专利名称：一种悬浮钻井工艺方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于石油或地质工业中，进行钻直井或斜井(井斜小于20度)作业的一种悬浮钻井工艺方法及应用这种方法使用的轴向力隔离装置及大偏心量偏心钻铤。
常规钻井，是把钻头、钻铤、钻杆、扶正器以及连接接头连接起来组成钻具用钻机的提升系统把钻具下到井底，将柴油机输出的动力经过传动装置传递到转盘上，由转盘带动井下钻具旋转(或利用井下动力钻具带动钻头旋转)，同时调节大钩上提负荷使钻头对地下岩石加压。处于井底位置的钻头以冲击、滚动、切削的方式破碎岩石，取得机械钻速。钻进时，井下钻具特别是钻杆柱部份有较大的弯曲，钻具旋转，弯曲部份作用有离心力。由于钻头转速的变化导致离心力变化，在这种变化的离心力作用下使得钻具发生轴向伸缩，导致钻头时而冲击岩石、时而离开岩石，产生峰值钻压，从而减少了钻头的有效工作行程，同时由于冲击载荷的作用减少了钻头轴承、牙齿或切削刃的寿命。钻进时，在峰值钻压的作用下，钻头产生峰值扭矩，使得钻头产生较大的径向切削力。
本发明针对已有技术的不足之处，提供一种使用轴向力隔离装置及大偏心量偏心钻铤的一种悬浮钻井工艺方法及装置，使得钻进时钻具产生的轴向伸缩传递不到钻头上，从而消除由其产生的峰值钻压，提高钻头的有效工作行程，提高钻头的机械钻速。为克服由于轴向隔离装置而造成钻头径向切削力减少，使用大偏心量偏心钻铤，以增加钻头的径向切削力，保证井斜量符合井身质量要求。
本发明要点设计一种轴向力隔离装置。该轴向隔离装置的花键轴(1)与冲管螺帽(8)之间用丝扣连接，冲管螺帽(8)与花键套(6)之间有一定空间，花键轴(1)可以在这个空间内移动。开始钻进时，轴向力隔离装置花键轴(1)处于上死点位置(即冲管螺帽(8)的开口端与花键套(6)闭合)。当钻机提升负荷，略小于轴向力隔离装置上的钻具重量加上作用在花键轴(1)上的摩擦力加上泵开力(冲管体(7)下端与下接头(12)之间有一空间，由于下接头(12)的水眼直径与冲管体(7)下端面的横截面直径不同，当一定压力的泥浆流通过时，对冲管体(7)有一上举力，这个力简称泵开力)时，冲管螺帽(8)与花键套分开，这时轴向隔离装置即不受拉力也不受压力，处于悬浮状态，当轴向伸缩传递到花键轴(1)上时，花键轴(1)在冲管螺帽(8)与花键套(6)之间的空间内移动一定量，这时冲管螺帽(8)与花键套(6)不接触，轴向力隔离装置以上的轴向伸缩传递不到钻头上，从而消除了由于钻具伸缩产生的峰值钻压。
采用一种大偏心量偏心钻铤。它是把一根园环柱状钢材沿轴向切削，加工成除丝扣部份外，在其轴向两端一定距离内，横截面为同心园环形，其余部份的横截面为一半是同心园环形另一半为不同心半园环形，并且沿横截面为同心半园环形一侧的轴向焊若干个重金属块(13)的园柱体。把它接在钻头上，由于它的重心与钻具重心偏离，当钻头旋转时，在偏心钻铤上作用有变化的离心力，在这个力的作用下产生一个沿钻具轴向的力，有利于减少井斜，在这个离心力的作用下，可以增加钻头的径向切削力。
使用轴向力隔离装置及大偏心量偏心钻铤的悬浮钻井工艺，是把轴向力隔离装置连接在钻铤适当部位，把偏心钻铤接在钻头上，与钻杆，钻铤，钻头组成井下钻具。钻头对井底岩石加压量，来自轴向力隔离装置以下钻铤在钻井液中的重量，轴向力隔离装置可以给钻头传递扭矩输送钻井液。钻进时，轴向力隔离装置即不受拉力也不受压力，处于悬浮状态，当上部钻具产生轴向伸缩传递到轴向力隔离装置上时，轴向伸缩被轴向力隔离装置悬浮，传不到钻头上。从而钻进时，钻头对岩石无大幅度冲击，钻进平稳，提高了钻头旋转有效工作行程，有利保护井壁，可以提高钻头进尺。采用这种工艺，对钻井用的机、泵无特殊要求，可以提高取心收获率，提高金刚石钻头的寿命。
