[发明专利]重力推靠式垂直钻井防斜装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井工具，特别是一种垂直钻井防斜装置。

背景技术

在石油天然气钻井和地质钻探过程中，由于地层倾斜和地层各向异性以及钻柱弯曲等原因，一般都把设计的垂直井钻成三维的弯曲井了。钻成的与设计的差别越大，效果越差。其中一项指标就是井斜角，设计的垂直井的井斜角都是零度。为此，钻成的井眼的井斜角越小越好。为了减小井斜角，人们使用了各种防斜工具。

现有的防斜工具有钟摆钻具、塔式钻具、满眼钻具、偏轴钻具、导向钻具和垂直钻井系统。钟摆钻具有防斜和纠斜作用，但钻速太慢。塔式钻具也有一定的防斜作用，但遇到地层倾斜大和地层各向异性强的地层，就满足不了需要了。满眼钻具在使井眼变得笔直方面效果较好，但在使井眼变得垂直方面效果较差。偏轴钻具有一定的防斜和纠斜效果，但容易断钻具。用导向钻具可以钻直井，但钻速较慢，井眼曲率较大。垂直钻井系统钻直井效果较好，但技术一直被外国公司垄断，而且成本太高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、能有效防止井斜的重力推靠式垂直钻井防斜装置。

本发明主要包括管状重力导向筒、管状芯轴、同心稳定器、偏心稳定器、偏心稳定器增摩带、同心稳定器增摩带、轴承和密封圈。管状芯轴由合金钢制成，上端与母接头连接，下端与公接头连接；母接头用于与上部钻柱连接，公接头用于与下部钻柱或钻头连接。管状重力导向筒是由两种材质组成的，该管状重力导向筒由过轴线的平面平分成两半，其中一半的材质是高密度合金钢，另一半的材质是低密度合金钢，两者之间通过焊接或粘结连接在一起，管状重力导向筒与管状芯轴通过滚动轴承套接在一起，其中在管状芯轴的两侧分别套有滚动轴承的内圈，该滚动轴承的外圈设在管状重力导向筒内，在管状重力导向筒的两端与管状芯轴之间设有密封圈，靠母接头一侧的管状重力导向筒一端的外圆表面设有同心稳定器，该同心稳定器靠管状重力导向筒高密度合金钢一侧设有增摩带，靠公接头一侧的管状重力导向筒一端的外圆表面设有偏心稳定器，偏心稳定器向管状重力导向筒低密度合金钢一侧偏心，该偏心稳定器靠管状重力导向筒低密度合金钢一侧设有偏心稳定器增摩带。

本发明是根据井斜控制理论来设计的。要减小井斜，就要使钻头与下井壁有足够大的作用力或/和钻头的指向向低边拐，要达到这个目的，第一要确定低边，第二使钻头与下井壁有足够大的作用力或/和钻头的指向向低边拐。管状重力导向筒的材质一半为高密度合金钢、另一半为低密度合金钢，在重力的作用下，高密度合金钢的一半处在本发明防斜装置的低边，低密度合金的一半处在该装置的高边，在管状重力导向筒外圆上的同心稳定器和偏心稳定器可使钻头与下井壁有足够大的作用力或/和钻头的指向向低边拐。轴承可以让管状芯轴旋转以带动钻头破碎岩石，而管状重力导向筒不旋转。密封圈可以阻止钻井液进入工具内。该装置在运行时，上端的同心稳定器与下井壁接触，下端向井眼低边偏心的偏心稳定器与上井壁接触。在井斜角很小时，由密封圈和轴承传递的扭矩尽管不大，也可能带动重力导向筒旋转。为了减少这种概率，在同心稳定器的低边有增摩带，偏心稳定器的高边有增摩带。即使重力导向筒旋转，也不是匀速的，处于防斜状态的时间较长，总体上还是防斜。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）结构简单、成本低廉。

（2）不影响转速，稳定性好。

（3）耐久性好，能有效地控制井斜。

附图说明

图1是本发明的结构示意简图。

图2是图1的A-A剖面图。

具体实施方式

在图1和图2所示的重力推靠式垂直钻井防斜装置示意图中，管状芯轴1由合金钢制成，上端与母接头7连接，下端与公接头6连接；母接头用于与上部钻柱连接，公接头用于与下部钻柱或钻头连接。管状重力导向筒2是由两种材质组成的，该管状重力导向筒由过轴线的平面平分成两半，其中一半的材质是高密度合金钢11，另一半的材质是低密度合金钢12，两者之间通过焊接连接在一起，管状重力导向筒与管状芯轴通过滚动轴承10套接在一起，其中在管状芯轴的两侧分别套有滚动轴承的内圈，该滚动轴承的外圈设在管状重力导向筒内，在管状重力导向筒的两端与管状芯轴之间设有密封圈9，靠母接头一侧的管状重力导向筒一端的外圆表面设有同心稳定器3，该同心稳定器靠管状重力导向筒高密度合金钢一侧设有同心稳定器增摩带8，靠公接头一侧的管状重力导向筒一端的外圆表面设有偏心稳定器4，偏心稳定器向管状重力导向筒低密度合金钢一侧偏心，该偏心稳定器靠管状重力导向筒低密度合金钢一侧设有偏心稳定器增摩带5。

使用时，母接头与钻柱连接，公接头与钻头连接，下入井内，转动钻具、加钻压，管状重力导向筒始终将偏心稳定器置于与上井壁接触状态，推动钻头与下井壁接触或/和钻头指向向下倾斜；管状芯轴旋转并传递钻压，驱动钻头钻进，实现降斜。