[发明专利]用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置、钻井管串和方法

说明书

本发明提出了一种用于螺杆钻具的反扭转自动平衡、钻井管串和方法，装置包括上接头；芯筒，芯筒的内腔与处于下游的螺杆钻具连通，使得来自上接头的内腔的钻井液能通过芯筒的内腔流向螺杆钻具而使螺杆钻具进行钻进；固定设置在芯筒的下端的下接头；设置在芯筒的外壁和上接头的内壁之间的自动平衡组件，自动平衡组件由流经上接头的内腔中的钻井液的一部分产生的液压力驱动，其中，当钻井液排量等于第一预定值时，上接头与芯筒之间产生摩擦扭矩与螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩大小相等以进行定向钻进，当钻井液排量高于第一预定值时，上接头与芯筒之间产生摩擦扭矩大于螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩，使得芯筒带动螺杆钻具的外壳旋转以进行复合钻进。

技术领域

本发明涉及油气井施工技术领域，具体涉及一种用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置、包含其的钻井管串和利用该钻井管串进行钻井的方法。

背景技术

目前定向井、水平井主要利用螺杆钻具进行井眼轨迹控制。工作过程中，当滑动钻进时，钻柱不旋转以保证螺杆钻具工具面的稳定，但这将导致钻柱与井壁之产生很大轴向摩阻，尤其对于长水平段水平井和大位移井，巨大的轴向摩阻会导致钻压传递不顺利，机械钻速低。

为解决螺杆钻具滑动定向钻进时机械钻速低的缺点，国内外开发了各种技术，主要的思路是使钻柱旋转起来以降低摩阻提高机械钻速。现有技术中，可以使用先进的旋转导向工具，以有效控制井眼轨迹的同时旋转钻柱，克服了滑动导向技术的不足，钻压传递顺利，机械钻速高，井眼质量好。但是，由于旋转导向工具为机电液一体化设备，使用及维护成本昂贵，不利于钻井成本的降低。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置、包含其的钻井管串和利用该钻井管串进行钻井的方法。该反扭矩自动平衡装置以螺杆钻具为基础，在滑动钻进时可以旋转钻柱以顺利传递钻压，并能有效控制工具面的工具，解决了滑动钻进托压、机械钻速低等问题。并且，该结构简单，成本比较低。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置，包括：

筒状的上接头，

套设在上接头的内腔中的芯筒，芯筒的内腔与处于下游的螺杆钻具连通，使得来自上接头的内腔的钻井液能通过芯筒的内腔流向螺杆钻具而使螺杆钻具进行钻进，

固定设置在所述芯筒的下端的筒状的下接头，所述下接头的部分延伸出所述上接头的内腔以通过下部钻杆固定连接螺杆钻具的外壳，

设置在芯筒的外壁和上接头的内壁之间的自动平衡组件，自动平衡组件由流经上接头的内腔中的钻井液的一部分产生的液压力驱动，

其中，当钻井液排量等于第一预定值时，自动平衡组件使得上接头与芯筒之间产生摩擦扭矩与螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩大小相等以进行定向钻进，

当钻井液排量高于第一预定值时，自动平衡组件使得上接头与芯筒之间产生摩擦扭矩大于螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩，使得芯筒带动螺杆钻具的外壳旋转以进行复合钻进。

在一个实施例中，自动平衡组件包括：

套设在芯筒的外壁上的环状的定子，定子与上接头的内壁卡接，

匹配式设置在定子的下端的转子，转子呈筒状以套设在芯筒的外壁上并与芯筒的外壁齿接，

套设在芯筒的外壁上的环状的活塞，活塞位于定子的上端以接受钻井液的压力，并能传递推力以促动定子和转子在活塞和下接头之间轴向上彼此靠近，从而产生摩擦扭矩。

在一个实施例中，位于活塞上游的芯筒与上接头之间的环空形成能与上接头的内腔连通的液压通道，位于活塞下游的芯筒与上接头之间的环空形成能与外界连通的第二空间，活塞的径向内部和外部分别与芯筒和上接头活动密封式接触，以使得活塞能够接受液压通道的钻井液压力而在活塞的上下两端形成压力差。