一种新型垂直钻井受拉防斜钻铤的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种新型垂直钻井受拉防斜钻铤，主要包括：上钻铤、下钻铤、钨合金承压内管。在上下钻铤装配过程中，利用钨合金承压内管的过盈余量，使钨合金承压内管受压，而上、下钻铤受到轴向拉力作用，该轴向拉力在很大程度上能够抵消作用在钻铤上的钻压，确保钻铤在钻井过程中受到很小的轴向压力作用，不易丧失稳定而发生弯曲变形导致井斜；另外，即使井眼发生井斜，该新型钻铤的上切点位置会高于常规钻铤的上切点位置，加之钨合金承压内管的大质量有助于提高钻铤自重，使钟摆力显著增大，即降斜力增强，从而起到快速纠斜的作用。本发明结构简单、便于现场操作、能连续长时间在井下稳定工作，适用于石油与天然气钻井领域。
【专利说明】一种新型垂直钻井受拉防斜钻铤
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油天然气钻井钻具领域，具体是一种新型垂直钻井受拉防斜钻铤。
【背景技术】
[0002]在石油天然气的钻探过程中，由于地层及其各向异性、钻柱弯曲引起的钻头侧向力、钻头结构引起的各向异性，钻头的实钻井眼轨迹往往偏离工程设计的理论轨迹，由此造成井斜。然而，井斜过大会对油气田勘探开发各阶段造成以下5方面影响:(1)井斜过大会使井深产生误差，使所取得的地质资料失真，使井底远离设计井位、错过油气层而造成勘探工作的失误。(2)井斜过大会使井眼偏离原设计井位，打乱油气田开发布井方案。(3)在钻井过程中，斜井内钻柱贴靠井壁、套管旋转，产生严重摩擦；在井斜突变井段，钻柱易弯曲，从而易使钻柱磨损和折断。(4)井斜过大会造成下套管困难和下入的套管不居中，直接影响固井质量，造成固井窜槽、管外冒油气。(5)井斜过大会直接影响采油井的井下分层开采和注水，导致下封隔器困难、封隔器密封不好等。
[0003]为降低井斜，减少井斜所引发的井下事故，钻井工作者们开发并应用了多种防斜装置，如钟摆钻具、满眼钻具、偏轴钻具、柔性钻具及垂直钻井系统(主要包括?6代1 II'成闭环导向系统、V旋转导向系统和旋转导向钻井系统)。需要说明的是:虽然垂直钻井系统的防斜效果较好，但该技术被国外公司垄断，租赁费用非常昂贵。而其余几种防斜工具碍于各自的工作机理，在实际应用中受到了较大限制:(1)钟摆钻具采取小钻压吊打，以牺牲钻井速度为代价换取井身质量的提高；(2)满眼钻具采用了大的近钻头稳定器，使扭矩阻力增大，发生压差卡钻和钻具失效风险增加；(3)偏轴钻具的应力集中落在螺纹区域，使其易发生断裂、疲劳失效；(4)柔性钻具的应力集中落在钻具螺纹连接处，在长期交变应力作用下，在应力集中区，逐渐形成微观裂纹，导致扶正器或配合接头的连接螺纹疲劳失效。总之，为提高钻速，目前在钻直井时，普遍通过钻铤给钻头施加足够大的钻压，从而使钻铤受到较大的轴向压力，而据压杆稳定理论可知，钻铤在较大轴向压力作用下易发生弯曲，从而造成井斜。
[0004]因此，为解决钻井过程中的井斜问题，并克服现有防斜工具受压易弯的不足，基于井斜控制理论和压杆稳定理论，本发明提出了一种新型垂直钻井受拉防斜钻铤。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种结构简单且能在井下连续长时间稳定工作的受拉防斜钻铤，在满足钻头有效破碎岩石的钻压下，将井斜控制在合理范围内，进一步解放钻压，提高钻井速度，实现防斜与快打的统一。
[0006]本发明目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明提出的垂直钻井受拉防斜钻铤主要包括:上钻铤母接头、钨合金承压内管、上钻铤、上钻铤公接头、下钻铤母接头、下钻铤、环形流道空间、下钻铤公接头和预留环形空间。其中，上钻铤和下钻铤是完全匹配的，能通过上钻铤公接头和下钻铤母接头紧密连接成一体，且在上钻铤和下钻铤内部加工有大小完全相同的预留环形空间，钨合金承压内管的外径等于预留环形空间的直径，钨合金承压内管的内径等于环形流道空间的直径，钨合金承压内管的长度略大于上钻铤和下钻铤内预留环形空间的总长度；装配上钻铤和下钻铤之前，先将钨合金承压内管装入预留环形空间，再通过上钻铤的公接头和下钻铤的母接头将上下钻铤连接成一体，而在上、下钻铤装配过程中，利用承压内管的过盈余量(可根据井下的实际钻井工况而设计调整)，通过螺纹施加预紧力使承压内管处于受压状态，上、下钻铤处于受拉状态，使得上、下钻铤受到轴向拉力的作用，从而形成垂直钻井受拉防斜钻铤。
