[发明专利]井下钻井组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种井下稳定器，如钻头发动机稳定器，还涉及包括这种稳定器的井下组件。

本发明还涉及用于钻头发动机的改善的稳定器装置，尤其是，但非排他地，涉及与在井筒中运行的可转向高速发动机一起使用的稳定装置。

本发明还涉及到新颖的锁定机构，诸如锁键机构，以允许通过稳定器或与稳定器一起(例如，钻头发动机稳定器)锁定轴，例如，发动机传动轴，特别是，虽然非排他地，该锁定机构用于将钻头(如短量规钻头)连接、固定至所述轴的下端和/或从所述轴的下端拆除所述钻头。

背景技术

各类井下发动机，包括容积式马达和涡轮钻具，可以适于在钻井的钻探期间在钻井内驱动钻头。可转向高速发动机，又称涡轮钻具或涡轮，是井下发动机普遍采用的类型，并在井下钻探领域已经变为公知的。

在可转向高速发动机的发展过程中，人们认识到，在高速时，发动机和钻头组件的稳定是必要的，以减少或消除井筒曲折-俗称为螺旋。这种在高速时可能发生的螺旋式运动可能严重降低钻井速度，以及造成发动机组件的各个部分的过度磨损。这种螺旋效应可能在某些类型的其中形成钻孔的地质构造的情况下尤为严重。

在典型的钻井组件中，钻头连接到位于发动机主体内的发动机轴。

井筒形成的方向可控制，如：通过设置位于组件的合适位置处的弯曲、偏移装置或偏心稳定器。

在正常钻井期间，发动机主体部分以比钻头的速度低的速度旋转，从而减轻偏移装置的效果。另一方面，当需要定向和侧向钻探时，在期望的方向上调节组件的偏移装置并且保持稳定，钻头通过井下发动机以高速旋转。

为了最大化井筒偏移，所谓的钻头伸出量(即从发动机主体壳体上的下端，如下部轴承或下部稳定器，到钻头的操作面的距离)应保持到最小。

通常情况下，大多数钻头包括销连接(阳)，其具有API螺纹以与匹配部件上的套筒连接(阴)的API螺纹配合，匹配部件可以钻铤(drill collar)、接头或发动机轴。然而，在涡轮钻探中，反转螺纹连接已成为普遍做法，钻头设置有盒连接(box connection)。

在井下钻探中，术语“短量规钻头(short gauge bit)”或“长量规钻头”是指外径用于由钻头形成的孔的最后修整和钻头在该孔内导向的目的稳定或导向部。量规可以包括套筒，用于在较长的长度范围内延长钻头的导向部。这个套筒可以作为钻头结构的一体部分。延长的套筒部的直径通常为标称钻头直径+/-1/32英寸。

在现有技术中，短量规钻头被理解为是指具有外圆柱部的钻头，外圆柱部分的长度测量约为1英寸至1.0倍标称钻头直径。这与所谓的长量规钻头相反，长短量规钻头可能具有其长度超过1倍钻头直径的圆柱形部分。此外，所谓的长量规钻头通常由分离件制成，并且具有形成钻头头部的一部分的短圆柱部和由单独的套筒形成并且连接到钻头头部的第二圆柱部。应理解，两个圆柱部结合以使圆柱部长度超过1倍标称钻头直径。两个圆柱部直径大致相同，但可以略有不同；由于存在正常制造公差变化，约1/32英寸的差别是可能的。

短量规钻头已经在钻井组件中使用。然而，已知的包括短量规钻头的组件涉及在量规钻头和发动机主体的端部之间使用稳定器。尽管这种布置在稳定钻头中是有效的，钻头伸出量显著增加，从而降低发动机组件的可操控性。

目前的涡轮机往往采用具有长的总量规长度的钻头，该总量规长度通常为从1倍标称钻头直径至2倍标称钻头直径以上。这已成为必要，以确保产生光滑的井筒。然而，这引入钻头可能被滞留在井筒中的风险，也增加了钻头的成本。

钻头最近的发展通向不再需要在发动机轴的下端和钻头之间存在钻头套筒的发动机组件。这样的布置在美国专利5853053(GILCHRIST等)中公开。虽然其中公开的组件的钻头伸出量减少，但一些相关缺点可能包括稳定器的过早磨损，和长量规钻头可能被滞留在钻孔中的相对高的风险。

本发明的至少一个方面的至少一个实施例的目的在于避免和/或减轻在现有技术中的一个或多个缺点。

本发明的至少一个方面的至少一个实施例的目的在于提供井下钻头发动机稳定器，包括扩孔部件或扩孔装置，其至少设置在稳定器的至少一个刀片的前端部处或附近。

本发明的至少一个方面的至少一个实施例的目的在于提供钻头，其包括量规钻头(例如短量规钻头)和用于将钻头连接到钻头发动机组件的连接装置。

本发明的至少一个方面的至少一个实施例的目的在于提供井下钻头组件，包括改进的稳定器和任选的钻头，诸如短量规钻头，和发动机组装。