[发明专利]一种液压自动垂直钻井工具

说明书

本发明专利提供一种液压自动垂直钻井工具，主要由上接头、密封端、外筒、扇形圆环、金属球、液压端、传动轴、下接头、活塞环、大弹簧、小弹簧、柱塞、推板和调节喷嘴组成。停泵时，金属球利用自身重力作用直接(或间接)带动扇形圆环始终处在液压端顶部(或U型轨道槽底部)圆环形平面底侧扇形环面，工具面恒为180°。开泵时，活塞环把钻具内、外压差转换成液压油压力，液压油经扇形圆环开口圆心角所在液压端顶部(或U型轨道槽底部)圆环形平面顶侧扇形环面区域内液压油通道进入对应柱塞缸，柱塞伸出，推动推板挤压井壁，井壁反作用力推动钻头自动降斜钻进。

技术领域

本发明专利属于石油钻井机械领域，具体涉及一种液压自动垂直钻井工具，主要用于解决石油天然气领域钻井防斜、降斜问题。

背景技术

钻井是把地下油气资源开采到地面的必然途径。在钻井过程中，由于高陡斜地质构造、地层软硬不均、钻头类型及结构、钻具组合等多种原因，所钻直井(或直井段)不可能完全垂直或全井井斜为0°。按照井身质量标准要求，如果井斜超标，将根据合同扣款处罚，严重的则必须填井重钻，造成巨大经济损失。

在钻井领域，防斜和降斜是一个永恒的研究课题。早期，主要采用钻铤、偏重钻铤、异形钻铤和稳定器等，根据悬臂梁弯曲变形原理，将钻铤和稳定器组合成不同结构钻具组合进行防斜、降斜。如果效果不佳，小钻压吊打钻进，机械钻速慢，钻井周期长，作业成本高。二十世纪八十年代以来，多家国外油服公司相继研制成功垂直钻井工具，性能可靠，但服务费用昂贵。近几年，国内多家油田企业和科技院所合作开展垂直钻井工具研制工作，其中大庆钻探钻井院、西部钻探钻井院、胜利油田钻井院和宝鸡石油等单位相继研制成功并开始现场试验，但至今未商业化推广应用。

根据多年钻井现场经验，本发明专利提出了一种液压自动垂直钻井工具，可有效解决钻井防斜、降斜问题，提高直井钻井速度和经济效益。

发明专利内容

本发明专利的目的是提供一种液压自动垂直钻井工具，主要用于解决石油天然气领域钻井防斜、降斜问题。

本发明专利采用如下具体技术方案实现：

液压自动垂直钻井工具主要由上接头、密封端、外筒、扇形圆环、金属球、液压端、传动轴、下接头、活塞环、大弹簧、小弹簧、柱塞、推板和调节喷嘴组成。

上接头、传动轴和下接头通过特殊螺纹连接成一体，把上部钻具钻压、拉力和扭矩传递给钻头，驱动钻头破岩钻进。其中，上接头上端是石油钻具螺纹，用于连接石油钻具；下接头下端是石油钻具螺纹，用于连接钻头；下接头下端轴孔安装有调节喷嘴，用于调整钻具内、外压差。

密封端、外筒和液压端通过特殊螺纹连接成一体，且通过密封端、液压端轴孔安装在传动轴上，轴孔内安装有多道密封圈。密封端、外筒和液压端与传动轴之间即液动密封，又相互旋转。

外筒是加工有内隔板的金属管，内隔板把外筒与传动轴环形空间分割成上部钻井液腔室和下部液压油腔室。

液压端周向均布加工有N(N≥3且为正整数)个扶正棱，每个扶正棱均加工安装有柱塞和推板。柱塞安装在柱塞缸内，液压油通道自柱塞缸底部沿轴向向上延伸到液压端顶部圆环形平面，周向均布且与推板方向一致。柱塞伸出时，推动推板挤压井壁，井壁反作用力推动钻头侧向切削地层；柱塞收回时，井壁挤压推板复位。

传动轴、密封端、活塞环、外筒共同组成钻井液腔室。活塞环与传动轴、外筒、外筒内隔板之间均安装有多道密封圈，使其相互液动密封。传动轴周向均布加工三个钻井液通道，连通钻具水眼与钻井液腔室。活塞环横剖面呈倒“L”状，活塞环和外筒内隔板之间安装有大弹簧。

传动轴、液压端、活塞环、外筒共同组成液压油腔室。外筒内隔板下部管壁加工有注油孔。活塞环下端安装有可调小弹簧，小弹簧下端面与扇形圆环的距离根据柱塞缸最小需油量计算确定。