淺議一種垂直鉆井工具的研發(fā)與應(yīng)用

李佳銘

摘 要：本文簡要分析了一種垂直鉆井工具的研發(fā)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：垂直 鉆井 工具

1.技術(shù)領(lǐng)域

該裝置涉及石油鉆井機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種垂直鉆井工具。

2.背景技術(shù)

在石油或地質(zhì)勘探鉆井過程中，例如在地層傾角大、高陡構(gòu)造帶、山前逆掩推覆體區(qū)域等復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井，尤其是鉆深探井、超深探井以及區(qū)域第一口預(yù)探井、大陸科探井時(shí)，普遍要求防斜打快和安全低成本。

而常規(guī)鉆井技術(shù)在復(fù)雜易斜地層鉆深井、鉆遇高陡構(gòu)造或是地應(yīng)力異常地層時(shí)，鉆頭在地層傾角、地應(yīng)力及鉆壓的共同作用下，經(jīng)常會(huì)偏離正常的井眼軌跡垂直軸線而出現(xiàn)井斜。出現(xiàn)井斜后，往往會(huì)給后續(xù)的鉆井、測(cè)井和完井作業(yè)帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。例如可能會(huì)出現(xiàn)起下鉆具、套管或測(cè)井儀器困難，發(fā)生卡鉆等事故，嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)導(dǎo)致油井的報(bào)廢。

現(xiàn)有技術(shù)中，為了將井斜控制在一定范圍內(nèi)，使鉆井工具能夠垂直鉆井，通常在鉆鋌內(nèi)設(shè)置測(cè)控裝置，通過測(cè)控裝置內(nèi)的傳感器自動(dòng)跟蹤檢測(cè)井斜方位。一旦鉆鋌傾斜角度超過預(yù)定范圍，通過測(cè)控裝置推動(dòng)推力板支撐在井壁上，形成與井斜方向相反的反作用力實(shí)現(xiàn)側(cè)推防斜。

但是，鉆鋌傾斜時(shí)，鉆頭也相應(yīng)發(fā)生傾斜，在推力板將鉆鋌調(diào)整的同時(shí)，鉆頭已經(jīng)鉆進(jìn)傾斜的井壁中，鉆頭從傾斜井壁調(diào)整至垂直位置時(shí)，耗費(fèi)了許多能源和時(shí)間，鉆井效率低下，且仍然容易造成卡鉆。

3.裝置的設(shè)計(jì)與構(gòu)造

該裝置的目的是提供一種垂直鉆井工具，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，在現(xiàn)有的控制鉆井工具防斜的基礎(chǔ)上，能夠確保鉆頭始終保持垂直狀態(tài)，提高了鉆井效率和穩(wěn)定性。

該裝置的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種垂直鉆井工具，其包括：

設(shè)置有中心管的鉆井本體，設(shè)置在所述中心管下端的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；其中，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括：固定接頭和移動(dòng)接頭，其中，

所述固定接頭和移動(dòng)接頭之間設(shè)置有方向調(diào)節(jié)件；

所述移動(dòng)接頭為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置有開槽，所述開槽的兩側(cè)設(shè)置有通過磁性相吸合的固定塊和滾動(dòng)球。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述方向調(diào)節(jié)件包括：萬向節(jié)和與所述萬向節(jié)連接的連接桿。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述固定接頭的下端面設(shè)置有卡合部，用于卡合所述萬向節(jié)，所述連接桿的一端與所述萬向節(jié)固定連接，另一端與所述移動(dòng)接頭固定連接。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述移動(dòng)接頭的內(nèi)部形成有空腔，所述空腔的底壁上設(shè)置有與所述固定塊相配合的凹槽，所述固定塊的上表面設(shè)置有與所述滾動(dòng)球相配合的圓槽。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述移動(dòng)接頭空腔中設(shè)置的固定塊為磁性件，所述滾動(dòng)球?yàn)殇撉?，所述移?dòng)接頭為非磁性件。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述萬向節(jié)為球頭萬向節(jié)，所述萬向節(jié)的個(gè)數(shù)為多個(gè)，所述滾動(dòng)球的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)，偶數(shù)個(gè)所述滾動(dòng)球等分均布在所述開槽的兩側(cè)。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述開槽為V形槽。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述鉆井本體還包括：

