專利名稱：一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是鉆井工程所用的一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂 直鉆井工具。
背景技術：
現有技術中此類垂直鉆井工具已有以下專利文獻予以批露。
中國專利說明書CN 2431393Y ( 2001年5月23曰公開)描述了機電液 一體化自動垂直鉆井工具，該鉆井工具能夠在井斜時，進行自動探測傾斜 情況，并使鉆頭上自動產生一個附加的降斜力。該鉆井裝置設有固定導向 套，其內設有鉆柱及探測控制裝置，探測控制裝置與電磁換向閥控制連接， 導向液壓缸嵌設于固定導向套內靠近鉆頭的部位，導向活塞伸于固定導向 套的外壁。
中國專利說明書CN 1519455A ( 2004年8月11曰公開)描述了一種垂 直鉆井防斜裝置，它至少包括一段鉆鋌和固定在鉆鋌上的偏心穩定器，所 述的偏心穩定器分別固定在鉆鋌兩端，在鉆鋌的外圓表面上還裝有偏心塊。 該發明結構簡單，鉆井時能夠在滿足鉆頭破巖所需的鉆壓前提下有效地將 井斜控制在允許范圍內，實現復雜地層鉆進防斜打快的目標。
中國專利說明書CN 1676862A ( 2005年10月5曰公開)描述了一種機 械式自動垂直鉆井工具，其原理是適時感應井斜的重力信號，由重力驅動 機構，建立鉆柱內外高低壓流體間的通道，利用二者間的壓差，驅動活塞 適時推靠井壁高邊。該發明在實現主動、適時防斜的同時，還能夠有效解 放鉆壓，大幅提高鉆速和井眼質量，降低施工風險，本發明具有結構簡單、 可靠、適用多種鉆井平臺、加工制造和使用維護成本低等特點。
井斜問題始終困撓著鉆井工程師們，造成井斜的原因較多，但主要有三大原因。
第一個原因是地下的原因即地質方面的因素，沉積地層由于存在層
狀結構、地層傾角、斷層、軟硬交錯等，且不同方向的物性和強度又有差 異，使鉆頭在井底面非均勻切削而不平衡鉆進，導致近鉆頭處鉆具發生彎 曲，從而使鉆壓偏離原井眼軸線。
第二個原因是地面的原因即地面所配的下部鉆具組合和所施加的鉆 井參數對井眼偏斜有影響，對于給定的下部鉆具組合，鉆井參數中鉆壓和 轉速是主要因素，在鉛垂段鉆進中，下部鉆具組合在一定的鉆壓下會發生 彎曲變形，鉆柱的彎曲使鉆壓作用方向偏離了鉆頭處原井眼軸線，從而導 致井眼偏斜。
第三個原因是由鉆井施工過程中的操作引起井斜。
為解決這個問題，國內、外專家就鉆柱力學、鉆頭設計、鉆井參數優 化等做了大量的研究，同時也設計了多種垂直鉆井工具及垂直鉆井系統， 例如如上述專利提到的垂直鉆井工具，這些工具已經或將為垂直鉆井施工 起到重要作用，國外Baker Hughes公司推出了 VertiTrak系統， Schlumberger公司推出了 PowerV系統，這些系統已經在鉆井施工中發揮 了重要作用。
如上文獻中所述的各類垂直鉆井工具或垂直鉆井系統，都有著各自的 優點，但也存在各自的局限性，以上工具都只適用于泥漿鉆井，在氣體鉆 井過程中，氣柱壓力、泵壓、鉆壓內外壓差都較低，很難以此壓力開啟垂 直鉆井工具的推靠機構。隨著氣體鉆井技術的發展，氣體鉆井斜發生井斜 后很難控制，因此亟需一種可以適用于氣體鉆井的垂直鉆井工具，以控制 井身質量。
發明內容
為克服已有技術存在的不足，本發明提供了一種適用于氣體鉆井的分 流式自動垂直鉆井工具，由上接頭、殼體、下接頭、心管、調整墊片、承
軸、擋板、配重、導流器、分流器及閥門幾大部分組成，其特征是上接 頭、殼體及下接頭螺紋聯接，調整墊片、承軸、擋板、配重及導流器串于 心管上，分流器螺釘固定于心管內，閩門固定殼體上。
本發明的目的在于提供一種適用范圍廣、操作方便、結構簡單、穩定 性好、使用壽命長的分流式自動垂直鉆井工具。
本發明還釆用如下技術方案
