扩眼稳定器及底部钻具组合 【技术领域】
本发明是关于一种钻井工具，尤其是一种在钻进过程中，能够在快速钻进的同时防止产生井斜的扩眼稳定器及底部钻具组合。
背景技术
钻井是石油天然气勘探开发的基本手段，油气钻井防斜问题是油气钻井工程中普遍存在但一直未能很好解决的一个重大技术难题。垂直钻井防斜是钻井工艺的关键技术问题之一，定向井、水平井、大位移井等复杂结构井的直井段同样存在防斜问题，而且对井斜要求更加严格。在山前高陡构造等易斜地层进行钻井时，井斜问题十分严重，成为长期以来制约易斜地层下部油气资源勘探开发进程的一大技术瓶颈，也是自旋转钻井应用于石油工业以来的百年技术难题之一。
传统的防斜技术包括满眼钻具和钟摆钻具。如图1所示，为一个公知的刚性满眼钻具组合结构示意图，由钻头9和稳定器91构成，且钻头9和稳定器91之间通过刚性钻铤92相连接。该满眼钻具基于本身的刚性可采用较大的钻压钻进，有利于提高钻速，井眼曲率较小，但不产生降斜力，因此不能纠斜。
如图2所示，为一个公知的钟摆钻具组合结构示意图，由钻头9’和稳定器91’构成，且钻头9’和稳定器91’之间通过钻铤92’相连接。该钟摆钻具基于“钟摆原理”只能产生很小的降斜力，当钻遇易斜地层时是以牺牲钻压甚至“轻压吊打”来确保井斜控制质量，从而使快速钻进与防斜打直的矛盾更加突出。
第200620124597.1号中国专利还公开了“一种组合式防斜打快工具”，以期解决上述问题，但该组合式防斜打快工具由于是一种常规带弯接头的防斜钻具组合，仍然存在不具备产生强力防斜或降斜弯矩效果的严重缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种在钻井作业中一旦出现井斜能够产生较大的降斜力，在保证快速钻井的同时能防止产生井斜的扩眼稳定器及底部钻具组合。
为此本发明提出的一种扩眼稳定器，其中，所述扩眼稳定器包括：中空的扩眼稳定器主体部，所述扩眼稳定器主体部的外周均布有至少三片刀翼，所述刀翼沿所述扩眼稳定器轴向设置；所述扩眼稳定器主体部的上、下两端具有能分别与上、下接头相连接的连接螺纹部。
如上所述的扩眼稳定器，其中，所述刀翼呈平直的片状或呈螺旋状设置在所述扩眼稳定器主体部的外周；所述刀翼长度方向的上、下两端分别向扩眼稳定器主体部的外周壁倾斜，形成倾斜的顶部切削刃和下部切削刃；所述刀翼的中间段形成支撑部。
如上所述的扩眼稳定器，其中，所述顶部切削刃和下部切削刃处焊接有聚晶金刚石复合片或人造金刚石。
如上所述的扩眼稳定器，其中，所述扩眼稳定器的外径等于规定的井眼直径。
本发明还提出一种底部钻具组合，其中，所述底部钻具组合包括：扩眼稳定器，所述扩眼稳定器的上端部设有一个普通稳定器，下端部与钻头相连接；其中，所述扩眼稳定器包括中空的扩眼稳定器主体部，所述扩眼稳定器主体部的外周均布有至少三片刀翼，所述刀翼沿所述扩眼稳定器轴向设置；所述扩眼稳定器主体部的上、下两端具有能分别与上、下接头相连接的连接螺纹部。
如上所述的底部钻具组合，其中，所述钻头直径小于所述扩眼稳定器的外径。
如上所述的底部钻具组合，其中，所述钻头与扩眼稳定器、扩眼稳定器与普通稳定器之间通过钻铤连接。
如上所述的底部钻具组合，其中，所述刀翼呈平直的片状或呈螺旋状设置在所述扩眼稳定器主体部的外周；所述刀翼长度方向的上、下两端分别向扩眼稳定器主体部的外周壁倾斜，形成倾斜的顶部切削刃和下部切削刃；所述刀翼的中间段形成支撑部。
如上所述的底部钻具组合，其中，所述扩眼稳定器的顶部切削刃和下部切削刃处焊接有聚晶金刚石复合片或人造金刚石。
如上所述的底部钻具组合，其中，所述扩眼稳定器的外径等于规定的井眼直径。
