专利名称：一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井工具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是钻井工程所用的一种适用于气体钻井的分流式自 动垂直钻井工具。
技术背景现有技术中此类垂直钻井工具已有以下专利文献予以批露。中国专利说明书CN 2431393Y ( 2001年5月23曰公开)描述了机电液 一体化自动垂直钻井工具，该钻井工具能够在井斜时，进行自动探测倾斜 情况，并使钻头上自动产生一个附加的降斜力。该钻井装置设有固定导向 套，其内设有钻柱及探测控制装置，探测控制装置与电磁换向阀控制连接， 导向液压缸嵌设于固定导向套内靠近钻头的部位，导向活塞伸于固定导向 套的外壁。中国专利说明书CN 1519455A ( 2004年8月11日公开)描述了一种垂 直钻井防斜装置，它至少包括一段钻铤和固定在钻铤上的偏心稳定器，所 述的偏心稳定器分别固定在钻铤两端，在钻铤的外圆表面上还装有偏心块。 该发明结构简单，钻井时能够在满足钻头破岩所需的钻压前提下有效地将 井斜控制在允许范围内，实现复杂地层钻进防斜打快的目标。中国专利说明书CN 1676862A ( 2005年10月5曰公开)描述了一种机 械式自动垂直钻井工具，其原理是适时感应井斜的重力信号，由重力驱动 机构，建立钻柱内外高低压流体间的通道，利用二者间的压差，驱动活塞 适时推靠井壁高边。该发明在实现主动、适时防斜的同时，还能够有效解 放钻压，大幅提高钻速和井眼质量，降低施工风险，本实用新型具有结构 简单、可靠、适用多种钻井平台、加工制造和使用维护成本低等特点。井斜问题始终困挠着钻井工程师们，造成井斜的原因较多，但主要有三大原因。第一个原因是地下的原因即地质方面的因素，沉积地层由于存在层 状结构、地层倾角、断层、软硬交错等，且不同方向的物性和强度又有差 异，使钻头在井底面非均匀切削而不平衡钻进，导致近钻头处钻具发生弯 曲，从而使钻压偏离原井眼轴线。第二个原因是地面的原因即地面所配的下部钻具组合和所施加的钻井参数对井眼偏斜有影响，对于给定的下部钻具组合，钻井参数中钻压和 转速是主要因素，在铅垂段钻进中，下部钻具组合在一定的钻压下会发生 弯曲变形，钻柱的弯曲使钻压作用方向偏离了钻头处原井眼轴线，从而导 致井眼偏斜。第三个原因是由钻井施工过程中的操作引起井斜。为解决这个问题，国内、外专家就钻柱力学、钻头设计、钻井参数优 化等做了大量的研究，同时也设计了多种垂直钻井工具及垂直钻井系统， 例如如上述专利提到的垂直钻井工具，这些工具已经或将为垂直钻井施工起到重要作用，国外Baker Hughes公司推出了 VertiTrak系统， Schlumberger公司推出了 PowerV系统，这些系统已经在钻井施工中发挥 了重要作用。如上文献中所述的各类垂直钻井工具或垂直钻井系统，都有着各自的 优点，但也存在各自的局限性，以上工具都只适用于泥浆钻井，在气体钻 井过程中，气柱压力、泵压、钻压内外压差都较低，很难以此压力开启垂 直钻井工具的推靠机构。随着气体钻井技术的发展，气体钻井斜发生井斜 后很难控制，因此亟需一种可以适用于气体钻井的垂直钻井工具，以控制 井身质量。发明内容为克服已有技术存在的不足，本实用新型提供了一种适用于气体钻井 的分流式自动垂直钻井工具，由上接头、壳体、下接头、心管、调整垫片、承轴、挡板、配重、导流器、分流器及阀门几大部分组成，其特征是上 接头、壳体及下接头螺紋联接，调整垫片、承轴、挡板、配重及导流器串 于心管上，分流器螺钉固定于心管内，阀门固定壳体上。本实用新型的目的在于提供一种适用范围广、操作方便、结构简单、 稳定性好、使用寿命长的分流式自动垂直钻井工具。本实用新型还采用如下技术方案上接头、下接头为管状结构，两端部匀有螺紋，分别与其它钻具及壳 体螺紋联接；壳体上开有喷射槽，来引导气流，并在喷射孔内装有有单向 阀门；心管上端部位于上接头内，下端部位于下接头内，中部通过挡板及 轴承、导流器上固定，心管上开有一弧长形分流孔，用于分流气体。配重 为一扇柱结构，以焊接方式固定于心管上；导流器通过螺钉固定于壳体上， 且导流器上均布有导流孔，上部与轴承相接；分流器通过螺钉固定于壳体 内部，斜面正对心管上分流孔本垂直钻井工具有如下优点1、 适用范围广，更换阀门可以调节喷射直径，调节喷射流产生的反作 用力；2、 搡作方便，釆用重力感应井斜原理进行自动感应及自动纠斜，不需 增加任何操作；3、 结构简单、稳定性好，采用机械式结构，使用过程中性能发挥稳定。
图l本实用新型专利结构示意图图2A —A视图图3 B-B视图附图说明:1.上接头2.壳体3.下接头4.心管5.调整垫片6.轴承7.挡板8.配重9.导流器10.分流器11.阀门12.喷射13.导流孔14.分流孔具体实施方式
