一種具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油、天然氣鉆井工程的井下工具，具體涉及一種鉆井工具一一保徑短節(jié)工具。
【背景技術(shù)】
[0002]保徑短節(jié)工具(簡(jiǎn)稱保徑短節(jié))是油氣鉆井工程中常用的一種井下工具，保徑短節(jié)一般與鉆頭直接連接，主要用于彌補(bǔ)鉆頭的保徑能力并起到對(duì)鉆頭的“扶正”效果。常規(guī)保徑段節(jié)的保徑結(jié)構(gòu)特征為若干個(gè)楞條狀保徑條，在保徑短節(jié)工具表面上呈軸向直線或螺旋線分布。保徑短節(jié)上保徑塊的結(jié)構(gòu)，與其保徑能力有著直接的關(guān)系，保徑短節(jié)/保徑條軸向尺寸越長(zhǎng)，其對(duì)井筒的保徑能力和對(duì)鉆頭的扶正效果就越好，并提高鉆井井身質(zhì)量和鉆頭的工作穩(wěn)定性。
[0003]但楞條狀的保徑結(jié)構(gòu)與井壁間的接觸面積大，在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中所產(chǎn)生的摩擦阻力較高，增加了鉆柱的扭矩響應(yīng)，并降低鉆井能量利用率。另外，現(xiàn)有保徑短節(jié)一般主動(dòng)切削能力不足，主要通過被動(dòng)摩擦和少數(shù)規(guī)徑齒刮切修整井壁，其保徑能力較低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種能夠降低摩擦阻力，提高保徑能力的保徑短節(jié)工具。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，包括短節(jié)本體及其兩端的連接結(jié)構(gòu)，在短節(jié)本體外表面上設(shè)置有保徑結(jié)構(gòu)，所述保徑結(jié)構(gòu)由若干個(gè)獨(dú)立的保徑塊組成，所述保徑塊在短節(jié)本體圓周方向上和軸線方向上不連續(xù)分布。
[0007]上述方案中，當(dāng)任一保徑塊在短節(jié)本體圓周方向上與相鄰的保徑塊不接觸，此為圓周方向上不連續(xù)；同理，相鄰兩保徑塊在軸向方向上不接觸，此為軸向方向上不連續(xù)。
[0008]作為選擇，所述各保徑切削結(jié)構(gòu)在所述短節(jié)本體軸線方向上錯(cuò)位布置。
[0009]上述方案中，“錯(cuò)位布置”一方面可減少保徑短節(jié)與井壁間的接觸面積并有效降低摩擦阻力；另一方面所形成的特殊流道結(jié)構(gòu)更有利于防止因井壁掉塊等原因造成的卡鉆事故的發(fā)生。
[0010]作為選擇，所述保徑塊在所述短節(jié)本體上螺旋布置。作為進(jìn)一步選擇，所述保徑塊在所述短節(jié)本體上呈多頭螺旋線狀的螺旋布置。
[0011]上述方案中，所述“螺旋布置”是指保徑塊以螺旋線為母線，在短節(jié)本體本體外表面上依次排列，所述“螺旋線”可以為左旋螺旋線也可以為右旋螺旋線，所述“螺旋線”可以為單頭螺旋線、雙頭螺旋線、也可以為多頭螺旋線。
[0012]作為選擇，所述保徑塊的橫截面為圓形。
[0013]作為選擇，所述保徑塊的橫截面輪廓線由至少三條線段連接構(gòu)成，每一線段各自為直線段或曲線段。作為進(jìn)一步選擇，所述保徑塊的橫截面為不規(guī)則多邊形。
[0014]上述方案中，所列具有圓形、多邊形等保徑塊橫截面輪廓線形式的保徑短節(jié)工具，在與井壁接觸摩擦滑移過程中為銳角或銳邊接觸(如圖7所示)，也即將常規(guī)楞條狀保徑塊的直線或大曲率光滑曲線的“刮切接觸”改變?yōu)椤袄缦鹘佑|”，增強(qiáng)了保徑短節(jié)的保徑能力。
[0015]作為選擇，所述保徑塊上固定有主動(dòng)切削齒或被動(dòng)耐磨齒，或主動(dòng)切削齒和被動(dòng)耐磨齒組合而成。
[0016]上述方案中，所謂“主動(dòng)切削齒”定義為切削齒在保徑塊上的固定方式為“切削齒工作面的法向線與切削齒所在位置點(diǎn)的保徑短節(jié)徑向線所夾角度較大”，一般情況下該角度不小于60°，該種情況下切削齒能以負(fù)前角吃入并刮切井壁，達(dá)到主動(dòng)保徑的效果；所謂“被動(dòng)耐磨齒”定義為切削齒在保徑塊上的固定方式為“切削齒工作面的法向線與切削齒所在位置點(diǎn)的保徑短節(jié)徑向線所夾角度較小”，該角度一般小于10°，該種情況下切削齒僅能以摩擦擠壓方式保徑，稱之為被動(dòng)保徑。
[0017]作為選擇，且所述主動(dòng)切削齒和/或被動(dòng)耐磨齒選自PDC齒、硬質(zhì)合金齒、孕鑲金剛石復(fù)合齒中的一種或多種。
