专利名称：一种悬浮钻井工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明属石油或地质工业中，进行钻直井或斜井(井斜小于45度)作业的一种悬浮钻井工艺及应用这种工艺使用的轴向力隔离装置(简称悬浮器)。
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，弯曲部分作用有离心力。由于钻头转速的变化导致钻柱离心力变化，在这种变化的离心力作用下使得钻柱发生轴向伸缩，致使钻头时而冲击井底岩石、时而离开井底岩石，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冲击。
本发明的目的正是为了避免上述已有技术的不足而提供的一种悬浮钻井工艺及装置。使钻进时钻柱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和机械钻速。
本发明的目的可通过如下措施来实现将悬浮器安装在钻柱的计算中和点处。计算中和点的计算公式为
Ld= (Px+Pp-Pk-Pm)/(γg)本发明的目的还可通过以下措施来实现悬浮器中的冲管密封面外径小于花键轴的密封面外径，两个密封面外径差随井深增大而减小。连接体上安装有油堵，用以堵塞外界与悬浮器空腔的通道。悬浮器的自由行程可通过往连接体上的油堵处注入所需液压油来任意调节。
下面通过附图对本发明做详细说明图1为悬浮器的结构图。
1-花键轴2-刮子3-盘根4-油堵5-刮子体6-花键套7-冲管8-冲管螺帽9-连接体10-空腔11-盘根12-下接头悬浮钻井工艺的关键技术是将悬浮器安装在钻柱的计算中和点处。计算中和点的计算公式为Ld= (Px+Pp-Pk-Pm)/(γg)式中Ld计算中和点与钻头的距离Px设计钻压Pp悬浮器空腔平衡室在井内液柱压强作用下产生的平衡力Pk悬浮器冲管在流动冲洗液作用下产生的开泵力Pm悬浮器上、下两部分相对移动时的摩擦力γg悬浮器以下单位长度钻铤在井内液体中的重量。
悬浮钻井工艺所用的悬浮器包括刮子体5、冲管7、连接体9、花键轴1等。冲管7的密封面外径小于花键轴1密封面外径，利用二者密封面的外径包括的面积差，在静液柱的压强作用下造成悬浮器上、下两部分向中心产生的压缩力来平衡冲管端面处，由于内外差所形成的使悬浮器上下部分张开的开泵力。两个密封面的外径差随井深增大而减小。
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对花键轴的密封作用。盘根3用于花键轴与刮子体5之间的密封。油堵4装于连接体9上。根据需要通过油堵的孔可向空腔10注入所需数量液压油来调整悬浮器的自由行程范围。花键套6用来传递扭矩。连接体9用来连接花键套与下接头12。下接头12用来连接钻铤。花键轴1与冲管螺帽8用螺纹连接。花键轴顶端的母接头与钻铤或钻杆相连。花键套与冲管螺帽之间有一定空间，允许花键轴在其间移动。
开始钻进时，悬浮器的花键轴处于上死点位置(即冲管螺帽的开口端与花键套闭合)。当钻机提升负荷略小于悬浮器以上的钻具重量。加上作用在花键轴上的摩擦力再加上开泵力(冲管下端面在流动冲洗液作用下对冲管产生的上举力)时，冲管螺帽与花键套分开。这时悬浮器既不受拉也不受压，处于悬浮状态。这时，当悬浮器上部钻柱轴向伸缩传递到花键轴上时，花键轴在冲管螺帽与花键套之间的空间内移动一定量。这时冲管螺帽与花键套不接触，悬浮器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。在易斜井段钻井时，可将大偏心量的偏心钻铤安装在钻头上方。由于它的重心与钻具轴心偏离，当钻头旋转时，偏心钻铤产生较大的离心力。在这个离心力的作用下使钻头产生径向切削力，这有利于减少井斜。
采用本发明的悬浮钻井工艺及装置，在钻进时，钻头对岩石无大幅度冲击，钻进平稳，大幅度提高了钻头的机械钻速和钻头进尺，有利于保护井壁，提高井身质量从而大大缩短钻井周期、大量节约钻井成本。
权利要求
1.一种悬浮钻井工艺，其特征在于将轴向力隔离装置(简称悬浮器)安装在钻柱的计算中和点处，计算中和点的计算公式为Ld= (Px+Pp-Pk-Pm)/(γg)式中Ld计算中和点与钻头的距离Px设计钻压Pp悬浮器空腔平衡室在井内液柱压强作用下产生的平衡力Pk悬浮器冲管在流动冲洗液作用下产生的开泵力Pm悬浮器上、下两部分相对移动时的摩擦力γg悬浮器以下单位长度钻铤在井内液体中的重量。
2.一种用于权利要求1工艺的轴向力隔离装置(悬浮器)，包括刮子体、冲管、连接体、花键轴等，其特征在于a)冲管的密封面外径小于花键轴的密封面外径，两个密封面外径差随井深增大而减小，b)连接体上安装有油堵，用以堵塞外界与悬浮器空腔的通道。
3.如权利要求2所述的轴向力隔离装置，其特征在于悬浮器的自由行程可任意调节，其方法是通过往连接体上的油堵处注入所需液压油量来实现。
全文摘要
本发明涉及一种用于钻井的新型悬浮钻井工艺及装置。即把悬浮器安装在钻柱上的计算中和点处，在一定范围内切断其上、下钻柱的轴向力联系。计算中和点的计算公式为
文档编号E21B7/00GK1072471SQ9211273
公开日1993年5月26日 申请日期1992年11月9日 优先权日1992年11月9日
发明者林中 申请人:大港石油管理局钻采工艺研究院