附图一为轴向力隔离装置的剖面示意图。
附图二为大偏心量偏心钻铤的主视虯-A剖视示意图。
以下对附图进行说明1.附图一轴向力隔离装置附图一表明了轴向力隔离装置的结构。它是由花键轴(1)，刮子(2)，盘根(3)，注油孔(4)，刮子体(5)，花键套(6)，冲管体(7)，冲管螺帽(8)，连接体(9)，浮子(10)，盘根(11)，下接头(12)，组成。刮子(2)用来阻止泥浆砂粒进入花键轴(1)上端的密封面，以保证盘根(3)对花键的密封作用。盘根(3)用以花键轴(1)与刮子体(5)之间的密封。注油孔(4)用来给花键轴(1)的外环形空间注油，以保证花键轴(1)和冲管体(8)的油润滑。花键套(6)用以传递扭矩。连接体(9)用以连接花键套(6)与下接头(12)，并在其间安放浮子(9)，浮子(9)用来平衡润滑油路的压力，当浮子(9)的上部油压下降时，浮子(9)上升，油压增大时，浮子(9)下降，保持油路中的油充满。下接头(12)用以连接钻铤。花键轴(1)与冲管螺帽(8)用丝扣连接，花键轴(1)上的母接头与钻铤连接。花键套(6)与冲管螺帽(8)之间有一定的空间，允许花键轴(1)在其间移动。
2.附图二可以看到大偏心量偏心钻铤的全部结构具体的实施在钻井过程中，把轴向力隔离装置及大偏心量偏心钻铤分别接在钻铤和钻头上，送入井底，在钻头接近井底时开动转盘，这时钻具处于受拉状态，轴向力隔离装置的花键套(6)与冲管螺帽(8)闭合。逐步减少提升负荷，当负荷为一定值时，轴向力隔离装置的花键轴(1)下移，花键套(6)与冲管螺帽(8)之间出现一定的空间。这时钻头在轴向力隔离装置以下的钻铤重力及转盘扭矩作用下对井底岩石进行破碎，随着钻头的钻进，通过下放钻具使上述状态得以保持。
权利要求
1.一种悬浮钻井工艺方法，其特征在于采用一种能够消除钻具旋转钻进过程中由于井底钻头转速的变化而导致作用在钻具上的离心力变化所产生的钻具轴向伸缩变形的轴向力隔离装置。采用一种能够增大钻头径向切削力的大偏心量偏心钻铤。
2.按照权利要求1所述的轴向力隔离装置，其特征在于所说的轴向力隔离装置是由花键轴(1)刮子(2)盘根(3)注油孔(4)刮子体(5)花键套(6)冲管体(7)冲管螺帽(8)连接体(9)浮子(10)盘根(11)下接头(12)组成。
3.按照权利要求1所述的轴向力隔离装置，其特征在于所说的轴向力隔离装置的花键轴(1)与冲管体(7)之间采用丝扣连接。
4.按照权利要求1所述的轴向力隔离装置，其特征在于所说的轴向力隔离装置的花键套(6)与冲管螺帽(8)之间有允许花键轴(1)在一定范围内沿轴向移动的空间。
5.按照权利要求1所述的大偏心量偏心钻铤，其特征在于所说的大偏心量偏心钻铤是一种除丝扣部份外，在其轴向两端一定距离范围内。横截面为同心圆环形;其余部份的横截面为一半是同心半圆环形，另一半是不同心半圆环形;在横截面为同心半圆形一侧的外表面沿轴向焊上若干个重金属块(13)的圆柱体。
全文摘要
一种用于钻进直、深、超深井段的新型悬浮钻井工艺，是把轴向力隔离装置，安装在钻铤柱上的适当位置处，在钻头上安装大偏心量偏心钻铤。在钻进时当轴向力隔离装置的花键轴位于上、下死点之间时，可以切断轴向力隔离装置上下钻具的轴向力联系，从而消除了因钻具轴向伸缩所产生的峰值钻压。采用这种工艺能够提高钻头旋转的有效工作行程，从而提高机械钻速，增加钻头进尺，提高取心收获率。
文档编号E21B12/00GK1032377SQ8710650
公开日1989年4月12日 申请日期1987年9月28日 优先权日1987年9月28日
发明者林中 申请人:天津大港石油管理局