[0018]前述本實(shí)用新型主方案及其各進(jìn)一步選擇方案可以自由組合以形成多個(gè)方案，均為本實(shí)用新型可采用并要求保護(hù)的方案。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果:
[0020]1、由不連續(xù)分布的保徑塊構(gòu)成的保徑結(jié)構(gòu)與井壁的接觸面積小，可有效降低與井壁的摩擦阻力，降低鉆柱的扭矩響應(yīng)，提高鉆井能量的利用率，進(jìn)而提高鉆頭的使用效果。
[0021]2、不連續(xù)的獨(dú)立保徑結(jié)構(gòu)與連續(xù)的楞條狀保徑結(jié)構(gòu)相比，保徑塊可采用“犁削”方式刮切井壁，可使保徑短節(jié)具有更好的刮切效果，保徑能力可進(jìn)一步提高。
[0022]3、不連續(xù)分散式保徑結(jié)構(gòu)，改善了短節(jié)的流道分布形式，可有效避免較大巖塊等井底落物掉落井底造成鉆頭卡鉆事故的發(fā)生。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本專利第一個(gè)實(shí)施例的立體圖。
[0024]圖2是本專利第一個(gè)實(shí)施例所示保徑塊的橫截面示意圖。
[0025]圖3是本專利第一個(gè)實(shí)施例所不保徑塊分布周向展開圖。
[0026]圖4是本專利第二個(gè)實(shí)施例的立體圖。
[0027]圖5是本專利第三個(gè)實(shí)施例的立體圖。
[0028]圖6是本專利第三個(gè)實(shí)施例所示保徑塊的橫截面示意圖。
[0029]圖7本專利所述保徑塊與井壁犁削接觸示意圖。
[0030]圖中，其中:1、短節(jié)本體；11、內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)；12、外螺紋結(jié)構(gòu)；2、保徑塊；21、被動(dòng)耐磨齒；22、主動(dòng)切削齒；3、保徑塊橫截面；31、保徑塊橫截面輪廓線。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]如圖1、2、3所示，一種具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，包括短節(jié)本體I，在短節(jié)本體I的兩端分別設(shè)置有內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)11和外螺紋結(jié)構(gòu)12的連接結(jié)構(gòu)，在短節(jié)本體I的外表面設(shè)置有保徑結(jié)構(gòu)，所述保徑結(jié)構(gòu)由若干個(gè)獨(dú)立的保徑塊2構(gòu)成，且保徑塊2在短節(jié)本體I圓周方向上和軸線方向上不連續(xù)分布。作為選擇，各保徑塊2在短節(jié)本體I軸線方向上錯(cuò)位布置。更進(jìn)一步地，保徑塊2在短節(jié)本體I上螺旋布置。如本實(shí)施例所示，保徑塊2在短節(jié)本體I圓周方向均勻分布和軸線方向交錯(cuò)分布，形成保徑塊2在短節(jié)本體I上呈多頭螺旋線狀的螺旋布置。在保徑塊2上還可以選擇進(jìn)一步固定有若干被動(dòng)耐磨齒21，保徑塊2上設(shè)置的被動(dòng)耐磨齒21為PDC齒或孕鑲金剛石齒或硬質(zhì)合金齒。其中，作為選擇，保徑塊2的橫截面3的輪廓線31為圓形。如圖7所示，本專利不連續(xù)的獨(dú)立保徑結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)連續(xù)的楞條狀保徑結(jié)構(gòu)相比，保徑塊可采用“犁削”方式刮切井壁，可使保徑短節(jié)具有更好的刮切效果，保徑能力可進(jìn)一步提高。圖7 (左)為本專利具有圓形橫截面的保徑塊與井壁間“犁削接觸”示意圖。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于:所述保徑塊2在短節(jié)本體I工作時(shí)的工作旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)，還固定有若干主動(dòng)切削齒22。保徑塊2上設(shè)置的主動(dòng)切削齒22和(或)被動(dòng)耐磨齒21為PDC齒或孕鑲金剛石齒或硬質(zhì)合金齒。
[0036]實(shí)施例3:
[0037]如圖5、6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2基本相同，其不同之處在于:保徑塊2的橫截面輪廓線由至少三條線段連接構(gòu)成，每一線段各自為直線段或曲線段。作為選擇，保徑塊2的橫截面輪廓線為不規(guī)則多邊形。如本實(shí)施例所示，保徑塊2橫截面3的輪廓線31為不規(guī)則七邊形，且在短節(jié)本體I工作旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)的兩條邊所夾角α <100°。如圖7所示，本專利不連續(xù)的獨(dú)立保徑結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)連續(xù)的楞條狀保徑結(jié)構(gòu)相比，保徑塊可采用“犁削”方式刮切井壁，可使保徑短節(jié)具有更好的刮切效果，保徑能力可進(jìn)一步提高。圖7 (右)為本專利具有多邊形橫截面的保徑塊與井壁間“犁削接觸”示意圖。
[0038]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，包括短節(jié)本體及其兩端的連接結(jié)構(gòu)，在短節(jié)本體外表面上設(shè)置有保徑結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述保徑結(jié)構(gòu)由若干個(gè)獨(dú)立的保徑塊組成，所述保徑塊在短節(jié)本體圓周方向上和軸線方向上不連續(xù)分布。
2.如權(quán)利要求1所述的具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，其特征在于:所述各保徑塊在所述短節(jié)本體軸線方向上錯(cuò)位布置。
3.如權(quán)利要求1所述的具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，其特征在于:所述保徑塊在所述短節(jié)本體上螺旋布置。
4.如權(quán)利要求3所述的具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，其特征在于:所述保徑塊在所述短節(jié)本體上呈多頭螺旋線狀的螺旋布置。
5.如權(quán)利要求1所述的具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，其特征在于:所述的保徑塊的橫截面輪廓線為圓形。
6.如權(quán)利要求1所述的具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，其特征在于:所述保徑塊的橫截面輪廓線由至少三條線段連接構(gòu)成，每一線段各自為直線段或曲線段。
7.如權(quán)利要求6所述的具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，其特征在于:所述保徑塊的橫截面輪廓線為不規(guī)則多邊形。
8.如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，其特征在于:所述保徑塊上設(shè)置有主動(dòng)切削齒和/或被動(dòng)耐磨齒。
9.如權(quán)利要求8所述的具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，其特征在于:所述保徑塊上設(shè)置的主動(dòng)切削齒和/或被動(dòng)耐磨齒為PDC齒或孕鑲金剛石齒或硬質(zhì)合金齒。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有保徑結(jié)構(gòu)的短節(jié)工具，涉及石油、天然氣鉆井工程的井下工具，包括有短節(jié)本體，在短節(jié)本體兩端設(shè)置有螺紋結(jié)構(gòu)，在短節(jié)本體外表面設(shè)置有保徑結(jié)構(gòu)，所述的保徑結(jié)構(gòu)由若干個(gè)柱狀保徑塊組成，所述保徑塊在短節(jié)本體圓周上和軸向上不連續(xù)分布。本實(shí)用新型與鉆頭配合使用，可在提高鉆井保徑能力及井身質(zhì)量的同時(shí)，大大減少與井壁間的摩擦阻力，達(dá)到提高鉆頭工作性能和鉆井安全性的目的。
【IPC分類】E21B17-04
【公開號(hào)】CN204311985
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420707552
【發(fā)明人】楊迎新, 張偉峰, 任海濤, 丁文正, 戚清亮, 徐家年, 高清春, 徐帥兵, 程偉, 左龍
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué), 中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年11月21日