上接頭、下接頭為管狀結構，兩端部勻有螺紋，分別與其它鉆具及殼 體螺紋聯接；殼體上開有噴射槽，來引導氣流，并在噴射孔內裝有有單向 閥門；心管上端部位于上接頭內，下端部位于下接頭內，中部通過擋板及
軸承、導流器上固定，心管上開有一弧長形分流孔，用于分流氣體。配重
為一扇柱結構，以焊接方式固定于心管上；導流器通過螺釘固定于殼體上, 且導流器上均布有導流孔，上部與軸承相接；分流器通過螺釘固定于殼體 內部，斜面正對心管上分流孔 本垂直鉆井工具有如下優點
1、 適用范圍廣，更換閥門可以調節噴射直徑，調節噴射流產生的反作 用力；
2、 操作方便，采用重力感應井斜原理進行自動感應及自動糾斜，不需 增加任何操作；
3、 結構簡單、穩定性好，采用機械式結構，使用過程中性能發揮穩定。
圖l本發明專利結構示意2 A-A視圖
圖3 B-B視圖
:
1.上接頭
2.殼體
3.下接頭
4.心管
5.調整墊片
6.軸承
7.擋板
8.配重
9.導流器
10.分流器
11.閥門
12.噴射
13.導流孔
14.分流孔
具體實施例方式
現結合圖l、圖2及圖3對本發明做進一步的描述。本適用于氣體鉆井 的分流式自動垂直鉆井工具基于氣體動力學原理、流固耦合分析方法，利 用分流氣體方法，將分流噴射的反作用力調節鉆頭側向力，實現自動感應 井斜及糾斜，達到垂直鉆井施工的目的。
當采用本發明進行直井鉆井施工時，計算所需噴身孔直徑，并選擇閥門 11。按圖l進行裝配，軸承6分別裝于擋板7兩側，并與心管4過盈配合, 配重8以焊接方式固定于心管4的兩擋板7中間，且配重8與心管4上分 流孔14環向相差180°,導流器9用螺釘固定于心管4內，且斜面正對心管 4上分流孔14,分流器IO以螺釘固定于殼體2上，且其上的導流孔13與 殼體上的噴射槽12相對齊，調整墊片5安裝于心管4上部，起到調整及保 持軸承的作用。在將上接頭l、殼體2及下接頭3螺紋聯接前，對軸承6、 及心管4兩端加上潤滑脂，垂直鉆井工具裝配好后安裝在鉆具組合中，且 盡量靠進鉆頭。
當井斜小于2。時，心管4與軸承、導流器9、上接頭l、下接頭3之間 的環向摩擦力使配生8保持一恒定位置，配生8隨著鉆柱的轉動而轉動， 若氣流通道殼體2的噴射槽12、導流器9:的導流孔13及心管4的分流孔14聯通，則氣流隨著鉆柱的轉動而轉動噴射，若以上氣流通道沒有聯通， 則不會有氣流流入環空，這兩總情況下自動垂直鉆井工具起到了穩斜的作 用。
當井斜大于2。時，鉆柱轉動時，心管4與軸承、導流器9、上接頭l、 下接頭3之間的環向摩擦力已不能使配生8保持一恒定位置，配重8受重 力作用影響，始終自動保持于低邊，心管4上的分流孔14始終自動指向高 邊，隨著鉆柱轉動，殼體2的噴射槽12、導流器9的導流孔13及心管4 的分流孔14聯通時，通過分流器10將部分氣體分向通過分流孔14、導流 孔13、閥門11及噴射槽12直接噴向井眼高邊，在氣流噴射時的反作用力 作用下，將近鉆頭鉆具保持于井眼低邊，使鉆頭產生降斜力，實現自動垂 直鉆井。
殼體2上所裝閥門ll為單向閥，不僅具有調節噴射口大小的作用，而 且能在起、下鉆停止循環時防止井眼內雜質進入垂直鉆井工具。導流器9 的導流孔13及殼體2噴射槽12均朝斜上方向，如此設計不僅能在噴射時 產生反作用力，而且有助于氣體攜巖作用。心管4兩端分別插入上接頭1 及下接頭2—段，并存在一定量的間隙，間隙中加入潤滑脂，不僅可以減 小心管4轉動摩擦力，而且起來了很好的密封軸承6的作用，保證軸承6
的工作性能和提高其的工作壽命。
如圖2所示，配重8為一扇形柱體，其內側與心管4焊接固定，外側與 殼體存在一定間隙，以此來實現配重8在發生井斜時自動始終保于井眼低邊。
如圖3所示，殼體2均布四個噴射槽12,導流器9均布四個導流孔， 它們呈相通狀態，但心管4上的分流孔14只能與其中一個相通，鉆柱轉動 時為延長分流孔14與導流孔13相通時間，分流孔14為環向長孔。
