[发明专利]一种利用空气动力学的自动垂直钻井工具

说明书

技术领域

本发明涉及的是钻井工程所用的一种利用空气动力学的自动垂直钻井 工具。

背景技术

现有技术中此类垂直钻井工具已有以下专利文献予以批露。

中国专利说明书CN 2431393Y(2001年5月23日公开)描述了机电液 一体化自动垂直钻井工具，该钻井工具能够在井斜时，进行自动探测倾斜 情况，并使钻头上自动产生一个附加的降斜力。该钻井装置设有固定导向 套，其内设有钻柱及探测控制装置，探测控制装置与电磁换向阀控制连接， 导向液压缸嵌设于固定导向套内靠近钻头的部位，导向活塞伸于固定导向 套的外壁。

中国专利说明书CN 1519455A(2004年8月11日公开)描述了一种垂 直钻井防斜装置，它至少包括一段钻铤和固定在钻铤上的偏心稳定器，所 述的偏心稳定器分别固定在钻铤两端，在钻铤的外圆表面上还装有偏心块。 该发明结构简单，钻井时能够在满足钻头破岩所需的钻压前提下有效地将 井斜控制在允许范围内，实现复杂地层钻进防斜打快的目标。

中国专利说明书CN 1676862A(2005年10月5日公开)描述了一种机 械式自动垂直钻井工具，其原理是适时感应井斜的重力信号，由重力驱动 机构，建立钻柱内外高低压流体间的通道，利用二者间的压差，驱动活塞 适时推靠井壁高边。该发明在实现主动、适时防斜的同时，还能够有效解 放钻压，大幅提高钻速和井眼质量，降低施工风险，本发明具有结构简单、 可靠、适用多种钻井平台、加工制造和使用维护成本低等特点。

井斜问题始终困挠着钻井工程师们，为解决这个问题，国内、外专家 就钻柱力学、钻头设计、钻井参数优化等做了大量的研究，同时也设计了 多种垂直钻井工具及垂直钻井系统，例如如上述专利提到的垂直钻井工具， 这些工具已经或将为垂直钻井施工起到重要作用，国外Baker Hughes公司 推出了VertiTrak系统，Schlumberger公司推出了PowerV系统，这些系 统已经在钻井施工中发挥了重要作用。

如上文献中所述的各类垂直钻井工具或垂直钻井系统，都有着各自的 优点，但也存在各自的局限性，以上工具都只适用于泥浆钻井，在气体钻 井过程中，气柱压力、泵压、钻压内外压差都较低，很难以此压力开启垂 直钻井工具的推靠机构。随着气体钻井技术的发展，以及气体动力学研究 的深入，如何利用气体动力学的特点来实现气体垂直钻井，以控制井身质 量。

发明内容

为克服已有技术存在的不足，本发明提供了一种利用气体动力学的自 动垂直钻井工具，由心管、偏心外筒、下接头、密封环、钢珠、密封螺钉 几大部分组成，其特征是：由心管、下接头螺纹联接，偏心外筒套于心管 上，钢珠分布于心管及偏心外筒间。

本发明的目的在于提供一种操作方便、结构简单、稳定性好、使用寿 命长的自动垂直钻井工具。

本发明还采用如下技术方案：

心管、下接头为管状结构，两端部都有螺纹，分别与其它钻具螺纹联 接；心管台肩处、偏心外筒上、下端部及下接头上端台肩处均开有密封槽， 槽内安装密封环，起密封心管及偏心外筒的润滑空间；心管外部及偏心外 筒内部及分布有多个圆弧槽，并相匹配，在圆弧槽内装有钢珠，以实现偏 心外筒与心管为滚动摩擦，保证偏心外筒在重力作用下可以将较重一侧转 至井眼低侧；偏心外筒圆弧槽上开有一注油孔，该注油孔不仅有注润滑油 的功能，而且在装配时可以从此孔装入钢珠，在注油孔外侧安装有密封螺 钉；偏心外筒的横向截面轮廓线由椭圆弧段、圆弧段组成，纵向对称面截 面外轮廓线类似于机翼横截面轮廓线，以此外形可以利用井底高速气流产 生向井眼低边的推靠向力，实现自动垂直钻井。

本垂直钻井工具有如下优点：

1、操作方便，采用重力感应井斜原理进行自动感应及自动纠斜，不需 增加任何操作；

2、结构简单、稳定性好，采用机械式结构，使用过程中性能发挥稳定。

附图说明：

图1本发明专利结构示意图

图2剖视图视图

图3安装及流线示意图

附图说明：

1.心管    2.偏心外筒    3.下接头    4.密封环

5.钢珠    6.密封螺钉

具体实施方式