加工有花鍵槽7，中心軸臺肩15通過下減振片10和下墊片9與下殼體臺肩13配合；中心軸5上端面16通過上墊片4和上減振片3與上殼體臺肩14配合；上殼體2與下殼體12通過螺紋6連接。

上減振片3與下減振片10的厚度為5～15mm，其外徑與上殼體2和下殼體12內徑相比，略小1～2mm。上墊片4與下墊片9的厚度為3～8mm。

本發明與現有技術相比，具有的有益效果是：(1)本減振防斷工具工作元件少，結構合理，工作可靠性高；(2)減振效果好，特別適用于氣體鉆井強振動和沖擊工況，也可用于泥漿鉆井強振動工況。

附圖說明

圖1是本發明氣體鉆井用軸向減振防斷工具結構示意圖；

圖2是本發明氣體鉆井用軸向減振防斷工具中心軸5結構示意圖；

圖3是本發明氣體鉆井用軸向減振防斷工具下殼體12結構示意圖；