一種新型垂直鑽井受拉防斜鑽鋌的製作方法

2023-06-02 18:45:31

一種新型垂直鑽井受拉防斜鑽鋌的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種新型垂直鑽井受拉防斜鑽鋌，主要包括：上鑽鋌、下鑽鋌、鎢合金承壓內管。在上下鑽鋌裝配過程中，利用鎢合金承壓內管的過盈餘量，使鎢合金承壓內管受壓，而上、下鑽鋌受到軸向拉力作用，該軸向拉力在很大程度上能夠抵消作用在鑽鋌上的鑽壓，確保鑽鋌在鑽井過程中受到很小的軸向壓力作用，不易喪失穩定而發生彎曲變形導致井斜；另外，即使井眼發生井斜，該新型鑽鋌的上切點位置會高於常規鑽鋌的上切點位置，加之鎢合金承壓內管的大質量有助於提高鑽鋌自重，使鐘擺力顯著增大，即降斜力增強，從而起到快速糾斜的作用。本發明結構簡單、便於現場操作、能連續長時間在井下穩定工作，適用於石油與天然氣鑽井領域。
【專利說明】一種新型垂直鑽井受拉防斜鑽鋌

【技術領域】
[0001]本發明涉及石油天然氣鑽井鑽具領域，具體是一種新型垂直鑽井受拉防斜鑽鋌。

【背景技術】
[0002]在石油天然氣的鑽探過程中，由於地層及其各向異性、鑽柱彎曲引起的鑽頭側向力、鑽頭結構引起的各向異性，鑽頭的實鑽井眼軌跡往往偏離工程設計的理論軌跡，由此造成井斜。然而，井斜過大會對油氣田勘探開發各階段造成以下5方面影響:(1)井斜過大會使井深產生誤差，使所取得的地質資料失真，使井底遠離設計井位、錯過油氣層而造成勘探工作的失誤。(2)井斜過大會使井眼偏離原設計井位，打亂油氣田開發布井方案。(3)在鑽井過程中，斜井內鑽柱貼靠井壁、套管旋轉，產生嚴重摩擦；在井斜突變井段，鑽柱易彎曲，從而易使鑽柱磨損和折斷。(4)井斜過大會造成下套管困難和下入的套管不居中，直接影響固井質量，造成固井竄槽、管外冒油氣。(5)井斜過大會直接影響採油井的井下分層開採和注水，導致下封隔器困難、封隔器密封不好等。
[0003]為降低井斜，減少井斜所引發的井下事故，鑽井工作者們開發並應用了多種防斜裝置，如鐘擺鑽具、滿眼鑽具、偏軸鑽具、柔性鑽具及垂直鑽井系統(主要包括?6代1 II'成閉環導向系統、V旋轉導向系統和旋轉導向鑽井系統)。需要說明的是:雖然垂直鑽井系統的防斜效果較好，但該技術被國外公司壟斷，租賃費用非常昂貴。而其餘幾種防斜工具礙於各自的工作機理，在實際應用中受到了較大限制:(1)鐘擺鑽具採取小鑽壓吊打，以犧牲鑽井速度為代價換取井身質量的提高；(2)滿眼鑽具採用了大的近鑽頭穩定器，使扭矩阻力增大，發生壓差卡鑽和鑽具失效風險增加；(3)偏軸鑽具的應力集中落在螺紋區域，使其易發生斷裂、疲勞失效；(4)柔性鑽具的應力集中落在鑽具螺紋連接處，在長期交變應力作用下，在應力集中區，逐漸形成微觀裂紋，導致扶正器或配合接頭的連接螺紋疲勞失效。總之，為提高鑽速，目前在鑽直井時，普遍通過鑽鋌給鑽頭施加足夠大的鑽壓，從而使鑽鋌受到較大的軸向壓力，而據壓杆穩定理論可知，鑽鋌在較大軸向壓力作用下易發生彎曲，從而造成井斜。
