一种钻杆扶正器的制作方法

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及一种钻杆扶正器。

背景技术：

钻井工程是石油天然气开采过程中的重要中间环节，其中钻杆是必不可少的工具之一。钻杆扶正器是井下钻具组合中十分重要的一个钻具，其主要功能有：(1)扶正底部钻具组合，提高底部钻具组合在井眼中的居中度，降低压差卡钻卡钻、粘附卡钻的风险；(2)在直井钻进作业中作为钟摆钻具组合的一部分，起到防斜打直，提高井眼垂直度的目的；(3)在采用螺杆钻具的定向井甚至水平井作业过程中，作为定向造斜的杠杆支点，对井眼轨迹的控制起到关键性作用。钻杆扶正器从扶正翼的布局上来看，可以分为直翼扶正器和螺旋翼扶正器，其中直翼扶正器一般用于直井的钻进，而螺旋翼扶正器常用于定向井作业。

无论是哪种类型的扶正器，其相邻两个扶正翼之间都会形成供钻井液回流的上返流道。对于钻杆扶正器而言，其外径是井下底部钻具组合中最大之处，且上返流道相较于两侧的扶正翼内凹，因此该位置是最容易堆积岩屑造成返出不畅的地方。一旦岩屑返出不畅则极易导致扶正器泥包，进而引发憋压、卡钻等一系列井下事故。现场起钻后，经常能够看到钻杆扶正器的上返流道内被致密的泥岩岩屑所包覆的现象。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钻杆扶正器，以解决现有技术中钻杆扶正器容易泥包进而诱发井下事故的问题，实现为钻杆扶正器提供自解堵功能、降低扶正器泥包卡钻风险的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种钻杆扶正器，包括若干扶正翼、位于相邻两个扶正翼之间的上返流道，所述上返流道上开设若干通孔，所述通孔内密封配合有锥形件，所述锥形件的尖锥端朝向通孔外侧，且锥形件通过第一剪切销钉与通孔孔壁连接；还包括与所述通孔一一对应的滑套，所述滑套密封连接在扶正器的内壁，滑套底部设置单向阀，且滑套与扶正器之间通过第二剪切销钉连接，所述第二剪切销钉的剪切应力大于第一剪切销钉的剪切应力；每个滑套内均设置有滑动推块、第一加压流道、第二加压流道，每个滑套均滑动配合在一第一滑槽内，每个滑动推块均滑动配合在一第二滑槽内，所述第一加压流道、第二加压流道均开设在扶正器内壁，且第一加压流道位于滑动推块上方，滑动推块内还设置有第三加压流道，第三加压流道的上端开设在滑动推块朝向扶正器内壁的一侧，第三加压流道的下端开设在滑动推块的底面；

当滑套下行至行程低位时，第一加压流道的上端位于滑套外；

当第一剪切销钉、第二剪切销钉均保持连接时，所述锥形件自底部托住所述滑动推块，此时滑动推块位于行程高位，第二加压流道与第三加压流道不连通；

当滑动推块下行至行程低位时，第二加压流道的上端与滑动推块上方区域连通，且第二加压流道的下端与第三加压流道连通；

所述锥形件远离尖锥端的一端还设置若干螺旋叶。

针对现有技术中钻杆扶正器容易泥包进而诱发井下事故的问题，本发明提出一种钻杆扶正器，本申请在扶正器的每个上返流道上均开设若干通孔，通孔内设置有用于解堵的锥形件，且锥形件与通孔内壁之间密封配合。锥形件顾名思义呈锥形，其尖锥端朝向通孔外侧，即当扶正器入井后、尖锥端朝向井壁方向。锥形件与通孔孔壁之间还通过第一剪切销钉进行连接，在第一剪切销钉的作用下，本申请中的扶正器在正常井况下，能够保证锥形件始终位于通孔内，其尖锥端不会伸出至外侧，不会对正常的井口组合钻具、入井钻进等作业造成干扰。每个通孔都对应一个滑套，滑套设置在扶正器管体的内壁，其滑动方向平行于扶正器轴线方向，且滑套与扶正器内壁之间动密封连接。此外，滑套与扶正器之间还通过第二剪切销钉连接，第二剪切销钉的剪切应力大于第一剪切销钉的剪切应力，确保当第二剪切销钉都能够被剪断时，第一剪切销钉也能够稳定的被剪断。每个滑套内均设置有一滑动推块，用于推动锥形件快速向外运动。第一加压流道、第二加压流道的两端均开设在扶正器的内壁上。其中，第一加压流道平时被完全包覆在滑套内，只有当滑套下行时，第一加压流道才会起到引流钻井液的作用。第三加压流道位于滑动推块内，其上端开设在滑动推块朝向扶正器内壁的一侧，其下端开设在滑动推块的底面，在井况正常时，第三加压流道的上端直面扶正器内壁，因此其处于不连通的状态，不起任何作用。当滑动推块下行时，带动第三加压流道移动至低位，此时第三加压流道才能够与第二加压流道连通，起到引流钻井液的作用。

