用于钻柱的叶片稳定器工具制造技术

本发明专利技术涉及一种用于钻柱的叶片稳定器工具。钻柱稳定器工具(200)包括圆柱形主体(20)和安装在圆柱形主体的外表面上的多个稳定器叶片(100)。稳定器叶片具有长形形状和带有上部稳定部分和下部安装部分的整体性结构。在每两个相邻的叶片(100)之间，可以可选择地有在钻井和下钻期间用于提高液体和钻屑流动的流体动力学槽(21)。

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术涉及用于当钻探油井、天然气井或地热井时稳定钻柱的操作的叶片稳定器工具。现有技术的情况在定向钻井中，保持操作的完全控制是非常重要的。为了保持钻柱的控制，已知使用了一定数量(通常为2或3)的放置在底部钻具组合(bottom hole assembly)中的所谓的钻井稳定器。具有使用两个稳定器的底部钻具组合配置的钻柱的示例在图1中示出。在钻柱中的稳定器的主要功能是支撑并稳定在穿过地表的井中的底部钻具组合。稳定器叶片的设计应该是这样的，在钻井操作的全部阶段期间，稳定器叶片减少在井中的摩擦力和阻力，因此防止众所周知的问题，例如对于井的损伤、泥包(balling up)和井壁失稳。此外，稳定器不应该阻碍钻屑通过钻井液被带出钻井。稳定器叶片的接触面积应该足够大以充分支撑在井中的钻柱，同时将对井壁的渗透减到最小或消除。当重量被施加或由通过钻柱传输的振动或冲击负载导致的抖振发生时，稳定器还应当提供稳定性。钻柱稳定器工具包括圆柱形稳定器主体以及定位在所述圆柱形主体的外表面上由高强度钢制成的多个稳定器叶片组件。叶片可以是具有耐磨性的硬表面的直线的或螺旋形的。叶片可以被机加工为圆柱形主体的整体性的部分，或被机加工到螺纹连接至主体的套筒上，因此使得套筒可替换。叶片可以直接地焊接至圆柱形主体(焊接的叶片稳定器)。图2中所示，EP1650400描述了具有稳定器叶片1的稳定器叶片组件，该稳定器叶片具有上部稳定部分2和下部安装部分3。稳定部分2具有带有前端4和后端5、上部表面6和大体上直立的侧壁7的长形形状。稳定
部分2的后半部的平均宽度朝着后端5锥化，并且因此后半部的平均宽度大体上小于前半部的平均宽度。稳定器叶片的上部表面和底部表面靠近并且朝着前端4倾斜。稳定器叶片1的形状及其定位是这样的，其可以有效地转移围绕叶片的钻井液和钻屑，并大大减小泥包和钻屑对稳定器的封堵(packing off)。当以定向模式滑动时，叶片的锥形形状减小摩擦并且增强稳定器的性能。叶片的横截面锥度的功能是为了当以旋转模式钻井时减小旋转扭矩并且使底切作用(undercutting)最小化。稳定器叶片组件包括锥形安装块，该锥形安装块具有用于使用螺栓将该块安装在稳定器主体上的孔。稳定器叶片包括向下突出的安装部分3，该安装部分3具有锥形的前壁9和后壁10。稳定器主体的中心部分的圆柱形表面设置有轴向对齐的安装沟槽，该安装沟槽具有和稳定器叶片1的安装部分3一样的相同宽度和高度。稳定器叶片被安装在稳定器的主体中铣出的凹部中，并且由两个安装在凹部中的一个在叶片前且一个在叶片后的锥形安装块固定至该主体。这些块的锥形部分与稳定器叶片的安装部分3的锥形的壁9和10配合。锥形安装块中的每一个由螺栓固定至稳定器主体。螺栓插入锥形安装块中的凹部，使得螺栓的头部不暴露于钻井孔的壁。当两个锥形安装块被紧固至适当位置时，在锥形安装块和凹部中的稳定器叶片的锥形安装部分3之间施加的压力将整个组件锁定在适当的地方。插入锥形安装块的螺栓的头部大于锥形安装块的顶部的孔，螺栓通过该孔拧紧。