[0004]因此，為解決鑽井過程中的井斜問題，並克服現有防斜工具受壓易彎的不足，基於井斜控制理論和壓杆穩定理論，本發明提出了一種新型垂直鑽井受拉防斜鑽鋌。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種結構簡單且能在井下連續長時間穩定工作的受拉防斜鑽鋌，在滿足鑽頭有效破碎巖石的鑽壓下，將井斜控制在合理範圍內，進一步解放鑽壓，提高鑽井速度，實現防斜與快打的統一。
[0006]本發明目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]本發明提出的垂直鑽井受拉防斜鑽鋌主要包括:上鑽鋌母接頭、鎢合金承壓內管、上鑽鋌、上鑽鋌公接頭、下鑽鋌母接頭、下鑽鋌、環形流道空間、下鑽鋌公接頭和預留環形空間。其中，上鑽鋌和下鑽鋌是完全匹配的，能通過上鑽鋌公接頭和下鑽鋌母接頭緊密連接成一體，且在上鑽鋌和下鑽鋌內部加工有大小完全相同的預留環形空間，鎢合金承壓內管的外徑等於預留環形空間的直徑，鎢合金承壓內管的內徑等於環形流道空間的直徑，鎢合金承壓內管的長度略大於上鑽鋌和下鑽鋌內預留環形空間的總長度；裝配上鑽鋌和下鑽鋌之前，先將鎢合金承壓內管裝入預留環形空間，再通過上鑽鋌的公接頭和下鑽鋌的母接頭將上下鑽鋌連接成一體，而在上、下鑽鋌裝配過程中，利用承壓內管的過盈餘量(可根據井下的實際鑽井工況而設計調整)，通過螺紋施加預緊力使承壓內管處於受壓狀態，上、下鑽鋌處於受拉狀態，使得上、下鑽鋌受到軸向拉力的作用，從而形成垂直鑽井受拉防斜鑽鋌。
[0008]基於井斜控制理論和壓杆穩定理論可知，鑽井過程中出現井斜的主要原因是:為實現鑽進，與鑽頭相連的鑽鋌必須受到鑽壓的作用，而鑽鋌在鑽壓的作用下處於壓縮狀態，當鑽壓過大，鑽鋌受到的軸向壓力大於其穩定的臨界壓力，鑽鋌會喪失穩定而發生彎曲變形，與之相連的鑽頭也會發生偏移，從而導致井斜。然而，本發明提出的一種垂直鑽井受拉防斜鑽鋌預先受到一個軸向拉伸載荷，在很大程度上能夠抵消作用在鑽鋌上的鑽壓，確保鑽鋌在鑽井過程中受到很小的軸向壓力作用，使得鑽鋌不易喪失穩定而發生彎曲變形，從而井眼不易因鑽鋌的彎曲變形而發生井斜。
[0009]本發明是根據井斜控制理論和壓杆穩定理論而設計的。即使井眼發生井斜，垂直鑽井受拉防斜鑽鋌的上切點位置高於常規鑽鋌的上切點位置，加之鎢合金的大質量有助於提高鑽鋌自重，使鐘擺力顯著增大，即降斜力增強，從而起到快速糾斜的作用。
[0010]本發明與現有技術相比具有如下優點:
(1)結構簡單、便於現場操作、能連續長時間在井下穩定工作；
(2)適應性強，可根據井下的實際鑽井工況，對該垂直鑽井受拉防斜鑽鋌進行調整設計，保證井斜被控制在合理範圍內的前提下，最大限度的解放鑽壓，提高鑽井的機械鑽速，實現防斜與快打的統一。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為垂直鑽井受拉防斜鑽鋌結構示意圖。
[0012]圖2為上鑽鋌及預留環形空間示意圖。
[0013]圖3為下鑽鋌及預留環形空間示意圖。