本申请在常态下，第一剪切销钉、第二剪切销钉均保持连接，滑套位于第一滑槽顶部，滑动推块位于第二滑槽顶部，锥形件自底部托住所述滑动推块，且锥形件藏匿于通孔内；此时锥形件被第一剪切销钉锁定在通孔内无法移动，滑动推块被锥形件托住无法下行，第一加压流道完全被滑套包覆，滑套被第二剪切销钉锁定，因此，本申请在常态下与传统的钻杆扶正器无异。

在使用本申请中钻杆扶正器的钻井作业过程中，当环空堵塞导致井口返出下降甚至返出为0时，此时井况已经相当严峻，甚至已经发生了泥包卡钻风险。在此情况下，在进行常规解堵作业仍无效后，可以缓慢增大排量尝试主动加压，以使本申请发挥作用，具体的：首先增大泥浆泵泵压，直至剪断第二剪切销钉、解除对滑套的锁定，使滑套下行至行程低位；滑套下行至形成低位后，第一加压流道的上端直接暴露在钻具内，处于高压状态的钻井液迅速从上端进入第一加压流道中，并从下端喷出，从下端喷出的钻井液对滑动推块施加向下的作用力，该作用力通过滑动推块传递至锥形件，直至将第一剪切销钉剪断、解除对锥形件的锁定。由于锥形件的锁定被解除，因此在钻井液压力作用下，滑动推块快速下行、推动锥形件快速在通孔内向外侧移动，瞬间将锥形件的尖锥端顶推至通孔外侧，使其暴露在上返流道内，此过程中，若本次环空堵塞是由于扶正器的上返流道泥包所导致的，则能够通过若干的锥形件的尖锥端的瞬时作用，从内部破碎包覆在上返流道上的岩屑，对于处于憋压状态的环空环境而言，一旦堆积的岩屑被破开细微的裂缝，在高压钻井液的作用下都能够迅速将该裂缝扩大冲开、进而将包覆的岩屑大面积的冲垮、重新建立环空返流通道。所以说，本申请解决了现有技术中钻杆扶正器容易泥包进而诱发井下事故的问题，实现了为钻杆扶正器提供自解堵功能、降低扶正器泥包卡钻风险的目的。当滑动推块沿第二滑槽下行至行程低位时，使第二加压流道的上端暴露至滑动推块上方，且第二加压流道的下端与第三加压流道连通，此时即在整个滑套内形成了一个完整的流动通道，钻井液自第一加压流道进入滑套内，并依次通过第二加压流道、第三加压流道，从单向阀排出滑套；此过程中钻井液会流经螺旋叶，由若干螺旋叶接收钻井液的冲力被将其转化为动力来驱动锥形件进行转动，由于锥形件的尖锥端已经伸直通孔外侧，因此锥形件的转动能够对包覆在上返流道内的岩屑进行更为彻底的破坏，将泥包岩屑从内部进行瓦解。本申请中只要钻井环空未堵死、即井口返出不为0时均能发挥作用，而井口返出为0的堵塞极为罕见，因此本申请在实际作业过程中适用性极强，一旦启用本申请，则能够对扶正器进行有效解堵、且避免二次堵塞。当解堵完成后，锥形件的尖锥端始终保持位于通孔外侧且持续进行转动，也能够避免后续岩屑的再次堆积成块，一旦岩屑无法堆积成块，那么堵塞流道的风险就会显著降低。

此外，本申请除了实现前述的人为控制主动解堵效果外，还具有自解堵的功能，具体的：本领域技术人员均可知晓，在钻进或者倒划眼起钻过程中，环空堵塞是一个瞬发过程，如某一团岩屑突然堆积至某个位置无法及时上返，而后续岩屑又陆续跟进，则极易导致瞬间的堵塞、进而诱发“抬钻具”的卡钻事故；这种环空堵塞反应至钻井参数上，就是泵压的突然陡升，俗称为憋压现象。憋压现象发生时，需要司钻尽快降低泥浆泵排量以控制井下压力，然而在实际操作过程中，由于憋压现象的突发性，司钻很难做到在压力升高的瞬间就完成降排量操作，一般都会有几秒的操作延迟，而这几秒的操作延迟是不利于钻井事故中“处理越快越容易解堵”的思路的，现场大部分的“憋压抬钻具”卡钻都是由于司钻反应不及时、降排量动作过慢而引起的。而本申请中，当司钻反应不及时导致泵压快速升高时，此瞬间就有可能将第二剪切销钉剪断、进而将第一剪切销钉剪断，从而在扶正器导致的环空堵塞发生初期就对堵塞的岩屑进行破碎、破坏其致密结构，进而将卡钻风险在初期化解于无形，实现钻杆扶正器自动解堵、主动防卡的效果。

