一种具有保径结构的短节工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油、天然气钻井工程的井下工具，具体涉及一种钻井工具一一保径短节工具。
【背景技术】
[0002]保径短节工具(简称保径短节)是油气钻井工程中常用的一种井下工具，保径短节一般与钻头直接连接，主要用于弥补钻头的保径能力并起到对钻头的“扶正”效果。常规保径段节的保径结构特征为若干个楞条状保径条，在保径短节工具表面上呈轴向直线或螺旋线分布。保径短节上保径块的结构，与其保径能力有着直接的关系，保径短节/保径条轴向尺寸越长，其对井筒的保径能力和对钻头的扶正效果就越好，并提高钻井井身质量和钻头的工作稳定性。
[0003]但楞条状的保径结构与井壁间的接触面积大，在旋转钻进过程中所产生的摩擦阻力较高，增加了钻柱的扭矩响应，并降低钻井能量利用率。另外，现有保径短节一般主动切削能力不足，主要通过被动摩擦和少数规径齿刮切修整井壁，其保径能力较低。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种能够降低摩擦阻力，提高保径能力的保径短节工具。
[0005]本实用新型的目的通过下述技术方案来实现:
[0006]一种具有保径结构的短节工具，包括短节本体及其两端的连接结构，在短节本体外表面上设置有保径结构，所述保径结构由若干个独立的保径块组成，所述保径块在短节本体圆周方向上和轴线方向上不连续分布。
[0007]上述方案中，当任一保径块在短节本体圆周方向上与相邻的保径块不接触，此为圆周方向上不连续；同理，相邻两保径块在轴向方向上不接触，此为轴向方向上不连续。
[0008]作为选择，所述各保径切削结构在所述短节本体轴线方向上错位布置。
[0009]上述方案中，“错位布置”一方面可减少保径短节与井壁间的接触面积并有效降低摩擦阻力；另一方面所形成的特殊流道结构更有利于防止因井壁掉块等原因造成的卡钻事故的发生。
[0010]作为选择，所述保径块在所述短节本体上螺旋布置。作为进一步选择，所述保径块在所述短节本体上呈多头螺旋线状的螺旋布置。
[0011]上述方案中，所述“螺旋布置”是指保径块以螺旋线为母线，在短节本体本体外表面上依次排列，所述“螺旋线”可以为左旋螺旋线也可以为右旋螺旋线，所述“螺旋线”可以为单头螺旋线、双头螺旋线、也可以为多头螺旋线。
[0012]作为选择，所述保径块的横截面为圆形。
[0013]作为选择，所述保径块的横截面轮廓线由至少三条线段连接构成，每一线段各自为直线段或曲线段。作为进一步选择，所述保径块的横截面为不规则多边形。
[0014]上述方案中，所列具有圆形、多边形等保径块横截面轮廓线形式的保径短节工具，在与井壁接触摩擦滑移过程中为锐角或锐边接触(如图7所示)，也即将常规楞条状保径块的直线或大曲率光滑曲线的“刮切接触”改变为“犁削接触”，增强了保径短节的保径能力。
[0015]作为选择，所述保径块上固定有主动切削齿或被动耐磨齿，或主动切削齿和被动耐磨齿组合而成。
[0016]上述方案中，所谓“主动切削齿”定义为切削齿在保径块上的固定方式为“切削齿工作面的法向线与切削齿所在位置点的保径短节径向线所夹角度较大”，一般情况下该角度不小于60°，该种情况下切削齿能以负前角吃入并刮切井壁，达到主动保径的效果；所谓“被动耐磨齿”定义为切削齿在保径块上的固定方式为“切削齿工作面的法向线与切削齿所在位置点的保径短节径向线所夹角度较小”，该角度一般小于10°，该种情况下切削齿仅能以摩擦挤压方式保径，称之为被动保径。
[0017]作为选择，且所述主动切削齿和/或被动耐磨齿选自PDC齿、硬质合金齿、孕镶金刚石复合齿中的一种或多种。
[0018]前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案。
[0019]本实用新型的有益效果:
[0020]1、由不连续分布的保径块构成的保径结构与井壁的接触面积小，可有效降低与井壁的摩擦阻力，降低钻柱的扭矩响应，提高钻井能量的利用率，进而提高钻头的使用效果。
[0021]2、不连续的独立保径结构与连续的楞条状保径结构相比，保径块可采用“犁削”方式刮切井壁，可使保径短节具有更好的刮切效果，保径能力可进一步提高。
[0022]3、不连续分散式保径结构，改善了短节的流道分布形式，可有效避免较大岩块等井底落物掉落井底造成钻头卡钻事故的发生。
【附图说明】
[0023]图1是本专利第一个实施例的立体图。
[0024]图2是本专利第一个实施例所示保径块的横截面示意图。
[0025]图3是本专利第一个实施例所不保径块分布周向展开图。
[0026]图4是本专利第二个实施例的立体图。
[0027]图5是本专利第三个实施例的立体图。
[0028]图6是本专利第三个实施例所示保径块的横截面示意图。
[0029]图7本专利所述保径块与井壁犁削接触示意图。