'整個適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井工具結構簡單、操作方便、適用范圍廣、性能可靠，是一種理想的適用于油氣井鉆井工程的垂直鉆井 工具。
權利要求
1、一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井工具，由上接頭(1)、殼體(2)、下接頭(3)、心管(4)、調整墊片(5)、承軸(6)、擋板(7)、配重(8)、導流器(9)、分流器(10)及閥門(11)幾大部分組成，其特征是上接頭(1)、殼體(2)及下接頭(3)螺紋聯接，調整墊片(5)、承軸(6)、擋板(7)、配重(8)及導流器(9)串于心管(4)上，分流器(10)螺釘固定于心管(4)內，閥門(11)固定殼體(2)上。
2、 按照權利要求l所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井 工具，其特征是上接頭(1)、下接頭(3)為管狀結構，兩端部都有螺紋， 分別與其它鉆具及殼體(2)螺紋聯接。
3、 按照權利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井 工具，其特征是殼體(2 )布有噴射槽(12 ),并裝有閥門(11 )。
4、按照權利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井 工具，其特征是心管(4)上端部位于上接頭(1)內，下端部位于下接頭(2) 內，中部通過擋板(5)及軸承(6)、導流器(9)固定，心管(4)上開有 一弧長形分流孔(14)。
5、 按照權利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井 工具，其特征是配重(8)為一扇形柱結構，以焊接方式固定于心管(4)上， 其環向位置與心管(4)上的分流孔(14)相位差180°。
6、 按照權利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井 工具，其特征是導流器(9)上均布有導流孔(13)，并通過螺釘固定于殼 體(2)上，上部與軸承(6)相接。
7、 按照權利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井 工具，其特征是分流器(10)通過螺釘固定于殼體(2)內部，斜面正對心 管(4)上分流孔(14)。
全文摘要
一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井工具，是一種用于油氣井鉆井工程的防斜鉆井工具，由上接頭、殼體、下接頭、心管、調整墊片、承軸、擋板、配重、導流器、分流器及閥門幾大部分組成，其特征是上接頭、殼體及下接頭螺紋聯接，調整墊片、承軸、擋板、配重及導流器串于心管上，分流器螺釘固定于心管內，閥門固定殼體上。本分流式自動垂直鉆井工適用范圍廣，更換閥門可以調節噴射直徑，以此調節噴射氣流流產生的反作用力；操作方便，采用重力感應井斜原理進行自動感應及自動糾斜，不需增加任何操作；結構簡單、穩定性好，采用機械式結構，使用過程中性能發揮穩定，工作壽命長。
文檔編號E21B7/10GK101451425SQ200710116110
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月7日 優先權日2007年12月7日
發明者波 唐, 唐代緒, 趙金海, 韓來聚 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院