进一步的，所述通孔从内到外向下倾斜，所述锥形件的轴线与通孔轴线共线。通孔轴线向下倾斜，有利于增大通孔的整体长度，进而为锥形件提供更大的行程空间。同时有利于利用锥形件的自身重力，在第一剪切销钉解除锁定后使其快速向外伸出。

进一步的，所述锥形件与通孔之间通过轴承配合，所述轴承的外圈通过第一剪切销钉与通孔孔壁连接，所述轴承的内圈与锥形件转动连接；轴承外圈套设若干密封圈。通过轴承配合以确保锥形件在若干螺旋叶的作用下能够进行稳定的转动。轴承外圈套设若干密封圈，确保两侧的钻井液不会自锥形件处窜流。

进一步的，所述锥形件远离尖锥端的一侧设置凸出部，当第一剪切销钉保持连接时，所述凸出部与滑套内壁接触。当第一剪切销钉被剪断后，锥形件沿通孔移动，此过程中凸出部逐渐远离滑套内壁。

进一步的，所述滑动推块与滑套内壁之间动密封配合，滑动推块将滑套内部分隔为两部分。即滑动推块远离扶正器管壁的一侧表面与滑套内壁动密封配合，从而通过滑动推块将滑套内部分隔成上下两部分，当本申请工作时，钻井液自加压流道进入上半部分后，由于滑动推块的阻隔作用，钻井液受阻严重，能够为滑动推块提供更大的瞬时推力，保证其瞬间切断第一剪切销钉并快速下行，进而确保锥形件瞬间向外伸出，实现对泥包岩屑的冲击破碎效果。

进一步的，所述第一加压流道的出口段从外到内向下倾斜，所述滑动推块的顶面为斜面，第一加压流道的出口段正对所述斜面，且所述斜面垂直于第一加压流道的出口段的轴线。第一加压流道的出口段，是指其下端部分。钻井液进入第一加压流道后，在出口段是从外向内喷射的，因此设置出口段从外到内向下倾斜，有利于利用重力加速喷射动能，为滑动推块提供更强劲的瞬时推力。滑动推块的顶面为垂直于出口段轴线的斜面，有利于确保滑动推块接收足够的推力向下运动，显著提高本申请的工作稳定性。

进一步的，所述通孔外端设置用于限制所述锥形件的限位块。限位块用于避免锥形件从通孔中向外脱落形成不必要的井下落鱼。

进一步的，所述滑套顶部为弧形导流面，且所述弧形导流面从靠近扶正器管壁的一侧至远离管壁的一侧逐渐向下倾斜。弧形导流面的作用是使得管内钻井液通过本扶正器时，所受到的扰动更小、从而确保压力干扰更小。

进一步的，在钻井作业全过程中：

当正常作业时，第一剪切销钉、第二剪切销钉均保持连接，滑套位于第一滑槽顶部，滑动推块位于第二滑槽顶部，锥形件自底部托住所述滑动推块，且锥形件藏匿于通孔内；

当环空堵塞导致井口返出下降时，缓慢增大排量尝试憋压：

s1、增大泥浆泵泵压至p，剪断第二剪切销钉，使滑套沿第一滑槽下行至行程低位；其中，泵压p与扶正器所处位置的静液柱压力之和，大于第二剪切销钉的剪切应力；

s2、滑套下行至行程低位，钻井液从第一加压流道的上端进入滑套内，向滑动推块施加推力；

s3、滑动推块受到的推力传递至锥形件，将第一剪切销钉剪断；滑动推块沿第二滑槽下行至行程低位，使第二加压流道的上端暴露至滑动推块上端，第二加压流道的下端与第三加压流道连通；同时在滑动推块与流体压力的作用下将锥形件向外推动，锥形件的尖锥端从上返流道伸出；