設(shè)置在所述中心管上端的短鉆鋌；

外筒，所述外筒的兩端通過第一軸承和第二軸承安裝在所述中心管外；

設(shè)置在所述短鉆鋌內(nèi)的供電裝置、防轉(zhuǎn)推力裝置和糾偏推力裝置；

設(shè)置在所述中心管下端的連接頭，所述連接頭的底部設(shè)置有下接頭。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述中心管與所述連接頭之間、所述連接頭與所述固定接頭之間、所述下接頭與所述移動(dòng)接頭之間均為螺紋連接。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，還包括供電裝置，所述供電裝置包括：泥漿發(fā)電機(jī)和電源艙。

4.該裝置的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

一種垂直鉆井工具通過在中心管的下端設(shè)置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中固定接頭和移動(dòng)接頭相配合，確保鉆頭在鉆井過程中，始終與地面保持垂直狀態(tài)，減小不必要的井壁鉆入過程，節(jié)省能源時(shí)間，提高鉆井效率和穩(wěn)定性。具體的，所述固定塊為磁性固定塊，所述圓槽位于固定塊頂部，所述滾動(dòng)球?yàn)榇判詽L動(dòng)球。當(dāng)鉆鋌在鉆井過程中發(fā)生傾斜時(shí)，在萬向節(jié)的作用下，所述移動(dòng)接頭發(fā)生晃動(dòng)，圓槽內(nèi)的滾動(dòng)球進(jìn)入到凹槽中，在滾動(dòng)球和萬向節(jié)的配合下，移動(dòng)接頭可以與地平面保持垂直。

5.具體實(shí)施方式

所述垂直鉆井工具可以包括短鉆鋌1。所述短鉆鋌1下方安裝中心管2。所述中心管2上安裝第一軸承3和第二軸承4。所述第一軸承3和第二軸承4之間安裝有外筒5。所述短鉆鋌1的內(nèi)部安裝有供電裝置。所述外筒5的外側(cè)沿圓周均勻分布有三個(gè)軸向凸臺(tái)（圖中未示出）。各軸向凸臺(tái)上部分別安裝有能伸出軸向凸臺(tái)并支撐在井壁上帶動(dòng)外筒5旋轉(zhuǎn)的凸塊旋轉(zhuǎn)裝置。各軸向凸臺(tái)的下部分別設(shè)有推板安裝槽。其中，一個(gè)所述推板安裝槽內(nèi)安裝有帶推力板的防轉(zhuǎn)推力裝置，其余兩個(gè)所述推板安裝槽內(nèi)安裝有帶推力板的糾偏推力裝置。所述糾偏推力裝置的推力大于防轉(zhuǎn)推力裝置。所述外筒5的中部安裝有旋轉(zhuǎn)裝置液泵、推力裝置液泵和測(cè)控裝置。所述測(cè)控裝置上設(shè)有井斜檢測(cè)傳感器。所述外筒5下部內(nèi)壁與中心管2之間安裝有非接觸輸電裝置。供電裝置通過非接觸輸電裝置與測(cè)控裝置的電源端子電連接。所述井斜傳感器的輸出端子與測(cè)控裝置的信號(hào)輸入端子電連接。所述測(cè)控裝置的信號(hào)輸出端子與旋轉(zhuǎn)裝置液泵的控制端子及推力裝置液泵的控制端子電連接。所述中心管2的底端設(shè)置連接頭6，所述連接頭6底部設(shè)置固定接頭7。所述固定接頭7底部安裝萬向節(jié)8，該萬向節(jié)8可以為球頭魚眼關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。所述球頭魚眼關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)為多個(gè)，多個(gè)所述球頭魚眼關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)底端均設(shè)置連接桿9。所述固定接頭7下方設(shè)置移動(dòng)接頭10。所述連接桿9底部均與移動(dòng)接頭10固定連接。所述移動(dòng)接頭10內(nèi)部設(shè)置空腔11。所述移動(dòng)塊底壁設(shè)置開槽12，該開槽12具體可以為V形槽。當(dāng)該開槽12為V型槽時(shí)，所述V型的角度可以為鈍角。例如所述V型的角度可以在135度左右，以便于滾動(dòng)球14能順利滾入該V型槽中。所述V形槽兩側(cè)設(shè)置圓槽13，V形槽單側(cè)所述圓槽13為多個(gè)，多個(gè)所述圓槽13內(nèi)設(shè)置滾動(dòng)球14，所述移動(dòng)接頭10底部設(shè)置下接頭15。