[实用新型]一种定向井钻井用组合钻柱装置

说明书

本实用新型属于油气井工程领域，具体涉及一种定向井钻井用组合钻柱装置。

由于定向井自身结构特点，其轨迹控制的关键技术难点是摩阻和扭矩大，螺杆钻具装置角难以控制，钻进速度缓慢。目前我国定向井钻井中为了加快螺杆钻具装置角控制速度，减小钻井周期，主要采取以下几种处理方式：

一、加入处理钻井液

通过在钻井过程在钻井液中加入润滑剂，来减小钻柱和井壁之间的摩擦阻力和扭矩，加快螺杆钻具装置角控制速度。但由于钻井管柱和井壁之间的摩擦阻力和扭矩过大，如果加入的润滑剂太少，效果不理想；加入润滑剂太多，则作业成本加大。尤其是在评价井中，如果加入的润滑剂中有原油或者柴油的话，还会直接导致录井的油气显示不准确，很难判断层位，使这一技术更是受到限制。

二、采用旋转导向

现在很大一部分定向井的施工，在定向钻到一定深度后，会采用旋转导完成。但在定向段的作业中，由于“推靠式”的旋转导向对地层的依赖性很大，“指向式”的旋转导向对于有些地层是不适合的。且旋转导向还处于垄断时期，使用过程中作业费高昂，成本太高。

三、钻进中划眼调整

三、钻进中划眼调整

井下的钻具由于产生屈曲，导致底部钻具总成以及钻柱和井壁之间会产生无数多的接触点，所加的扭矩大部分被这些接触点卸载，导致加到螺杆钻具上的扭矩很少，此时如果强制加大扭矩的话，会使接触点突破井壁的束缚，螺杆钻具上的扭矩突然增大很多，而对螺杆钻具损坏很大。所以，一般情况将钻完的一小段井段及时划眼，修整井眼的光滑度。但其存在以下两方面的缺陷：1短时间内的勤划眼，加大了钻具“自锁”卡钻的风险。2虽然在一定程度上能减轻摩阻和扭矩，但是每次划眼以后钻头到达井底时，耗费很长时间去重新控制螺杆钻具装置角，钻井周期会增加很多。

本实用新型的目的是为了解决上述问题提供一种结构简单、使用方便、安全可靠的定向井钻井用组合钻柱装置。当定向钻井过程中，将该组合钻柱装置下入井内，外壁焊接有小钢条的非磁钻铤无论承受多大轴向压力波动整个钻柱都均不易随意扭转。这样实现了大幅度缩短螺杆钻具装置角控制时间、提高定向钻井效率以及降低定向钻井成本的目的。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

本实用新型定向井钻井用组合钻柱装置由牙轮钻头1、螺杆钻具2、浮阀3、扶正器4、非磁钻铤5、测斜仪6、非磁钻铤7、震击器8和钻杆9从下到上依次直接连接组成。所述的牙轮钻头1是外径为311.2毫米的API标准钻头；所述的螺杆钻具2带有1.5°弯度、外径是244.47毫米的API标准螺杆钻具，主要用于定向井造斜；所述的浮阀3使用箭形浮阀，外径是203.2毫米的API标准浮阀，主要防止在钻井时井喷事故；所述的非磁钻铤6、7是外径是203.2毫米的API标准非磁钻铤，其外壁焊接有小钢条，小钢条长度20厘米，将钻铤外壁圆周三等分，每排小钢条间隔半米远，用来防止定向钻井时钻柱扭转；所述的扶正器4外径是292.1毫米，用来稳定整个钻柱；所述的测斜仪6外径是203.2毫米，用来实时监视整个井眼轨迹；所述的震击器8是机械式的，外径是196.85毫米，用在钻进过程中发生卡钻时解卡；所述的钻杆是127毫米的API标准钻杆。通过理论分析证明，外壁焊接有小钢条的非磁钻铤6、7无论承受多大轴向压力波动均不易扭转，并在本实用新型中从结构上实现了这一特征。

本实用新型的设计原理：

在定向钻井作业过程中，先将组合钻柱装置下入井下，而组合钻柱装置是由牙轮钻头1、螺杆钻具2、浮阀3、扶正器4、非磁钻铤5、测斜仪6、非磁钻铤7、震击器8和钻杆9从下到上依次直接连接组成。所述的螺杆钻具2带有1.5°弯度，主要用于定向井造斜；所述的浮阀3使用箭形浮阀，主要防止在钻井时井喷事故；所述的非磁钻铤6、7外壁焊接有小钢条，小钢条长度20厘米，将钻铤外壁圆周三等分，用来防止定向钻进时钻柱的扭转；所述的扶正器4用来稳定整个钻柱；所述的测斜仪6用来实时监视整个井眼轨迹；所述的震击器8是用机械式的，在钻进过程中发生卡钻时解卡用。对于不同尺寸的井眼，单一的组合钻柱装置尺寸不能满足定向钻井施工要求，就设置不同组合钻柱装置尺寸和非磁钻铤外壁焊接的小钢条的尺寸，直到完全满足钻井要求。这样就达到了达到极大缩短钻柱装置角控制时间，从而降低定向井钻井周期和成本的目的。

所述的非磁钻铤外壁焊接的小钢条的设置，一方面考虑到长期使用的磨损，需要把小钢条的直径设置得稍微大些；另一方面如果小钢条的直径设置得太大，会造成旋转钻进时候整个钻柱的扭矩太大，应根据不同的井眼尺寸来设置小钢条直径的大小。