本发明通过采用在钻头的上部设置扩眼稳定器，使本发明的防斜原理完全不同于公知的防斜原理，克服了在钻井过程中公知的防斜技术存在的低效率防斜的严重缺陷。采用本发明的扩眼稳定器及底部钻具组合，在钻进过程中，由于钻头所钻的初始井孔的直径小于规定的井孔直径，而扩眼稳定器的下部切削刃抵接在初始井孔地上端，对初始井孔进行扩孔的同时，一旦出现井斜，在扩眼稳定器的下部切削刃处能够产生强力“降斜弯矩”以平衡地层造斜效应，并在钻头处产生一个很大的降斜力，从而可以有效地达到防斜打快的目的。
本发明的扩眼稳定器在钻井过程，在驱动装置的带动下与钻头一起旋转并向下移动，设置在扩眼稳定器主体部外周上的刀翼的下切削刃将初始井孔扩至钻井工程规定的井眼直径。在继续钻进的过程中，通过刀翼的中间段形成的支撑部对井壁构成支撑，起到稳定器的作用。根据所钻井眼的深度及工程要求在所述扩眼稳定器的上部可以设置一个或多个普通稳定器，随着钻进的不断深入，仅扩眼稳定器能产生防井斜强力降斜弯矩，而且其中间段与设置在其上部的普通稳定器可以共同对井眼进行支撑。其中扩眼稳定器具有“满眼稳定器”的功能，可以消除井径扩大的影响，克服了在目前公知的钻井过程中在钻头的上部全部使用普通稳定器，在出现井斜时，普通稳定器与井眼之间会产生较大的径向间隙的缺陷，无法控制井斜的缺陷。
通过设置在扩眼稳定器的顶部切削刃可以对井壁进行适当切削修整，具有方便提钻的优点。
【附图说明】
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1为公知的刚性满眼钻具组合位于井眼内的结构示意图；
图2为公知的钟摆钻具组合位于井眼内的结构示意图；
图3为本发明的扩眼稳定器的一个实施例的结构示意图；
图4为本发明的底部钻具组合一个实施例的结构示意图；
图5为本发明的扩眼稳定器的另一个实施例的结构示意图；
图6为沿图3或图5中A-A线的局部剖视示意图，示意性地表示聚晶金刚石复合片与切削刃的结构关系。
【具体实施方式】
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
如图4所示，本发明提出的一种底部钻具组合，包括：扩眼稳定器2，所述扩眼稳定器2的下端部与钻头3相连接，上端部与普通稳定器1相连接。所述普通稳定器1设置的数量多少根据所钻井眼的深度及工程要求而定，且确定方法与公知的方法相同。
其中，本发明的扩眼稳定器2的外径d(请参见图3)等于钻井工程规定的井眼直径D。而钻头3的外径Φ要小于扩眼稳定器2的外径，形成欠尺寸钻头，其型号以公知的方式根据地层抗钻特性进行优选，其直径与所钻井眼直径之差一般在0.25～1.00英寸(1英寸＝25.4毫米)范围内。所述普通稳定器1的外径小于所述钻井工程规定的井眼直径D，与井壁4之间具有间隙8。
本发明的底部钻具组合中，所述钻头3与扩眼稳定器2、扩眼稳定器2与普通稳定器1之间通过钻铤5、6连接，各钻铤5、6的规格与各跨长度以公知的方法、根据实际钻井要求确定。所述扩眼稳定器2、普通稳定器1及各钻铤5、6内部均具有中空的通道，以供钻井液流通。
如图3所示，本发明提出的一种扩眼稳定器2，包括：中空的扩眼稳定器主体部20，所述扩眼稳定器主体部20的外周均布有至少三片刀翼22，所述扩眼稳定器主体部20的上、下两端具有能分别与上、下接头21、28相连接的连接螺纹部27、25。其中，所述各刀翼22是沿所述扩眼稳定器2的轴向设置，刀翼22呈平直的片状设置在所述扩眼稳定器主体部20的外周，且刀翼22长度方向的两端形成为分别向扩眼稳定器主体部20的外周壁倾斜，形成倾斜的顶部切削刃29和下部切削刃23。为了提高切削刃的切削强度，优选在所述顶部切削刃29和下部切削刃23处焊接有聚晶金刚石复合片，或其它公知的高强度切削片，如：人造金刚石等。在本发明的具体实施方式中，优选在所述扩眼稳定器主体部20的外周均布设置6片刀翼，以提高其切削力。采用平直的片状刀翼22具有结构简单易于加工的优点。
