[發明專利]一種機械自動垂直鉆井工具

在審

• 申請號: 201711029398.1
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107780835A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 裴緒建
• 申請（專利權）人: 裴緒建
• 主分類號: E21B7/10
• 分類號: E21B7/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利屬于石油鉆井機械領域，具體涉及一種機械自動垂直鉆井工具，主要用于解決石油天然氣領域鉆井防斜、降斜問題。

背景技術

鉆井是把地下油氣資源開采到地面的必然途徑。在鉆井過程中，由于高陡斜地質構造、地層軟硬不均、鉆頭類型及結構、鉆具組合等多種原因，所鉆直井(或直井段)不可能完全垂直或全井井斜為0°。按照井身質量標準要求，如果井斜超標，將根據合同扣款處罰，嚴重的則必須填井重鉆，造成巨大經濟損失。

在鉆井領域，防斜和降斜是一個永恒的研究課題。早期，主要采用鉆鋌、偏重鉆鋌、異形鉆鋌和穩定器等，根據懸臂梁彎曲變形原理，將鉆鋌和穩定器組合成不同結構鉆具組合進行防斜、降斜。如果效果不佳，小鉆壓吊打鉆進，機械鉆速慢，鉆井周期長，作業成本高。二十世紀八十年代以來，多家國外油服公司相繼研制成功垂直鉆井工具，性能可靠，服務費用昂貴。近幾年，國內多家油田企業和科技院所合作開展垂直鉆井工具研制工作，其中大慶鉆探鉆井院、西部鉆探鉆井院、勝利油田鉆井院和寶雞石油等單位相繼研制成功并開始現場試驗，但至今未商業化推廣應用。

根據多年鉆井現場經驗，本發明專利提出了一種機械自動垂直鉆井工具，可有效解決鉆井防斜、降斜問題，提高直井鉆井速度和經濟效益。

發明專利內容

本發明專利屬于石油鉆井機械領域，具體涉及一種機械自動垂直鉆井工具，主要用于解決石油天然氣領域鉆井防斜、降斜問題。

本發明專利采用如下具體技術方案實現：

機械自動垂直鉆井工具主要由上接頭、外筒、偏重塊、液壓端、調節噴嘴、圓形驅動管、扇形圓管、壓板、柱塞板和泄壓孔組成。

上接頭、外筒和液壓端通過特殊螺紋連接成一體，將上部鉆具鉆壓、扭矩和拉力傳遞給鉆頭，驅動鉆頭破巖鉆進。其中，上接頭上端是石油鉆具螺紋，用于連接上部鉆具；液壓端下端是石油鉆具螺紋，用于連接鉆頭；液壓端下端軸孔安裝有調節噴嘴，用于調整鉆具內、外壓差。

上接頭、外筒和液壓端共同組成密閉腔室，用于安裝偏重塊和圓形驅動管。根據機械加工工藝不同，上接頭和外筒可加工成整體結構，或者，外筒和液壓端可加工成整體結構。

液壓端周向均布加工N(N≥3且為正整數)個扶正棱，扶正棱直徑略小于井眼直徑。每個扶正棱均加工有柱塞缸，鉆井液通道自柱塞缸底部沿徑向向內延伸到液壓端軸孔內壁圓柱面，周向均布且與柱塞缸方向一致。進一步說，為防止液壓端軸孔鉆井液通道刺壞，可增加硬質軌道缸，硬質軌道缸安裝在液壓端軸孔內且鉆井液通道相連通。

柱塞板是柱塞和推板總稱，屬整體結構，空間形狀近似長方體。柱塞板內側面設計成微凹陷結構，增加高壓鉆井液對柱塞板初始推力；外側面設計成圓柱面，所在圓柱面直徑等于液壓端扶正堎直徑；其余四個側面是兩對相互平行平面。柱塞板通過壓板安裝在柱塞缸內，柱塞板上加工有泄壓孔。當鉆井液通道打開，高壓鉆井液進入柱塞缸時，柱塞板伸出；當鉆井液通道關閉，井壁擠壓柱塞板收回時，鉆井液通過泄壓孔排出。進一步說，柱塞板也可加工成分體結構，即柱塞和推板，柱塞空間形狀可為長方體，可為圓柱體，具體形狀在設計加工時統籌考慮。

液壓端(或硬質軌道缸)軸孔內壁圓柱面中安裝有扇形圓管，扇形圓管開口圓心角設計為任意值。扇形圓管上端與圓形驅動管連接在一起，進一步說，為保護扇形圓管在液壓端(或硬質軌道缸)軸孔內壁圓柱面中自由旋轉，可延長圓形驅動管且在鉆井液通道位置被加工成扇形圓管。或者說，扇形圓管和圓形驅動管是整體結構；或者說，扇形圓管是圓形驅動管中的一段；或者說，偏重塊、圓形驅動管和扇形圓管可加工成整體結構，并稱之為扇形偏重管；所有這些，均需在設計加工時統籌考慮。

偏重塊和圓形驅動管安裝在上接頭、外筒和液壓端共同組成的密閉腔室內。偏重塊根據需要可以加工成不同形狀，也可選用不同材質或者多種材質組合，盡最大可能增加偏重塊重量和重心偏離程度，提高偏重塊擺動靈敏程度。圓形驅動管是中空、等壁厚金屬管，其上、下端分別安裝在上接頭下端軸孔和液壓端上端軸孔中，配套研磨，密封承壓，旋轉靈活，同時，高壓鉆井液從圓形驅動管中高速流過，避免高速鉆井液流對偏重塊靈敏程度造成影響。偏重塊通過軸孔安裝在圓形驅動管上，帶動圓形驅動管旋轉，間接帶動扇形圓管旋轉，因此，偏重塊和圓形驅動管共同組成機械自動垂直鉆井工具的井眼重力高邊工具面驅動機構。