[发明专利]动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻具，尤其是一种能利用钻具本身回转时的泵液作用把钻井液带入钻具外表面和井壁或套管壁的摩擦面间，把钻具外表面与井壁或套管壁分开，变钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦的动压润滑钻具，以及具有该动压润滑钻具在钻井过程中能防止井斜的钻具组合。

背景技术

在钻井过程中，对于直井的防斜问题一直是石油天然气钻井领域的难题之一，特别是在高陡构造地区易斜地层进行钻井时井斜问题十分严重。如我国的塔里木、玉门、青海柴达木盆地、四川盆地等地区都存在着大量的高陡构造地层，受地层自然造斜效应的影响，长期以来一直制约着这些地区深层油气资源的勘探开发进程。

为此，人们在钻井防斜方面进行了大量的研究，如第“201020648091.7”号中国专利就公开了一种“防斜打直随钻复合钻井装置”，该装置包括钻头、螺杆钻具、稳定器和钻铤；钻头、螺杆钻具、稳定器和不少于一根的钻铤自下而上依序固定安装在一起，并在稳定器和钻铤之间固定安装有无线随钻测斜仪。钻井时无线随钻测斜仪通过钻柱内钻井液压力脉冲信号实时将井斜角、方位角数据传送到地面，实现对井斜角的监测，发现井斜角增大时，滑动钻进纠斜。

目前现有的防斜打直技术，大多是以上述公知技术为代表的，只能在井斜已经发生时通过钻具与井壁或套管壁的直接接触进行防斜或纠斜，尚不能实现在钻进时使钻具外表面和井壁或套管壁自动分开，使钻具自动趋于井眼中心，以防止井斜的发生，因此，公知的技术中快速钻进与防斜打直的矛盾依然存在。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合，能够变钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦，把钻具外表面和井壁或套管壁分开，达到防止井斜发生的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种动压润滑钻具，该动压润滑钻具能利用钻具本身回转时的泵液作用把钻井液带入钻具外表面和井壁或套管壁的摩擦面间，把钻具外表面和井壁或套管壁分开，从而实现变钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦。

本发明的另一个目的是提供一种具有所述动压润滑钻具的钻具组合，从而在钻井过程中通过动压润滑钻具能够将钻具与井壁或套管壁之间的干摩擦转化为液体摩擦，在降低钻具磨损的同时，能防止井斜的发生。

为此，本发明的动压润滑钻具包括：一中空的中心轴，一壳体能相对中心轴转动地套设在所述中心轴的外部，所述壳体的内壁与所述中心轴的外周面之间形成有环空；至少在所述壳体的内壁上设有一个以上的转子，每个所述转子具有多个向内凸出的转子叶片，所述转子叶片位于所述环空内；所述中心轴的侧壁上设有一个以上的分流孔。

本发明的钻具组合具有钻柱，所述钻柱包括多个依次连接的常规钻具，至少一个如上所述的动压润滑钻具；所述动压润滑钻具设置在相邻的两个所述常规钻具之间。

本发明的动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合与现有技术相比具备的优点和特点是：

本发明提出的动压润滑钻具，由中空的中心轴、壳体组成，其中，中心轴的外部固定有定子，壳体的内部固定有转子，中空的中心轴内能通过钻井液，在钻井液的冲击下转子能带动壳体相对于具有定子的中心轴转动。本发明提出的钻具组合具有钻柱，所述钻柱由多个依次连接的常规钻具、连接在常规钻具之间的动压润滑钻具构成，所述动压润滑钻具上端与其上部的一常规钻具相连，下端与其下部的一常规钻具相连，多个所述动压润滑钻具通过上述连接方式依序间隔连接在钻柱中的常规钻具之间，并随多个常规钻具一起下入井内。

本发明的钻具组合在钻井的过程中，随着钻柱的钻进，进入所述中心轴的钻井液经分流孔后能冲击所述转子叶片带动所述壳体以钻柱(动压润滑钻具中心轴)的中心线为轴线进行转动，当钻柱的中心线与所钻井孔的中心线重合时，所述钻柱的轴线方向不承受径向推力；当钻柱的中心线偏离所钻井孔的中心线时，所述壳体的中心同样偏离井孔中心，与井壁或套管壁较近的壳体一侧与孔壁之间形成楔形间隙，在所述转子的带动下所述壳体转动产生泵液作用，把充满动压润滑钻具与井孔之间的钻井液带入壳体外表面和井壁或套管壁之间形成的楔形间隙内，建立压力液膜，向动压润滑钻具施加垂直于轴向的径向推力，使钻柱的外表面和井壁或套管壁分开，不发生直接接触，或者减少钻柱的外表面和井壁或套管壁的摩擦，从而减少磨损。