用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置、钻井管串和方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。

Counter torque automatic balancing device, drilling string and method for screw drill

【技术实现步骤摘要】
用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置、钻井管串和方法
本专利技术涉及油气井施工
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本专利技术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。根据本专利技术的第一方面，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。在一个实施例中，在芯筒的外壁上设置第一凸环，在第一凸环与活塞之间设置第一弹性件，第一弹性件的一端与活塞的上端面固定，另一端与第一凸环的下端面固定，在活塞受压沿轴向向下移动时第一弹性件产生拉力以部分地抵消作用在活塞上的钻井液压力。在一个实施例中，在活塞上设置能连通液压通道和第二空间的喷嘴。在一个实施例中，在芯筒的上端外壁上套设与芯筒周向上锁定的锁定筒，锁定筒沿轴向向上延伸以与上接头的内壁形成卡接，锁定筒能构造为在钻井液排量大于第二预定值时轴向移动以脱开锁定筒与上接头的卡接。在一个实施例中，在锁定筒的内腔中设置上端通流面积大于下端通流面积的节流孔，节流孔与芯筒的内腔连通，并在锁定筒的壁上设置用于连通锁定筒的内腔和液压通道的连通孔。在一个实施例中，在芯筒的外壁上设置第二凸环，在第二凸环与锁定筒之间设置第二弹性件。在一个实施例中，在芯筒的外壁上套设能位于芯筒与活塞之间的调节筒，调节筒与活塞活动密封式连接。在一个实施例中，活塞的下端的外侧壁上具有豁口以使得活塞的上段的径向尺寸大于下段的径向尺寸。在一个实施例中，定子和转子的轴向尺寸相同，并处于10到30mm的范围内。在一个实施例中，转子与芯筒的外壁以渐开线方式形成齿接，并且齿接的齿的高度不大于3毫米。在一个实施例中，在芯筒的外壁和上接头的内壁之间设置位于自动平衡组件的上端的轴承，在上接头的内壁上设置凹槽用于限定轴承的外圈，在芯筒的壁上设置第三凸环，第三凸环与位于第三凸环之上并套设在芯筒的外壁上的固定螺母一起限定轴承的内圈。在一个实施例中，上接头为分体式结构并包括上接头主体和外筒，外筒的上端延伸到上接头主体的内腔中，并在外筒的上端面与上接头主体的台阶面之间形成凹槽。在一个实施例中，在上接头的下端设置有防掉环，防掉环的上端插入到上接头的内腔中，以在防掉环的上端面处形成承托表面。在一个实施例中，在防掉环的内侧壁上设置位于防掉环和下接头之间的耐磨层，并在耐磨层上设置沿轴向延伸的泄流槽。根据本专利技术的第二方面，提供一种钻井管串，包括上述的反扭矩自动平衡装置和螺杆钻具，反扭矩自动平衡装置的底部距离螺杆钻具的顶部40-60米。根据本专利技术的第三方面，提供一种利用上述钻井管串进行钻井的方法，包括：在需要定向钻进时，向钻井管串内泵送排量等于第一预定值的钻井液，钻井液的一部分所产生的液压力作用在反扭矩自动平衡装置的活塞上，使得上接头与芯筒之间产生的摩擦扭矩与螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩大小相等，在需要复合钻进时，向钻井管串内泵送排量高于第一预定值的钻井液，钻井液的一部分所产生的液压力作用在反扭矩自动平衡装置的活塞上，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。与现有技术相比，本专利技术的优点在于，该反扭矩自动平衡装置以螺杆钻具为基础，设置在螺杆钻具之上一定距离，当需要螺杆钻具滑动定向钻进时，通过自动平衡组件使得摩擦扭矩自动平衡螺杆钻具的反扭矩，以使得螺杆钻具的工具面保持稳定，同时，反扭矩自动平衡装置以上的钻柱在转盘带动下处于旋转状态，轴向摩阻大大降低，机械钻速大幅度提高，因此在该反扭矩自动平衡装置保持螺杆钻具工具面稳定的同时，大幅度提高了机械钻速；而当井眼轨迹复合设计要求，进入复合钻进模式，通过调节自动平衡组件产生的摩擦扭矩使得上接头与芯筒和下接头一同旋转，进而带动螺杆钻具的外壳旋转，使得机械钻速提高。另外，该反扭矩自动平衡装置结构简单，钻进和维护成本都比较低。附图说明下面将结合附图来对本专利技术的优选实施例进行详细地描述，在图中：图1显示了根据本专利技术的一个实施例的用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置；图2为来自图1的A-A剖；图3为来自图1的B-B剖；图4为来自图1的C-C剖；图5为来自图1的D-D剖；图6为来自图1的E-E剖；图7显示了根据本专利技术的一个实施例的钻井管串本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，包括：/n筒状的上接头，/n套设在所述上接头的内腔中的芯筒，所述芯筒的内腔与处于下游的螺杆钻具连通，使得来自所述上接头的内腔的钻井液能通过所述芯筒的内腔流向所述螺杆钻具而使螺杆钻具进行钻进，/n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，/n设置在所述芯筒的外壁和所述上接头的内壁之间的自动平衡组件，所述自动平衡组件由流经所述上接头的内腔中的钻井液的一部分产生的液压力驱动，/n其中，当钻井液排量等于第一预定值时，所述自动平衡组件使得所述上接头与所述芯筒之间产生摩擦扭矩与所述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，/n当钻井液排量高于第一预定值时，所述自动平衡组件使得所述上接头与所述芯筒之间产生摩擦扭矩大于所述螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩，使得所述芯筒带动所述螺杆钻具的外壳旋转以进行复合钻进。/n