现结合图l、图2及图3对本实用新型做进一步的描述。本适用于气体 钻井的分流式自动垂直钻井工具基于气体动力学原理、流固耦合分析方法， 利用分流气体方法，将分流喷射的反作用力调节钻头侧向力，实现自动感 应井斜及纠斜，达到垂直钻井施工的目的。当釆用本实用新型进行直井钻井施工时，计算所需喷身孔直径，并选择 阀门ll。按图l进行装配，轴承6分别装于挡板7两侧，并与心管4过盈 配合，配重8以焊接方式固定于心管4的两挡板7中间，且配重8与心管 4上分流孔14环向相差180°，导流器9用螺钉固定于心管4内，且斜面正 对心管4上分流孔14，分流器10以螺钉固定于壳体2上，且其上的导流 孔13与壳体上的喷射槽12相对齐，调整垫片5安装于心管4上部，起到 调整及保持轴承的作用。在将上接头l、壳体2及下接头3螺紋联接前， 对轴承6、及心管4两端加上润滑脂，垂直钻井工具装配好后安装在钻具 组合中，且尽量靠进钻头。当井斜小于2。时，心管4与轴承、导流器9、上接头l、下接头3之间 的环向摩擦力使配生8保持一恒定位置，配生8随着钻柱的转动而转动， 若气流通道壳体2的喷射槽12、导流器9的导流孔13及心管4的分流孔14联通，则气流随着钻柱的转动而转动喷射，若以上气流通道没有联通， 则不会有气流流入环空，这两总情况下自动垂直钻井工具起到了稳斜的作 用。当井斜大于2。时，钻柱转动时，心管4与轴承、导流器9、上接头l、下接头3之间的环向摩擦力已不能使配生8保持一恒定位置，配重8受重 力作用影响，始终自动保持于低边，心管4上的分流孔14始终自动指向高 边，随着钻柱转动，壳体2的喷射槽12、导流器9的导流孔13及心管4 的分流孔14联通时，通过分流器10将部分气体分向通过分流孔14、导流 孔13、阀门ll及喷射槽12直接喷向井眼高边，在气流喷射时的反作用力 作用下，将近钻头钻具保持于井眼低边，使钻头产生降斜力，实现自动垂 直钻井。壳体2上所装闽门ll为单向阀，不仅具有调节喷射口大小的作用，而 且能在起、下钻停止循环时防止井眼内杂质进入垂直钻井工具。导流器9 的导流孔13及壳体2喷射槽12均朝斜上方向，如此设计不仅能在喷射时 产生反作用力，而且有助于气体携岩作用。心管4两端分别插入上接头1 及下接头2—段，并存在一定量的间隙，间隙中加入润滑脂，不仅可以减 小心管4转动摩擦力，而且起来了很好的密封轴承6的作用，保证轴承6的工作性能和提高其的工作寿命。如图2所示，配重8为一扇形柱体，其内侧与心管4焊接固定，外侧与 壳体存在一定间隙，以此来实现配重8在发生井斜时自动始终保于井眼低 边。如图3所示，壳体2均布四个喷射槽12,导流器9均布四个导流孔， 它们呈相通状态，但心管4上的分流孔14只能与其中一个相通，钻柱转动 时为延长分流孔14与导流孔13相通时间，分流孔14为环向长孔。.整个适用于气体钻井的分流式自沐垂直钻井工具结构简单、搡作方便、适用范围广、性能可靠，是一种理想的适用于油气井钻井工程的垂直钻井 工具。
权利要求1、一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井工具，由上接头(1)、壳体(2)、下接头(3)、心管(4)、调整垫片(5)、承轴(6)、挡板(7)、配重(8)、导流器(9)、分流器(10)及阀门(11)几大部分组成，其特征是上接头(1)、壳体(2)及下接头(3)螺纹联接，调整垫片(5)、承轴(6)、挡板(7)、配重(8)及导流器(9)串于心管(4)上，分流器(10)螺钉固定于心管(4)内，阀门(11)固定壳体(2)上。
2、 按照权利要求l所述的一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井 工具，其特征是上接头(1)、下接头(3)为管状结构，两端部都有螺紋， 分别与其它钻具及壳体(2)螺紋联接。
3、 按照权利要求1所述的一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井 工具，其特征是壳体(2 )布有喷射槽(12 ),并装有阀门(11)。
4、 按照权利要求l所述的一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井 工具，其特征是心管(4 )上端部位于上接头(1)内，下端部位于下接头(2 ) 内，中部通过挡板(5)及轴承(6)、导流器(9)固定，心管(4)上开有 一弧长形分流孔(14)。
5、 按照权利要求1所述的一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井 工具，其特征是配重(8)为一扇形柱结抅，以焊接方式固定于心管(4)上， 其环向位置与心管H)上的分流孔(14)相位差180°。
6、 按照权利要求l所述的一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井 工具，其特征是导流器(9)上均布有导流孔(13)，并通过螺钉固定于壳 体(2)上，上部与轴承(6)相接。
7、 按照权利要求1所述的一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井 工具，其特征是分流器(10)通过螺钉固定于壳体(2)内部，斜面正对心 管(4)上分流孔(14)。
专利摘要一种适用于气体钻井的分流式自动垂直钻井工具，是一种用于油气井钻井工程的防斜钻井工具，由上接头、壳体、下接头、心管、调整垫片、承轴、挡板、配重、导流器、分流器及阀门几大部分组成，其特征是上接头、壳体及下接头螺纹联接，调整垫片、承轴、挡板、配重及导流器串于心管上，分流器螺钉固定于心管内，阀门固定壳体上。本分流式自动垂直钻井工适用范围广，更换阀门可以调节喷射直径，以此调节喷射气流流产生的反作用力；操作方便，采用重力感应井斜原理进行自动感应及自动纠斜，不需增加任何操作；结构简单、稳定性好，采用机械式结构，使用过程中性能发挥稳定，工作寿命长。
文档编号E21B7/10GK201121486SQ20072015834
公开日2008年9月24日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者波 唐, 唐代绪, 赵金海, 韩来聚 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院