一種氣體鑽井減阻減振防斷扶正接箍的製作方法

2023-09-21 04:19:00 4

專利名稱：一種氣體鑽井減阻減振防斷扶正接箍的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體鑽井減阻減振防斷扶正接箍，特別適合於具 有強振動、高摩擦阻力、衝蝕、易發生失效的氣體鑽井中。
背景技術：
氣體鑽井以其可大幅提高機械鑽速和有效發現及保護油氣層等優 點而獲得快速發展。其典型技術特徵為鑽遇儲層時保持循環介質(氣 體或氣基流體)的井底壓力低於儲層壓力，實現可控的邊噴邊鑽，或(和)通過使用較低密度的氣基循環介質，減少對井底巖石的壓持， 從而獲得較高機械鑽速。氣體鑽井最初探索於上個世紀50年代，受配套技術與裝備的限制，該技術一度被擱置，直至上世紀90年代，氣體鑽井技術才真正開始起步和發展，儘管其發展時間短，但己成為發現與保護油氣層、大幅提 高機械鑽速和治理惡性井漏等問題的最有效方法之一。同樣，由於發展時間短，也暴露了許多丞需解決的技術問題，如鑽具失效、地層 出水、井壁垮塌、井斜不易控制等問題，其中斷鑽具問題較為突出， 在幾年前的氣體鑽井嘗試中即發生了斷鑽具問題，但並為引起重視，至2006年中後期，國內幾家主要的氣體鑽井施工隊伍根據實際數據的統計， 一致的認為斷鑽具問題已經成為制約氣體鑽井應用的重大技術 難題之一，由於氣體鑽井規模應用時間短(專家學者將我國氣體鑽井初步規模應用界定為自2005年底始)，問題來的突然，工程界和學術 界尚來不及弄清其發生機理，還無從提出可行的應對方案。在這種背景下，我們圍繞近年來氣體鑽井實踐中暴露的井斜失控 和斷鑽具問題，以在泥漿鑽井鑽柱系統動力學方面的研究積累為基礎， 根據氣體鑽井鑽柱振動邊界的特點，結合氣體鑽井鑽柱與井壁碰撞機 理、摩擦機理及鑽頭與巖石互作用的實驗研究，建立氣體鑽井鑽柱系 統動力學模型，開發了仿真計算與分析軟體，並結合實鑽資料統計分析，開展了大量的研究工作，通過前期研究發現，氣體鑽井鑽具失效 的主要原因是大幅振動、氣蝕和腐蝕。並特別發現氣蝕是客觀存在的 且很難減輕，腐蝕是較輕微的，但是在高頻高應力振動的激勵下，腐蝕和氣蝕的作用會放大；三者的耦合作用導致了鑽具的異常時效。因此減振減阻成了氣體鑽井防斷的核心，成了防斷最為切實可行 的措施之一。氣體鑽井中由於幹摩擦乾碰撞導致扭轉振動和橫向劇烈， 通過扭轉振動和橫振的激勵，原本相對平緩的軸向震動也較為劇烈， 井眼擴大嚴重致使鑽杆彎曲變形大，這都使鑽具特別是與井壁接觸處 產生高應力，國外學者研究表明高應力可以加劇腐蝕和氣蝕的作用效 果。我們在氣體鑽井鑽柱振動力學研究的基礎上，提出了 "除進行鑽 井參數優化外，還應設計和使用減阻減振防斷扶正接箍"。在這個背景 下，我們設計了針對氣體鑽井鑽杆失效、加重鑽杆失效、鑽鋌失效的 減阻減振防斷扶正接箍。本次申請即是針對氣體鑽杆失效和加重鑽杆 失效而形成的減阻減振防斷扶正接箍。該減震工具可以大幅降低摩擦 扭矩和軸向摩擦阻力，並且特殊設計的減振裝置可以有效吸震，從而 可以有效防止氣體鑽井鑽具失效。發明內容本發明的目的是針對氣體鑽井鑽具失效問題解決方案的不足， 提供一種氣體鑽井減阻減振防斷扶正接箍，能有效防止降低摩擦阻力 和摩擦扭矩並能有效吸震，有效延緩氣體鑽井井下鑽具的失效，提高 鑽具的安全性，提高鑽具的利用率和使用壽命。為了達到上述目的，本發明解決此技術問題所採用的技術方案是: 一種氣體鑽井減阻減振防斷扶正接箍，是由下接頭本體l、上接頭本體7、無內圈徑向滾動軸承5、軸向滾動軸承6、外殼4吸振橡膠套3和 墊片9組成，其結構特徵是上下接頭本體7和1靠螺紋聯接，由軸 肩定位；無內圈徑向滾動軸承5是由上下兩組無內圈圓柱滾子軸承組 成， 一組安裝在外殼4與上接頭本體7之間， 一組安裝在外殼4與下 接頭本體l之間，靠套筒2定位；外殼4外表面上設置有三個對稱布 局的扶正帶8，扶正帶8兩端的設計成斜面型式，防止流道中返回鑽井液不順暢；扶正帶上設置有槽；軸向滾動軸承6由三組鼓形滾輪組成， 分別裝於外殼4表面扶正帶8的槽內與井壁或套管接觸；吸振橡膠套3 分為上下兩組，分別安裝在上下無內圈徑向滾動軸承5與外殼4之間， 同樣由套筒2定位，這樣能夠與軸向滾動軸承6組合，起到支撐、減 摩和吸振的效果。鑽杆與套管/井壁的徑向力由徑向滾動軸承來5承受， 而軸向力由滾動軸承6來承受。在套筒2與上下接頭本體7和1之間 放置有墊片9，墊片9的厚度在2 6mm之間，保證套筒3與上下接頭本 體7和1之間為過渡配合，在墊片的本體上設置有15 40個孔，孔內 填充石墨，在套筒2、上接頭本體7、下接頭本體l、無內圈滾動軸承 之間填充有石墨。該扶正接箍的另一種結構，將吸振橡膠套3的安裝 位置的兩端式改為中間式，即把吸振橡膠套3安裝在兩組無內圈徑向 滾動軸承5之間的外殼4的內壁上。無內圈徑向滾動軸承5和吸振橡 膠套3靠套筒2和外殼軸肩定位。吸振橡膠套3的厚度為3 6mm。本發明與現有技術相比，具有的有益效果是(1)本發明在無內 圈圓柱滾子軸承和外殼之間安裝了橡膠套，具有減振性能好，吸振能 力強，減緩鑽杆/套管磨損，減少扭矩，增加鑽進能力的效果；(2)本 發明結構簡單、成本低，可以滿足減阻減振防斷的需要，特別適合於 氣體水平井中振動強烈、摩擦強度高，扭矩傳遞損失大的情況；(3)由 於外套的外徑大於接頭本體外徑，鑽柱通過此結構外套與套管/井壁接 觸，大部分鑽杆不與套管/井壁產生接觸，當轉盤帶動鑽柱旋轉時，本 體與外套之間通過軸承產生相對轉動，而外套與套管/井壁在徑向保持 相對靜止，因此鑽杆與套管/井壁的滾動接觸由本體與外套之間的滾動 接觸來代替，大大減少了鑽柱傳遞的扭矩損失；(4)墊片內的石墨及套 筒、上接頭本體、下接頭本體、無內圈滾動軸承之間腔體內的石墨可 潤滑無內圈徑向滾動軸承，以及密封套筒與上下接頭本體，有效防止 氣體進入。


圖1是本發明一種氣體鑽井減阻減振防斷扶正接箍的結構示意圖。 圖2是減阻減振防斷扶正接箍的另一種結構的示意圖。圖3是減阻減振防斷扶正接箍的外殼四扶正帶的結構示意圖。 圖4是減阻減振防斷扶正接箍的外殼三扶正帶的結構示意圖。 圖5是減阻減振防斷扶正接箍墊片的結構示意圖。 圖中l.下接頭本體，2.套筒，3吸振橡膠套，4.外殼，5.無內圈徑向滾動軸承，6.軸向滾動軸承，7.上接頭本體，8扶正帶，9墊片，IO石墨填充孔。
具體實施方式
按照圖1所示，上下接頭本體7和1靠螺紋聯接，由軸肩定位； 徑向滾動軸承5是由上下兩組無內圈圓柱滾子軸承組成， 一組安裝於 外殼4和上接頭本體7之間，' 一組安裝於外殼4和下接頭本體1之間， 靠套筒2定位；外殼4外表面上設計有三個對稱布局的扶正帶8，扶正 帶8兩端的設置成斜面型式，防止流道中返回循環介質不順暢；扶正 帶8上設置有槽，軸向滾動軸承6由三組鼓形滾輪組成，分別裝於外 殼4表面扶正帶8的槽內與井壁或套管接觸；吸振橡膠套3分為上下 兩組，分別安裝於上下無內圈徑向滾動軸承5和外殼4之間，同樣由 套筒2定位，與軸向滾動軸承6組合；在套筒2與上接頭本體7和1 之間放置有墊片9，墊片9的厚度在2 6mm之間，保證套筒3與上下接 頭本體7和1之間為過渡配合，在墊片的本體上設置有15 40個孔， 孔內填充石墨，在套筒2、上接頭本體7、下接頭本體l、無內圈滾動 軸承之間填充有石墨。按照圖2所示，吸振橡膠套的安裝位置變化由圖1結構中的兩 端式設計為中間式，即把吸振橡膠圈3安裝在兩組無內圈徑向滾動軸 承5之間的外殼4的內壁上。按照圖3圖4所示，外殼扶正帶的布局方式為對稱均勻布局方式， 使鑽柱與井眼同心，同心環空流速均勻。
權利要求
1.一種氣體鑽井減阻減振防斷扶正接箍，是由上下接頭本體、無內圈徑向滾動軸承、軸向滾動軸承、外殼和吸振橡膠套組成，其特徵是上接頭本體(7)和下接頭本體(1)靠螺紋聯接，由軸肩定位；無內圈徑向滾動軸承(5)是由上下兩組無內圈圓柱滾子軸承組成，一組安裝在外殼(4)與上接頭本體(7)之間，一組安裝在外殼(4)與下接頭本體(1)之間；外殼(4)外表面上設置有三個對稱布局的扶正帶(8)，扶正帶(8)兩端設計成斜面型式，扶正帶上設置有槽；軸向滾動軸承(6)由三組鼓形滾輪組成，分別裝於外殼(4)表面扶正帶(8)的槽內與井壁或套管接觸；吸振橡膠套(3)分為上下兩組，分別安裝在無內圈徑向滾動軸承(5)和外殼(4)之間，由套筒(2)定位，與軸向滾動軸承(6)組合。
全文摘要
本發明涉及用於油氣田具有強振動、高摩擦阻力、衝蝕、易發生失效的氣體鑽井中的減阻減振防斷扶正接箍。其技術方案是上下接頭本體靠螺紋聯接，由軸肩定位；徑向滾動軸承是由上下兩組無內圈圓柱滾子軸承組成，一組安裝在外殼與上接頭本體之間，一組安裝在外殼與下接頭本體之間，靠套筒定位；外殼外表面上設置有三個對稱布局的扶正帶，扶正帶兩端為斜面型式，扶正帶上設置有槽；軸向滾動軸承由三組鼓形滾輪組成，分別裝在外殼表面扶正帶的槽內與井壁或套管接觸；吸振橡膠套分別安裝在上下無內圈徑向滾動軸承和外殼之間，由套筒定位。本發明具有減振性能好，吸振能力強，減緩鑽杆/套管磨損，減少扭矩，增加鑽進能力的效果，且結構簡單，成本低。
文檔編號E21B17/02GK101220732SQ200810045250
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月23日 優先權日2008年1月23日
發明者祝效華, 華 童, 賈彥傑 申請人:西南石油大學