【技术特征摘要】
20190430 CN 20191036187951.一种用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，包括：
筒状的上接头，
套设在所述上接头的内腔中的芯筒，所述芯筒的内腔与处于下游的螺杆钻具连通，使得来自所述上接头的内腔的钻井液能通过所述芯筒的内腔流向所述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，
设置在所述芯筒的外壁和所述上接头的内壁之间的自动平衡组件，所述自动平衡组件由流经所述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，所述自动平衡组件使得所述上接头与所述芯筒之间产生摩擦扭矩与所述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，所述自动平衡组件使得所述上接头与所述芯筒之间产生摩擦扭矩大于所述螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩，使得所述芯筒带动所述螺杆钻具的外壳旋转以进行复合钻进。


2.根据权利要求1所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，所述自动平衡组件包括：
套设在所述芯筒的外壁上的环状的定子，所述定子与所述上接头的内壁卡接，
匹配式设置在所述定子的下端的转子，所述转子呈筒状以套设在所述芯筒的外壁上并与所述芯筒的外壁齿接，
套设在所述芯筒的外壁上的环状的活塞，所述活塞位于所述定子的上端以接受钻井液的压力，并能传递推力以促动所述定子和所述转子在所述活塞和所述下接头之间轴向上彼此靠近，从而产生摩擦扭矩。


3.根据权利要求2所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，位于所述活塞上游的所述芯筒与所述上接头之间的环空形成能与所述上接头的内腔连通的液压通道，位于所述活塞下游的所述芯筒与所述上接头之间的环空形成能与外界连通的第二空间，所述活塞的径向内部和外部分别与所述芯筒和所述上接头活动密封式接触，以使得所述活塞能够接受液压通道的钻井液压力而在所述活塞的上下两端形成压力差。


4.根据权利要求3所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述芯筒的外壁上设置第一凸环，在所述第一凸环与所述活塞之间设置第一弹性件，所述第一弹性件的一端与所述活塞的上端面固定，另一端与所述第一凸环的下端面固定，在所述活塞受压沿轴向向下移动时所述第一弹性件产生拉力以部分地抵消钻井液压力作用在所述活塞上产生的推力。


5.根据权利要求3或4所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述活塞上设置能连通所述液压通道和第二空间的喷嘴。


6.根据权利要求3到5中任一项所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述芯筒的上端外壁上套设与所述芯筒周向上锁定的锁定筒，所述锁定筒沿轴向向上延伸以与所述上接头的内壁形成卡接，所述锁定筒能构造为在钻井液排量大于第二预定值时轴向移动以脱开所述锁定筒与所述上接头的卡接。


7.根据权利要求6所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述锁定筒的内腔中设置上端通流面积大...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑德帅，李梦刚，牛成成，赵向阳，于玲玲，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11