当重新建立循环后：钻井液自第一加压流道进入滑套内，并依次通过第二加压流道、第三加压流道，从单向阀排出滑套；此过程中钻井液流经螺旋叶，通过螺旋叶驱动锥形件转动。

进一步的，所述锥形件向外移动的过程中，与轴承一起在通孔内滑动，直至被限位块所阻挡；当重新建立循环后，所述锥形件通过轴承绕自身轴线进行转动。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种钻杆扶正器，对于因扶正器的上返流道泥包所导致的环空堵塞而言，能够通过若干的锥形件的尖锥端的瞬时作用，从内部破碎包覆在上返流道上的岩屑，重新建立环空返流通道。所以本申请解决了现有技术中钻杆扶正器容易泥包进而诱发井下事故的问题，实现了为钻杆扶正器提供自解堵功能、降低扶正器泥包卡钻风险的目的。

2、本发明一种钻杆扶正器，由若干螺旋叶接收钻井液的冲力被将其转化为动力来驱动锥形件进行转动，锥形件的转动能够对包覆在上返流道内的岩屑进行更为彻底的破坏，对扶正器进行有效解堵、且避免二次堵塞；当解堵完成后，锥形件的尖锥端始终保持位于通孔外侧且持续进行转动，也能够避免后续岩屑的再次堆积成块，一旦岩屑无法堆积成块，那么堵塞流道的风险就会显著降低。

3、本发明一种钻杆扶正器，当司钻反应不及时导致泵压快速升高时，此瞬间就有可能将第二剪切销钉剪断、进而将第一剪切销钉剪断，从而在扶正器导致的环空堵塞发生初期就对堵塞的岩屑进行破碎、破坏其致密结构，进而将卡钻风险在初期化解于无形，实现钻杆扶正器自动解堵、主动防卡的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例在常态下的半剖结构示意图；

图3为图2中a处的局部放大图；

图4为本发明具体实施例在工作状态下的半剖结构示意图；

图5为图4中b处的局部放大图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-扶正翼，2-上返流道，3-通孔，4-锥形件，5-滑套，6-第二剪切销钉，7-第一剪切销钉，8-滑动推块，9-第一加压流道，10-第二加压流道，11-第一滑槽，12-第二滑槽，13-第三加压流道，14-螺旋叶，15-单向阀，16-轴承，17-密封圈，18-凸出部，19-限位块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图5所示的一种钻杆扶正器，包括若干扶正翼1、位于相邻两个扶正翼1之间的上返流道2，所述上返流道2上开设若干通孔3，所述通孔3内密封配合有锥形件4，所述锥形件4的尖锥端朝向通孔3外侧，且锥形件4通过第一剪切销钉7与通孔3孔壁连接；还包括与所述通孔3一一对应的滑套5，所述滑套5密封连接在扶正器的内壁，滑套5底部设置单向阀15，单向阀15的从滑套内部至滑套外部方向导通，即图中从上到下导通，且滑套5与扶正器之间通过第二剪切销钉6连接，所述第二剪切销钉6的剪切应力大于第一剪切销钉7的剪切应力；每个滑套5内均设置有滑动推块8、第一加压流道9、第二加压流道10，每个滑套5均滑动配合在一第一滑槽11内，每个滑动推块8均滑动配合在一第二滑槽12内，所述第一加压流道9、第二加压流道10均开设在扶正器内壁，且第一加压流道9位于滑动推块8上方，滑动推块8内还设置有第三加压流道13，第三加压流道13的上端开设在滑动推块8朝向扶正器内壁的一侧，第三加压流道13的下端开设在滑动推块8的底面；

当滑套5下行至行程低位时，第一加压流道9的上端位于滑套5外；

当第一剪切销钉7、第二剪切销钉6均保持连接时，所述锥形件4自底部托住所述滑动推块8，此时滑动推块8位于行程高位，第二加压流道10与第三加压流道13不连通；

当滑动推块8下行至行程低位时，第二加压流道10的上端与滑动推块8上方区域连通，且第二加压流道10的下端与第三加压流道13连通；

所述锥形件4远离尖锥端的一端还设置若干螺旋叶14。

具体的，第一加压流道的上端为入口段、下端为出口段，当滑套下行至行程低位时，滑套顶部位于加压流道的入口段与出口段之间，从而将入口段直接暴露在滑套之外，使得钻具内经泥浆泵泵送的钻井液能够从入口段处进入加压流道。

当正常作业时，如图3所示，第一剪切销钉7、第二剪切销钉6均保持连接，滑套5位于第一滑槽11顶部，滑动推块8位于第二滑槽12顶部，锥形件4自底部托住所述滑动推块8，且锥形件4藏匿于通孔3内；

当环空堵塞导致井口返出下降时，缓慢增大排量尝试憋压：

s1、增大泥浆泵泵压至p，剪断第二剪切销钉6，使滑套5沿第一滑槽11下行至行程低位；其中，泵压p与扶正器所处位置的静液柱压力之和，大于第二剪切销钉6的剪切应力；

s2、滑套5下行至行程低位，钻井液从第一加压流道9的上端进入滑套5内，向滑动推块8施加推力；

s3、滑动推块8受到的推力传递至锥形件4，将第一剪切销钉7剪断；滑动推块8沿第二滑槽12下行至行程低位，使第二加压流道10的上端暴露至滑动推块8上端，第二加压流道10的下端与第三加压流道13连通；同时在滑动推块8与流体压力的作用下将锥形件4向外推动，锥形件4的尖锥端从上返流道2伸出；

当重新建立循环后，如图5所示：钻井液自第一加压流道9进入滑套5内，并依次通过第二加压流道10、第三加压流道13，从单向阀15排出滑套5；此过程中钻井液流经螺旋叶14，通过螺旋叶14驱动锥形件4转动。

实施例2：

如图1至图5所示的一种钻杆扶正器，在实施例1的基础上，所述通孔3从内到外向下倾斜，所述锥形件4的轴线与通孔3轴线共线。所述锥形件4与通孔3之间通过轴承16配合，所述轴承16的外圈通过第一剪切销钉7与通孔3孔壁连接，所述轴承16的内圈与锥形件4转动连接；轴承16外圈套设若干密封圈17。所述锥形件4远离尖锥端的一侧设置凸出部18，当第一剪切销钉7保持连接时，所述凸出部18与滑套5内壁接触。所述滑动推块8与滑套5内壁之间动密封配合，滑动推块8将滑套5内部分隔为两部分。所述第一加压流道9的出口段从外到内向下倾斜，所述滑动推块8的顶面为斜面，第一加压流道9的出口段正对所述斜面，且所述斜面垂直于第一加压流道9的出口段的轴线。所述通孔3外端设置用于限制所述锥形件4的限位块19。

锥形件4向外移动的过程中，与轴承16一起在通孔3内滑动，直至被限位块19所阻挡；

当重新建立循环后，所述锥形件4通过轴承16绕自身轴线进行转动。

优选的，所述滑套5顶部为弧形导流面，且所述弧形导流面从靠近扶正器管壁的一侧至远离管壁的一侧逐渐向下倾斜。

优选的，所述锥形件的底面垂直于通孔的轴线，当第一剪切销钉连接时，锥形件的底面顶端与扶正器内壁齐平，锥形件自下方托住所述滑动推块。锥形件的底面，即锥形件上远离尖锥端的表面。由于通孔轴线向下倾斜，所以该底面会呈倾斜状态，这样有利于滑动推块下行时，顺畅的将作用力传递至锥形件，有利于快速剪断第一剪切销钉。此外，锥形件的底面顶端与扶正器内壁齐平，确保滑动推块不会卡涩在锥形件上，显著提高本申请的使用稳定性。锥形件自下方托住所述滑动推块，确保常态时滑套内部结构的稳定。

优选的，扶正器内壁开设用于所述滑套滑动的第一滑槽，滑套与第一滑槽动密封配合。通过第一滑槽为滑套提供滑动空间，同时也提供滑动行程的限制，明确滑套的滑动低位所处位置。当然，第一滑槽的设置需要与加压流道的入口段互不干涉，两者可以根据实际情况错位布置即可。

优选的，扶正器内壁开设用于所述滑动推块滑动的第二滑槽。通过第二滑槽为滑动推块提供滑动空间，同时也提供行程限制。

优选的，所述滑套的厚度小于或等于扶正器通径的1/5。滑套的厚度，是指滑套的总厚度，即沿径向方向的最大厚度。该厚度过大会影响底部钻具组合的整体压降、对钻井速度造成较大干扰，因此本申请中小于或等于扶正器通径的1/5的厚度为优选。

优选的，本实施例中的轴承为常见的滚珠轴承即可，锥形件位于轴承内部，锥形件能够同轴承内圈共同转动，而轴承外圈与通孔之间间隙配合，以确保轴承能够沿通孔向外移动。当第一剪切销钉被剪断后，在滑动推块的作用力下，轴承与锥形件共同沿通孔移动个，同时锥形件与轴承的内圈共同进行转动。

需要说明的是，附图3中所示的第一剪切销钉7、第二剪切销钉6的布置方式仅为示意，除了图示布置方式以外，本领域技术人员能够实现的其余剪切销钉布置方式均可适用于本申请中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。