[0030]图中，其中:1、短节本体；11、内螺纹结构；12、外螺纹结构；2、保径块；21、被动耐磨齿；22、主动切削齿；3、保径块横截面；31、保径块横截面轮廓线。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。
[0032]实施例1:
[0033]如图1、2、3所示，一种具有保径结构的短节工具，包括短节本体I，在短节本体I的两端分别设置有内螺纹结构11和外螺纹结构12的连接结构，在短节本体I的外表面设置有保径结构，所述保径结构由若干个独立的保径块2构成，且保径块2在短节本体I圆周方向上和轴线方向上不连续分布。作为选择，各保径块2在短节本体I轴线方向上错位布置。更进一步地，保径块2在短节本体I上螺旋布置。如本实施例所示，保径块2在短节本体I圆周方向均匀分布和轴线方向交错分布，形成保径块2在短节本体I上呈多头螺旋线状的螺旋布置。在保径块2上还可以选择进一步固定有若干被动耐磨齿21，保径块2上设置的被动耐磨齿21为PDC齿或孕镶金刚石齿或硬质合金齿。其中，作为选择，保径块2的横截面3的轮廓线31为圆形。如图7所示，本专利不连续的独立保径结构与现有技术连续的楞条状保径结构相比，保径块可采用“犁削”方式刮切井壁，可使保径短节具有更好的刮切效果，保径能力可进一步提高。图7 (左)为本专利具有圆形横截面的保径块与井壁间“犁削接触”示意图。
[0034]实施例2:
[0035]如图4所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:所述保径块2在短节本体I工作时的工作旋转方向一侧，还固定有若干主动切削齿22。保径块2上设置的主动切削齿22和(或)被动耐磨齿21为PDC齿或孕镶金刚石齿或硬质合金齿。
[0036]实施例3:
[0037]如图5、6所示，本实施例与实施例2基本相同，其不同之处在于:保径块2的横截面轮廓线由至少三条线段连接构成，每一线段各自为直线段或曲线段。作为选择，保径块2的横截面轮廓线为不规则多边形。如本实施例所示，保径块2横截面3的轮廓线31为不规则七边形，且在短节本体I工作旋转方向一侧的两条边所夹角α <100°。如图7所示，本专利不连续的独立保径结构与现有技术连续的楞条状保径结构相比，保径块可采用“犁削”方式刮切井壁，可使保径短节具有更好的刮切效果，保径能力可进一步提高。图7 (右)为本专利具有多边形横截面的保径块与井壁间“犁削接触”示意图。
[0038]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有保径结构的短节工具，包括短节本体及其两端的连接结构，在短节本体外表面上设置有保径结构，其特征在于:所述保径结构由若干个独立的保径块组成，所述保径块在短节本体圆周方向上和轴线方向上不连续分布。
2.如权利要求1所述的具有保径结构的短节工具，其特征在于:所述各保径块在所述短节本体轴线方向上错位布置。
3.如权利要求1所述的具有保径结构的短节工具，其特征在于:所述保径块在所述短节本体上螺旋布置。
4.如权利要求3所述的具有保径结构的短节工具，其特征在于:所述保径块在所述短节本体上呈多头螺旋线状的螺旋布置。
5.如权利要求1所述的具有保径结构的短节工具，其特征在于:所述的保径块的横截面轮廓线为圆形。
6.如权利要求1所述的具有保径结构的短节工具，其特征在于:所述保径块的横截面轮廓线由至少三条线段连接构成，每一线段各自为直线段或曲线段。
7.如权利要求6所述的具有保径结构的短节工具，其特征在于:所述保径块的横截面轮廓线为不规则多边形。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的具有保径结构的短节工具，其特征在于:所述保径块上设置有主动切削齿和/或被动耐磨齿。
9.如权利要求8所述的具有保径结构的短节工具，其特征在于:所述保径块上设置的主动切削齿和/或被动耐磨齿为PDC齿或孕镶金刚石齿或硬质合金齿。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有保径结构的短节工具，涉及石油、天然气钻井工程的井下工具，包括有短节本体，在短节本体两端设置有螺纹结构，在短节本体外表面设置有保径结构，所述的保径结构由若干个柱状保径块组成，所述保径块在短节本体圆周上和轴向上不连续分布。本实用新型与钻头配合使用，可在提高钻井保径能力及井身质量的同时，大大减少与井壁间的摩擦阻力，达到提高钻头工作性能和钻井安全性的目的。
【IPC分类】E21B17-04
【公开号】CN204311985
【申请号】CN201420707552
【发明人】杨迎新, 张伟峰, 任海涛, 丁文正, 戚清亮, 徐家年, 高清春, 徐帅兵, 程伟, 左龙
【申请人】西南石油大学, 中国石油集团长城钻探工程有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年11月21日