虽然这种结构已经示出在正常情况下以令人满意的方式工作，但是当存在的力达到某一阈值时，这种结构导致严重的故障。万一冲击力高于某一阈值，叶片中的一些可能被迫离开其凹部并且将叶片固定至主体的块可能遭受严重的损坏。这使得有必要对于叶片的安装提供一些改进以克服描述的问题并且易于替换磨损或损坏的部件。专利技术概述本专利技术的目的是提供用于钻柱的稳定器工具，该稳定器工具克服了上述的问题并且具有对于冲击的更高的抵抗性、在操作中更好的流体动力学性能以及具有更简单且更便宜的维护成本。这些目的通过根据权利要求1的钻柱稳定器工具实现，该钻柱稳定器工具包括圆柱形主体和多个稳定器叶片，圆柱形主体界定纵向轴线并且具有在其表面上的多个纵向槽，多个纵向槽中的每个具有相应的销，该相应的销从槽内部的底部表面径向地延伸并且是圆柱型主体的整体性的部分，该多个稳定器叶片具有平行于所述纵向轴线延伸的长形形状并且包括径向远侧部分和径向近侧部分，其中，所述径向远侧部分的纵向延伸部短于所述径向近侧部分的纵向延伸部，其中，所述径向近侧部分包括矩形第一部分和锥形第二部分，锥形第二部分与所述第一部分轴向相反地定位并且设置有螺杆孔，螺杆孔用作将螺栓固定在所述第一部分和所述第二部分上的通道，所述径向近侧部分具有纵向槽中的一个的互补形状并且具有用来接合具有互补形状的所述销中的一个的纵向沟槽。由于这些特征，稳定器工具具有改进的性质，特别是关于摩擦、流体动力学性能、使用、维护和/或成本的性质。增强的形状和可互换的叶片显著提高钻井导向和稳定性，降低扭矩、阻力和钻井孔损坏的情况。由于稳定器叶片是可替换的，其可以在钻井现场方便且快速的更换，因此该工具对于在离岸地点工作是理想的。这种特征使稳定器工具能够在钻井现场被维修，使磨损或损坏的稳定器叶片能够被快速地更换，消除了为了维修将磨损或损坏的稳定器工具运输至专门的车间的必要性。不同尺寸例如不同厚度T、宽度或长度的稳定器叶片可以安装至圆柱形主体，消除了在钻井现场具有额外的非标尺寸的稳定器工具的必要性。在现场替换损坏或磨损的稳定器叶片并给圆柱形主体装上不同尺寸的叶片的能力将大大地减少在现场所需的稳定器的库存。在每日租金费用、运输花费上的花费节约以及在存储空间上的减少增加了可替换的叶片稳定器构思的技术优势。通过销的引入，可能达到载荷的更均匀分布。此外，叶片可以完全嵌入到稳定器主体中得到更好的流体动力学性能。其它的优势是更大的表面接触面积以及更宽的覆盖区域导致改进的稳定性。有利地是，叶片进一步分离地放置在稳定器主体的表面上，这导致在叶片之间的流动面积的增加。有利地是，流体动力学槽的实现将提高自清洁和喷射效应，加速在主体加厚区域之上的钻屑输送。自清洁作用最小化
污泥堆积和泥包，增加均匀的钻井液流动。新的设计减少了泥包或封堵的可能性，也减轻井漏或井控风险的起因。有利地是，在底部安装部分的前部的矩形外围区域和在后方(后面)部分的三角形外围区域将分别容纳三个孔和一个孔，以用于安装螺栓，螺栓与中央销一起大大地改善了系统的稳定性。稳定器叶片因此可拆卸地连接至圆柱形主体。有利地是，叶片具有圆顶形接触区域。在本说明书中，我们通常将稳定器叶片的三角形部分称作稳定器叶片的后方(后面)部分仅仅是为了便于描述，而不对关于使用稳定器工具的方式的这些形容词给予任何限制性意义。本专利技术的圆柱形主体加厚具有当钻入孔中时和离开孔时使潜在的拖延和钻孔损坏的风险最小化的优势。为了增强稳定器叶片的这种优势，提供了浅前导(shallow lead)以及优选地为20°的尾部加厚角。有利地是，稳定器叶片是整体式的。本专利技术的稳定器工具可以承受更多的横向/轴向载荷，以及比现有技术情况的解决方案更多的侧载荷，并且，此外，稳定器工具减少泥包或封堵的可能性，同时减轻井漏或井控风险的起因。