液壓自動防斜鉆具設(shè)計(jì)

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1、2008年第36算第10期■新產(chǎn)品開發(fā)A液壓自動防斜鉆具設(shè)計(jì).宋執(zhí)武髙德利(中BI石油大學(xué)(北親)石油1■租軟育部空雖實(shí)臉：t)摘要目前國內(nèi)所使用的各種防斜鉆具主要是靠鉆具本身的重力來產(chǎn)生降料力，在井斜角很小時，降斜力一般很小，在某些區(qū)塊鉆井時不能滿足防斜要求。為此，根據(jù)不倒翁原理，設(shè)計(jì)了一種液壓自動防斜鉆具。這種液壓自動防斜鉆具主要由鉆鋌體、偏心套筒、鋼球、閥腔、閥桿、活塞桿等組成。該鉆具能夠自動利用液壓力來產(chǎn)生很大的降斜力，從而能夠防止井眼的偏斜。該鉆具原理可行，結(jié)構(gòu)簡單，若能在現(xiàn)場得到應(yīng)用，可節(jié)省鉆井時間，從而節(jié)省鉆井投資，其應(yīng)用前景十分廣闊。關(guān)鍵詞液壓防斜鉆具偏心套筒井眼軌跡技術(shù)分析

2、鉆井是石油天然氣等地下資源勘探開發(fā)的基本手段，直井防斜鉆宜是鉆井現(xiàn)場經(jīng)常碰到的技術(shù)難題之一。在鉆直井時，如果井斜過大，會使井眼偏離地下設(shè)計(jì)目標(biāo)。在斜井內(nèi)，鉆柱易靠在井壁一側(cè)，旋轉(zhuǎn)時發(fā)生嚴(yán)重摩擦.易使鉆柱磨損和折斷,也可能造成井壁坍塌及鍵槽卡鉆等事故。井斜超標(biāo)也會彫響固井質(zhì)量和井下的分層開采及注水工作的正常進(jìn)行，對抽油井也常會引起油借和抽油桿的館損和折斷“所以說井斜超標(biāo)對油氣田的勘探與開發(fā)都有很大危寓。目前的防斜鉆具包括鐘挾、塔式、滿眼、偏軸等鉆具，主耍是靠鉆柱本身的朿力來產(chǎn)生降斜力，在井斜角很小時，降斜力一般很小，在某些區(qū)塊鉆井時不能滿足防斜的要求。一般只能再采用下單彎螺桿鉆具進(jìn)行定向反扣的

3、方法來保證井眼質(zhì)最達(dá)標(biāo)，但這種方法費(fèi)用髙，時間長，而且有時井眼的狗腿度也會很大。鑒于此，筆者設(shè)計(jì)了一種新的防斜工具，該工具能夠自動利用液壓力產(chǎn)生降斜力來防止井眼的偏斜。該鉆具原理可行，結(jié)構(gòu)簡單,若能在現(xiàn)場得到應(yīng)用，可節(jié)省鉆井時間，從而節(jié)省鉆井投資，其應(yīng)用前景十分廣闊。1.結(jié)構(gòu)如圖1所示，液壓自動防斜鉆具的偏心套筒通過鋼球的連接，掛在其鉆鋌體的外表面。此偏心套筒一半厚一半薄，且其下端部不在~個平面上，有凸臺和凹臺，凹臺位于偏心套筒的薄邊上，凸臺位于偏心套筒的厚邊上。在鉆鋌體上的閥腔內(nèi)，閥桿通過彈簧頂在偏心套筒下端部，小孔A與環(huán)空相通，小孔B與鉆鋌體內(nèi)腔相通，活塞桿可伸出鉆鋌體外。何冊庶)圖1液

4、壓自動防耕鉆具剖視圖ITA鋌體；2-鋼球；3Ti心套簡；4一閥桿；5—彈貧；6-閥腔；7—活窠桿；8—固定螺栓2.工作原理鉆井時，將此工具接在鉆頭的上面。在鉆進(jìn)?基金項(xiàng)目：獲教育部“長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(IRTO411)和國家自然科學(xué)基金賈大研究計(jì)劃項(xiàng)目(90410006)資助。該工具已獲國家實(shí)用新型專利，專利號：ZL200520128153.0?—46—2008年第36爲(wèi)第10期時.鉆鋌體在轉(zhuǎn)盤的帶動下不停地旋轉(zhuǎn)。由于偏心套筒的飯心不在鉆鋌體中心線上，并且它是通過鋼球與鉆鋌體相連接，當(dāng)井斜角很小時，在摩擦力的作用下，偏心套簡會隨鉆鋌體一起旋轉(zhuǎn)；當(dāng)井斜角達(dá)到一定值.偏心無

5、筒的3S力分竝大于摩擦力時,根據(jù)不倒翁原理，它會停住，厚邊在井眼的低邊,薄邊在井眼的高邊，不再旋轉(zhuǎn)。閥桿固定在鉆鋌休上，所以它會隨著鉆鋌體一起旋轉(zhuǎn)。它的上端部通過彈簧頂在偏心套筒的下端部，由于它們之中有一個旋轉(zhuǎn)，一個不旋轉(zhuǎn)，所以它們之間會發(fā)生相對滑動。因?yàn)槠奶淄驳南露瞬坎辉谝粋€平面上，而是有凸臺和凹臺，所以當(dāng)它們之間發(fā)生滑動時，閥桿還會有上、下的軸向運(yùn)動發(fā)生。當(dāng)閥桿在凹臺上時(由于凹臺位于偏心套筒的薄邊上，而薄邊在井眼高邊上，所以此時閥桿也在井眼高邊上)，它在閥腔的上部，此時它會將小孔A堵住，不與閥腔連通，而讓小孔B與閥腔連通。由于小孔B與鉆鋌體內(nèi)腔連通，而鉆鋌體內(nèi)腔的壓力高于環(huán)空處的壓力

6、，活塞桿就會在壓差所產(chǎn)生的力的作用下伸岀鉆鋌體外，頂在井壁上，將鉆頭推向低邊，實(shí)現(xiàn)降斜。當(dāng)閥桿在凸臺上時(由于凸臺位于偏心套筒的厚邊上，而厚邊在井眼低邊上，所以此時閥桿也在井眼低邊上)，它在閥腔的下部，此時它會將小孔B堵住，不與閥腔連通，而讓小孔A與閥腔連通由于小孔A與環(huán)空連通，所以此時活塞桿兩面的壓力相同，沒冇液壓力作用在它上面，所以不會產(chǎn)生增斜力。這樣，當(dāng)鉆鋌體每旋轉(zhuǎn)I周，在井眼高邊處就會有由液壓力產(chǎn)生的降斜力作用在鉆頭上1次，將鉆頭推向井眼低邊處。在這種周期性降斜力的作用下，井斜會很快被降下來，使井眼達(dá)到設(shè)計(jì)耍求。3.結(jié)構(gòu)參數(shù)及計(jì)算方法液圧門動防斜鉆具的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括鉆鋌體的內(nèi)外徑、鋼球

7、的直徑、偏心套筒的長度和偏心駅、偏心套筒與鉆鋌體之間的間隙、活塞的直徑等，如何合理地設(shè)計(jì)這些參數(shù)是其能否成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。其中偏心套筒的偏心量計(jì)算公式為。嗚(2)式中D—活塞直徑，m;F—活塞頂出力，N；P——鉆頭壓降，Pa。鉆鋌體的尺寸主要考慮強(qiáng)度的燙求，可從鉆井手冊中査取。備心套筒與鉆鋌體之間的間隙主?？紤]鉆儉體在發(fā)生撓度變形后，與偏心套筒不可接觸，可由文獻(xiàn)[5]所提供的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。結(jié)束語液壓自