【具體實施方式】
[0014]如附圖所示，本發明提出的垂直鑽井受拉防斜鑽鋌主要包括:上鑽鋌母接頭1、鎢合金承壓內管2、上鑽鋌3、上鑽鋌公接頭4、下鑽鋌母接頭5、下鑽鋌6、環形流道空間7、下鑽鋌公接頭8和預留環形空間9。其中，上鑽鋌3和下鑽鋌6是完全匹配的，能通過上鑽鋌公接頭4和下鑽鋌母接頭5緊密連接成一體，且在上鑽鋌3和下鑽鋌6內部加工有大小完全相同的預留環形空間9，鎢合金承壓內管2的外徑等於預留環形空間9的直徑，鎢合金承壓內管2的內徑等於環形流道空間7的直徑，鎢合金承壓內管2的長度略大於上鑽鋌3和下鑽鋌6內預留環形空間9的總長度；裝配上鑽鋌3和下鑽鋌6之前，先將鎢合金承壓內管2裝入預留環形空間9，再通過上鑽鋌公接頭4和下鑽鋌母接頭5將上、下鑽鋌3和6連接成一體，而在上、下鑽鋌3和6裝配過程中，利用鎢合金承壓內管2的過盈餘量(可根據井下的實際鑽井工況而設計調整)，通過螺紋施加預緊力使鎢合金承壓內管2處於受壓狀態，上、下鑽鋌3和6處於受拉狀態，使得上、下鑽鋌3和6受到軸向拉力的作用，從而形成垂直鑽井受拉防斜鑽鋌。
[0015]當使用垂直鑽井受拉防斜鑽鋌時，上鑽鋌母接頭1與上部鑽柱連接，下鑽鋌公接頭8與鑽頭連接，下入井內，開動地面設備，向鑽頭施加鑽壓和扭矩，鑽進地層。
【權利要求】
1.一種新型垂直鑽井受拉防斜鑽鋌，其特徵在於該新型鑽鋌主要包括:上鑽鋌母接頭(I)、鎢合金承壓內管(2)、上鑽鋌(3)、上鑽鋌公接頭(4)、下鑽鋌母接頭(5)、下鑽鋌(6)、環形流道空間(7)、下鑽鋌公接頭⑶和預留環形空間(9);在上、下鑽鋌(3，6)內加工有完全相同的預留環形空間(9)，鎢合金承壓內管(2)外徑等於預留環形空間(9)直徑，鎢合金承壓內管(2)內徑等於環形流道空間(7)的直徑，鎢合金承壓內管(2)的長度略大於上、下鑽鋌(3，6)內預留環形空間(9)的總長度；裝配上、下鑽鋌(3，6)之前，先將鎢合金承壓內管⑵裝入預留環形空間(9)，再通過上鑽鋌公接頭(4)和下鑽鋌母接頭(5)將上、下鑽鋌(3,6)連接成一體，而在上、下鑽鋌(3，6)裝配過程中，利用鎢合金承壓內管(2)的過盈餘量，通過螺紋施加預緊力使鎢合金承壓內管(2)處於受壓狀態，上、下鑽鋌(3，6)處於受拉狀態，使得上、下鑽鋌(3，6)受到軸向拉力的作用，而該軸向拉力在很大程度上能夠抵消作用在鑽鋌上的鑽壓，確保鑽鋌在鑽井過程中受到很小的軸向壓力作用，不易喪失穩定而發生彎曲變形導致井斜；另外，即使井眼發生井斜，該新型鑽鋌的上切點位置高於常規鑽鋌的上切點位置，加之鎢合金承壓內管(2)的大質量有助於提高鑽鋌自重，使鐘擺力顯著增大，即降斜力增強，從而起到快速糾斜的作用；在使用該新型鑽鋌時，其上鑽鋌母接頭(I)與鑽柱連接，下鑽鋌公接頭(8)與鑽頭連接。
【文檔編號】E21B7/10GK104499959SQ201410778239
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優先權日:2014年12月16日
【發明者】林元華, 鄧寬海, 馬尚餘, 熊浩, 劉婉穎, 曾德智, 孔祥偉 申請人:西南石油大學