有利地是，由稳定器工具的稳定器叶片的径向远侧表面界定的圆形包络面的外径可以被调整或修改至所需的任何大小。这通过插入垫片的方式和/或结合不同径向高度的稳定器叶片的方式获得。由于叶片是可更换的，因此其可以在钻井现场方便且快速地更换。这种特征使稳定器工具能够在钻井现场被补救或维修，使磨损或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钻柱的稳定器工具(200)，包括：圆柱形主体(20)，其界定纵向轴线X并且具有在其表面上的多个纵向槽(14)，所述多个纵向槽(14)中的每个具有相应的销(13)，所述相应的销(13)从所述槽(14)内部的底部表面径向延伸并且是所述圆柱形主体(20)的整体性的部分，以及多个稳定器叶片(100)，其具有平行于所述纵向轴线延伸的长形形状并且包括径向远侧部分(11)和径向近侧部分，其中，所述径向远侧部分(4)的纵向延伸部短于所述径向近侧部分的纵向延伸部，其中，所述径向近侧部分包括矩形的第一部分和锥形的第二部分，所述锥形的第二部分与所述第一部分轴向相反地定位，并且所述径向近侧部分设置有螺杆孔(17)，所述螺杆孔(17)用作将螺栓固定在所述第一部分和所述第二部分上的通道，所述径向近侧部分具有纵向槽(14)中的一个的互补形状并且具有用来接合所述销(13)中具有互补形状的销的纵向沟槽(12)。

【技术特征摘要】
2015.03.13 EP 15159006.41.一种用于钻柱的稳定器工具(200)，包括：圆柱形主体(20)，其界定纵向轴线X并且具有在其表面上的多个纵向槽(14)，所述多个纵向槽(14)中的每个具有相应的销(13)，所述相应的销(13)从所述槽(14)内部的底部表面径向延伸并且是所述圆柱形主体(20)的整体性的部分，以及多个稳定器叶片(100)，其具有平行于所述纵向轴线延伸的长形形状并且包括径向远侧部分(11)和径向近侧部分，其中，所述径向远侧部分(4)的纵向延伸部短于所述径向近侧部分的纵向延伸部，其中，所述径向近侧部分包括矩形的第一部分和锥形的第二部分，所述锥形的第二部分与所述第一部分轴向相反地定位，并且所述径向近侧部分设置有螺杆孔(17)，所述螺杆孔(17)用作将螺栓固定在所述第一部分和所述第二部分上的通道，所述径向近侧部分具有纵向槽(14)中的一个的互补形状并且具有用来接合所述销(13)中具有互补形状的销的纵向沟槽(12)。2.根据权利要求1所述的稳定器工具，其中，多个流体动力学槽(21)设置在所述圆柱形主体(20)的表面上，并且每个流体动力学槽(21)定位在两个相邻的纵向槽(14)之间。3.根据权利要求1或2所述的稳定器工具，其中，所述多个稳定器叶片(100)是整体式的。4.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器工具，其中，所述稳定器叶片(100)借助于螺栓(18)可拆卸地连接至所述圆柱形主体(20)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器工具，其中，由所述稳定器工具(200)围绕其纵向轴线的旋转界定的圆柱形包络面...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·托马斯·纽曼，里卡多·科克，
申请(专利权)人：欧洲钻探工程公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL