[發明專利]控制隨鉆擴眼鉆壓分配關系的裝置及方法

有效

• 申請號: 201210195004.0
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN103485723A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 馬汝濤;林雅玲;王輝;任榮權;王宏偉;紀友哲;李顯義;韓飛;賈濤;朱英杰;王雪;盧靜;耿莉;田毅;王金宏;劉洋
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B10/32
• 分類號: E21B10/32;E21B10/43;E21B10/54
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 黃厚剛

技術領域

本發明涉及鉆井設備領域，特別涉及一種控制隨鉆擴眼鉆壓分配關系的裝置以及控制隨鉆擴眼鉆壓分配關系的方法。能夠合理調整隨鉆擴眼過程中的鉆壓分配關系，提高擴眼作業的安全性和穩定性。

背景技術

在鉆井技術的隨鉆擴眼過程中，鉆壓在領眼鉆頭和隨鉆擴眼器之間的分配關系是需要特別關注的參數之一，若鉆壓分配關系不合理，則極易造成領眼鉆柱的粘滑或劇烈橫向振動，鉆具過早損壞，機械鉆速隨之降低。

鉆壓分配關系一般以領眼鉆頭和隨鉆擴眼器各自承擔的鉆壓之比來表示，一般約定領眼鉆頭和隨鉆擴眼器的鉆壓分配比以字母f_w標識，則

fw=WrWb]]>

其中W_b為領眼鉆頭所承擔鉆壓，Wr為隨鉆擴眼器所承擔鉆壓。

通常地，f_w受領眼鉆頭和隨鉆擴眼器所破碎地層的截面積影響較大，因而估算時往往以隨鉆擴眼器與領眼鉆頭切除地層的橫截面積比作為二者所受鉆壓之比。該法涉及因素單一，準確率不高，據此很難正確匹配設計隨鉆擴眼所需的領眼鉆頭和擴眼器。

現有技術有將井壁視為受內外壓的厚壁筒，分析了領眼鉆頭與隨鉆擴眼器所切削地層的抗壓強度差異，提出了表征上述差異的階梯效應指數并將其引入鉆壓分配比的計算，但該法假設隨鉆擴眼器與領眼鉆頭切削巖石的功率相同，適應領域較窄。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：現有的鉆具不能夠合理調整隨鉆擴眼過程中的鉆壓分配關系，擴眼作業中存在較大的安全性和穩定性隱患；并且無有效的方法能夠指導隨鉆擴眼器和領眼鉆頭的設計以保證鉆壓分配比介于合理的范圍內。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種控制隨鉆擴眼鉆壓分配關系的裝置及控制隨鉆擴眼鉆壓分配關系的方法，能夠合理調整隨鉆擴眼過程中的鉆壓分配關系，指導隨鉆擴眼器和領眼鉆頭的設計過程，進而提高擴眼作業的安全性和穩定性。所述技術方案如下：

一方面，提供了一種控制隨鉆擴眼鉆壓分配關系的裝置，所述裝置包括：隨鉆擴眼器、短鉆鋌和領眼鉆頭，所述隨鉆擴眼器與所述短鉆鋌的上端相連接，所述短鉆鋌的下端與所述領眼鉆頭相連接，所述隨鉆擴眼器上設置有至少一只擴眼刀具組件，所述領眼鉆頭的直徑小于所述隨鉆擴眼器在所述擴眼刀具組件擴張狀態下的外徑。這樣，領眼鉆頭切削的領眼洞徑較小，隨鉆擴眼器在領眼鉆頭切削的領眼基礎上繼續切削，使得被隨鉆擴眼器再次切削的主井眼洞徑擴大，有利于平衡鉆具和被切削泥石的排出。

進一步地，所述擴眼刀具組件包括擴眼刀翼、刀翼切削齒和刀翼穩定段，所述擴眼刀翼可伸縮地設置在所述擴眼刀具組件上，所述刀翼切削齒和所述刀翼穩定段覆設在所述擴眼刀翼上；所述刀翼穩定段設置在所述擴眼刀具組件的中部，所述刀翼穩定段的兩端均設置有所述刀翼切削齒。擴眼刀具組件整體地沿圓周方向設置在隨鉆擴眼器的桿件上，擴眼刀具組件能夠可操作地擴張和收縮。其中擴眼刀翼的輪廓線較為尖銳，能夠切削不同地質的巖土；刀翼切削齒為PDC切削齒，具有比現有的切削齒更大的前傾角度，因而其切削能力大大加強；刀翼穩定段覆設在擴眼刀具組件的中部，其由硬質合金制造，主要用于在切削擴眼過程中穩定擴眼刀翼、刀翼切削齒，提高整個鉆具的穩定性能，該刀翼穩定段不具有切削能力。

進一步地，所述刀翼切削齒是前傾角為25°～30°的錐形切削齒。

進一步地，所述隨鉆擴眼器上設置有三只、四只或者六只所述擴眼刀具組件。優選為在隨鉆擴眼器上設置三只擴眼刀具組件，這樣其擴張性能和對稱穩定性能更好。