[0008]基于井斜控制理论和压杆稳定理论可知，钻井过程中出现井斜的主要原因是:为实现钻进，与钻头相连的钻铤必须受到钻压的作用，而钻铤在钻压的作用下处于压缩状态，当钻压过大，钻铤受到的轴向压力大于其稳定的临界压力，钻铤会丧失稳定而发生弯曲变形，与之相连的钻头也会发生偏移，从而导致井斜。然而，本发明提出的一种垂直钻井受拉防斜钻铤预先受到一个轴向拉伸载荷，在很大程度上能够抵消作用在钻铤上的钻压，确保钻铤在钻井过程中受到很小的轴向压力作用，使得钻铤不易丧失稳定而发生弯曲变形，从而井眼不易因钻铤的弯曲变形而发生井斜。
[0009]本发明是根据井斜控制理论和压杆稳定理论而设计的。即使井眼发生井斜，垂直钻井受拉防斜钻铤的上切点位置高于常规钻铤的上切点位置，加之钨合金的大质量有助于提高钻铤自重，使钟摆力显著增大，即降斜力增强，从而起到快速纠斜的作用。
[0010]本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)结构简单、便于现场操作、能连续长时间在井下稳定工作；
(2)适应性强，可根据井下的实际钻井工况，对该垂直钻井受拉防斜钻铤进行调整设计，保证井斜被控制在合理范围内的前提下，最大限度的解放钻压，提高钻井的机械钻速，实现防斜与快打的统一。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为垂直钻井受拉防斜钻铤结构示意图。
[0012]图2为上钻铤及预留环形空间示意图。
[0013]图3为下钻铤及预留环形空间示意图。
【具体实施方式】
[0014]如附图所示，本发明提出的垂直钻井受拉防斜钻铤主要包括:上钻铤母接头1、钨合金承压内管2、上钻铤3、上钻铤公接头4、下钻铤母接头5、下钻铤6、环形流道空间7、下钻铤公接头8和预留环形空间9。其中，上钻铤3和下钻铤6是完全匹配的，能通过上钻铤公接头4和下钻铤母接头5紧密连接成一体，且在上钻铤3和下钻铤6内部加工有大小完全相同的预留环形空间9，钨合金承压内管2的外径等于预留环形空间9的直径，钨合金承压内管2的内径等于环形流道空间7的直径，钨合金承压内管2的长度略大于上钻铤3和下钻铤6内预留环形空间9的总长度；装配上钻铤3和下钻铤6之前，先将钨合金承压内管2装入预留环形空间9，再通过上钻铤公接头4和下钻铤母接头5将上、下钻铤3和6连接成一体，而在上、下钻铤3和6装配过程中，利用钨合金承压内管2的过盈余量(可根据井下的实际钻井工况而设计调整)，通过螺纹施加预紧力使钨合金承压内管2处于受压状态，上、下钻铤3和6处于受拉状态，使得上、下钻铤3和6受到轴向拉力的作用，从而形成垂直钻井受拉防斜钻铤。
[0015]当使用垂直钻井受拉防斜钻铤时，上钻铤母接头1与上部钻柱连接，下钻铤公接头8与钻头连接，下入井内，开动地面设备，向钻头施加钻压和扭矩，钻进地层。
【权利要求】
1.一种新型垂直钻井受拉防斜钻铤，其特征在于该新型钻铤主要包括:上钻铤母接头(I)、钨合金承压内管(2)、上钻铤(3)、上钻铤公接头(4)、下钻铤母接头(5)、下钻铤(6)、环形流道空间(7)、下钻铤公接头⑶和预留环形空间(9);在上、下钻铤(3，6)内加工有完全相同的预留环形空间(9)，钨合金承压内管(2)外径等于预留环形空间(9)直径，钨合金承压内管(2)内径等于环形流道空间(7)的直径，钨合金承压内管(2)的长度略大于上、下钻铤(3，6)内预留环形空间(9)的总长度；装配上、下钻铤(3，6)之前，先将钨合金承压内管⑵装入预留环形空间(9)，再通过上钻铤公接头(4)和下钻铤母接头(5)将上、下钻铤(3,6)连接成一体，而在上、下钻铤(3，6)装配过程中，利用钨合金承压内管(2)的过盈余量，通过螺纹施加预紧力使钨合金承压内管(2)处于受压状态，上、下钻铤(3，6)处于受拉状态，使得上、下钻铤(3，6)受到轴向拉力的作用，而该轴向拉力在很大程度上能够抵消作用在钻铤上的钻压，确保钻铤在钻井过程中受到很小的轴向压力作用，不易丧失稳定而发生弯曲变形导致井斜；另外，即使井眼发生井斜，该新型钻铤的上切点位置高于常规钻铤的上切点位置，加之钨合金承压内管(2)的大质量有助于提高钻铤自重，使钟摆力显著增大，即降斜力增强，从而起到快速纠斜的作用；在使用该新型钻铤时，其上钻铤母接头(I)与钻柱连接，下钻铤公接头(8)与钻头连接。
【文档编号】E21B7/10GK104499959SQ201410778239
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】林元华, 邓宽海, 马尚余, 熊浩, 刘婉颖, 曾德智, 孔祥伟 申请人:西南石油大学