如图5所示，另一可行的实施例是，所述刀翼22’也可以呈螺旋状设置在所述扩眼稳定器主体20的外周，刀翼22’长度方向的两端形成为分别向扩眼稳定器主体部20的外周壁倾斜，形成倾斜的顶部切削刃29’和下部切削刃23’，其中间段201’形成支撑井壁的支撑部。所述螺旋状刀翼22’与平直片状刀翼22相比，其切削力更为均匀。
如图3所示，本发明中设置在所述各刀翼22的顶部切削刃29和下部切削刃23之间的中间段201构成了扩眼稳定器2的外径。且在钻进过程中，各刀翼22中间段201形成支撑部，支撑井壁，起到了稳定器的作用。所述刀翼22的中间段201其结构可与公知的稳定器对井壁进行支撑、稳定的支撑部的结构相同，由硬质合金材料制成，也可以在所述中间段201处焊接有聚晶金刚石复合片，以使本发明的扩眼稳定器2对井壁的支撑更加稳定，提高其耐磨性。
如图6所示，在呈平直的片状或呈螺旋状设置在所述扩眼稳定器主体部20外周的刀翼22或刀翼22’的下部切削刃23、23’上设有缺口231(231’)，所述的聚晶金刚石复合片232(232’)设置并固定在所述缺口231(231’)内，且聚晶金刚石复合片232(232’)凸出切削刃的顶面和侧面设置，形成切削工作刃，从而能够提高切削刃的耐磨性和扩眼稳定器2的使用寿命。所述聚晶金刚石复合片与顶部切削刃29、29’的结构关系与图7中表示的结构相同，不再赘述。
所述上接头21的上部通过内锥螺纹26与钻铤5连接，下部通过连接螺纹部27与扩眼稳定器主体部20相连接。所述下接头28上部通过连接螺纹部25与扩眼稳定器主体部20连接，下部通过内锥螺纹24与钻铤6连接。
本发明的工作过程及原理是：在钻进过程中，所述钻头3在驱动装置的带动下钻出直径为Φ的初始井孔7，而设置在钻头3上部的扩眼稳定器2在驱动装置的带动下与钻头3一起旋转并向下移动，设置在扩眼稳定器主体部20外周上的刀翼22的下切削刃23将初始井孔7扩至钻井工程规定的井眼直径D。在继续钻进的过程中，通过刀翼22的中间段201对井壁构成支撑，起到稳定器的作用。随着钻进的不断深入，扩眼稳定器2与设置在其上部的普通稳定器1共同对井壁4进行支撑，并能产生防井斜强力降斜弯矩。其中扩眼稳定器具有“满眼稳定器”的功能，可以消除井径扩大的影响，克服了在目前公知的钻井过程中在钻头的上部全部使用普通稳定器，在出现井斜时，普通稳定器与井眼之间会产生较大的径向间隙的缺陷，无法控制井斜的缺陷。
在完成钻井作业后的提钻过程中，为了防止井壁的局部变形而卡钻，本发明通过扩眼稳定器2的顶部切削刃29可以对井壁进行适当切削修整，以方便提钻。
为了克服在钻井过程中公知的防斜技术存在的低效率防斜的严重缺陷，本发明的底部钻具组合通过在钻头3的上部设置扩眼稳定器2，使本发明的防斜原理完全不同于公知的防斜原理。在钻进过程中，由于钻头3的外径Φ小于扩眼稳定器的最大外径d，并小于规定的井眼直径D，两差之差在0.25～1.00英寸范围内，形成欠尺寸钻头，则钻头3所钻的初始井孔7的直径小于规定的井孔直径D，而扩眼稳定器2的下部切削刃23抵接在初始井孔6的上端，在对初始井孔6进行扩孔的瞬间，一旦出现井斜，在扩眼稳定器2的下部切削刃23处能够产生强力“降斜弯矩”以平衡地层造斜效应，并在钻头处产生一个很大的降斜力，从而能够保证钻具中心与井眼中心重合，可以有效实现防斜打快的目的。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。