[發明專利]用于鉆柱的整體葉片穩定器工具

在審

• 申請號: 201610825690.3
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106948766A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 邁克爾·托馬斯·紐曼
• 申請（專利權）人: 歐洲鉆探工程公司
• 主分類號: E21B17/10
• 分類號: E21B17/10
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 湯慧華,鄭霞

發明領域

本發明涉及用于當鉆油井、氣井或地熱井時穩定鉆柱操作的整體葉片穩定器工具(monolithic blade stabiliser tool)。

現有技術

在定向鉆探中，保持對操作的完全控制是非常重要的。為了保持對鉆柱的控制，已知的是，使用放置在底部鉆具組件(bottom hole assembly)中的一定數量(通常兩個或三個)的所謂的鉆探穩定器工具。鉆柱中的穩定器的主要功能是支撐和穩定穿過地表面的鉆孔中的底部鉆具組件。當重量被施加或因經由鉆柱傳遞的振動和沖擊載荷而發生抖動時，穩定器還應提供穩定性。具有兩個穩定器工具200的鉆柱底部鉆具組件構型100的一個示例在圖1中示出。穩定器工具200包括圓柱形穩定器主體和位于所述圓柱形穩定器主體的外表面上的由高強度鋼制成的多個穩定器葉片1。葉片可以是直的或螺旋形的，具有耐磨的硬表面。穩定器葉片的設計應該是這樣的，使得在鉆探操作的所有階段期間，它們減少了鉆孔中的摩擦和阻力，從而防止眾所周知的問題，諸如損壞鉆孔、泥包(balling up)和鉆孔失穩。另外，穩定器工具不應該抑制鉆探的巖屑通過鉆探液從孔中攜帶出來。葉片的接觸面積應該足夠大以充分支撐鉆孔中的鉆柱，同時最小化或消除穿透鉆孔壁。

葉片可以螺紋連接到主體，從而使葉片可替換。EP1650400描述了具有可替換的穩定器葉片的鉆柱穩定器工具。穩定器葉片組件包括具有孔的安裝塊，該孔用于通過螺栓將塊安裝在穩定器主體上。穩定器葉片1在圖2中被示出安裝到圓柱形穩定器主體11上。穩定器主體的圓柱形表面設置有軸向對齊的安裝槽15。穩定器葉片包括上部穩定部分2和下部向下突出的安裝部分3。向下突出的安裝部分3具有錐形的前壁9和后壁10以與安裝塊13的匹配的錐形部分相配合，該安裝塊13通過螺栓固定到穩定器主體。

當兩個錐形安裝塊13擰緊到適當位置時，施加在錐形安裝塊和凹部中的穩定器葉片的錐形向下突出的安裝部分3之間的壓力將整個組件鎖定在適當位置。

盡管該構型已經示出以令人滿意的方式工作，但是當發揮作用的力達到一定的閾值時，其導致了嚴重的失效。在鉆探期間可能實現的不需要的振動，諸如軸向的、橫向的(回旋)以及扭轉的(粘著滑動)的振動，可損壞工具。在沖擊力高于一定閾值的情況下，葉片中的一些可被迫離開其凹部，并且將葉片固定到主體的塊可遭受嚴重損壞。這些問題的一個解決方案是對葉片的安裝提供一些改進。圖3和圖4描述了用于具有可替換葉片的穩定器工具的另一個設計。

穩定器工具(圖3)包括圓柱形主體20和多個相同的穩定器葉片，圓柱形主體20界定縱向軸線X并且在其表面上具有多個縱向凹槽14，每個縱向凹槽14具有相應的銷13，該銷13作為圓柱形主體20的一體的部分從凹槽14內的底部表面徑向延伸。

圖4中描述的穩定器葉片1’具有一體的安裝部分，即，對于穩定器工具的組件，沒有分開的安裝塊。葉片1’具有界定縱向軸線的長形形狀。葉片包括安裝時從所述圓柱形主體20的縱向軸線X徑向向遠側放置的上部穩定部分2和從所述縱向軸線X徑向向近側放置的下部安裝部分3。下部安裝部分3具有凹進的縱向槽以接合從凹槽14的底部表面突出的對應的銷13，凹進的縱向槽一般通過銑削操作形成到圓柱形主體20的表面中。穩定器葉片1’借助于螺栓固定在凹槽14中。在下部安裝部分3的前部部分處的矩形周邊區域15和在下部安裝部分3的后部部分處的三角形周邊區域16將分別容納用于安裝螺栓的三個孔17和一個孔17。三個孔還形成于凹槽14的前部(或前置的)矩形周邊中，并且一個孔形成于后面(或后部)三角形周邊中。以這種方式，穩定器葉片完全嵌入在圓柱形主體20中，產生較好的水動力性能，此外，作用在穩定器葉片上的載荷借助于存在的與中心銷13且與凹槽14的壁的接觸而均勻地分布到圓柱形主體20的結構。通過引入銷，實現載荷的更好的均勻分布并且主要避免螺栓的過載是可能的。其它的優點是更大的表面接觸面積和較寬的占據區域(foot print)，該較寬的占據區域導致改進的穩定性。

在某些情況下，明智的是避免使用可替換的葉片并且相反采用整體類型的葉片穩定器工具以用于鉆柱，其中主要好處是，沒有例如工具縮小時所面對的挑戰造成的螺栓或葉片丟失的風險。

在全球有大約5000個鉆探設備(陸地和海上)，其活動水平與油價和市場需求有緊密的聯系。因此，需要數個穩定器工具設計類型以覆蓋鉆探應用、巖層以及環境的整個范圍。這樣，整體葉片類型和可替換葉片類型的穩定器工具設計應該是可行的。