一种多功能钻具短节制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能钻具短节，包括短节本体和滚筒，所述短节至少有一端具有连接螺纹，在所述本体的外表面设置有滚筒装配面滚筒装配面，滚筒装配面短节上具有至少一个滚筒，所述滚筒套装在本体上滚筒装配面，所述滚筒可绕滚筒装配面的中心轴线自由转动。滚筒的外表面具有耐磨表层或耐磨牙齿。在短节随钻柱在井下旋转工作时，短节上的滚筒能相对井壁表面做滚压运动，不仅能有效减小钻具扭矩，而且能避免或缓解定向井、水平井中的岩屑堆积，还能起到防井壁掉块造成的憋卡、稳定钻具以及修整井壁等作用，滚筒及其轴承的承压能力强，不易破裂落井，工作可靠性高。工作可靠性高。工作可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能钻具短节


[0001]本专利技术涉及石油天然气钻探工程、矿山开采、地质钻探等钻井工具
，特别涉及一种多功能钻具短节。

技术介绍

[0002]目前，在石油钻井过程中，井壁不稳定的问题仍旧困扰着现场工作的进行。在钻进过程中，由于应力变化以及钻井液浸泡等原因，井筒表面的岩石常常会因失稳而发生块状的脱落，当这种岩石掉块尺寸较大或硬度较高时，常常会楔入稳定器或钻头与井壁之间的间隙中，造成扭矩波动，严重时会损坏钻头或稳定器，甚至造成卡钻，严重影响钻井进程。
[0003]在大斜度定向井和水平井钻井中，岩屑容易因重力堆积在井壁上，进而在井筒中形成岩屑床，岩屑床一旦形成，岩屑的上返难度就会显著增大，特别是当岩屑尺寸较大时就更加难以上返，从而造成钻具摩阻大幅增加，钻具在上提或下放时发生阻滞，钻井效率显著下降，严重时甚至会导致卡钻、埋钻。所以，一方面将井壁上的岩屑做二次破碎使其细化，另一方面通过搅动等方法促使岩屑脱离岩屑床，岩屑的上返就比较容易实现。
[0004]由于钻井过程中钻头的复杂切削运动等原因，常常导致井筒表面质量不光滑，从而造成钻具摩阻增大，钻具磨损加剧。这种现象在定向井和水平井中更加突出。当地层岩石硬度高、不均质性强时，这种现象的副作用更大。所以，通过在钻柱上设置具有修整井壁的工具短节是很有价值的。
[0005]稳定器(也称扶正器)是常用的钻井工具，对钻具组合的调整、井眼轨迹的控制以及钻柱横向振动的控制都具有重要意义。通常的稳定器包括固定式和滚子扶正器两类。固定式的缺点是直径较大(特别是采用满眼结构)时，扭矩阻力大。滚子扶正器虽然能有效降扭，但因为滚子设置在稳定器外缘，滚子尺寸小，轴承尺寸更小，过度磨损时容易发生滚子脱落事故。如何在降扭的同时提高滚子的工作可靠性，是一个重要问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种多功能钻具短节(简称短节)，可安装在钻头上方，也可安装在钻柱之间，主要用于解决以下问题：(1)井壁掉块易造成钻具和钻头憋卡；(2)常规滚子扶正器的可靠性不高，易因滚轮轴承失效而发生滚轮脱落事故；(3)在定向井、水平井中，大颗粒岩屑沉积在井壁而形成岩屑床，使岩屑难以上返，从而对钻具造成双向的阻滞作用； (4)常规固定式稳定器或扶正器因与井壁的滑动摩擦或刮切作用而导致扭矩过大，不仅影响能量传递，也降低了钻柱的工作安全性。
[0007]本专利技术通过如下技术方案解决上述问题：一种多功能钻具短节，包括短节本体(简称本体) 和至少一个滚筒，所述短节本体的至少一端具有连接螺纹，其特征在于：所述滚筒具有基体、工作面和内孔，在所述短节本体的外表面设置有滚筒装配面，滚筒的内孔套装在短节本体的滚筒装配面处，滚筒能相对本体自由转动，也即绕本体滚筒转配面的中心自由转动滚筒装配面滚筒装配面。滚筒的最外侧的表面区域是滚筒的工作面。滚筒的工作面(简
称工作面)具体是指滚筒上与井壁、岩块或岩屑相接触的外表面，包括其上所设置的耐磨表层和/或牙齿。滚筒的工作面上的耐磨表层可以用敷焊、喷焊等方式形成。工作面上还可包括分布的多个牙齿，牙齿可通过过盈配合或焊接方式镶固于滚筒基体，也可通过机加工或烧结方式在基体上直接形成。牙齿可以是突出于滚筒基体表面的出露式结构，也可为非出露式结构(牙齿顶部与基体表面齐平或下沉)。
[0008]当短节随钻柱在井下旋转工作时，短节上的滚筒能相对井壁表面施加碾压或冲击碾压作用 (具有牙齿的滚筒，冲击作用更强)，不仅能有效减小钻具扭矩，而且能避免或缓解定向井、水平井中的岩屑堆积，还能起到防井壁掉块造成的憋卡、稳定钻具以及修整井壁等作用，滚筒及其轴承(滚筒内壁与短节本体上的滚筒装配面形成的旋转运动副)的承压能力强，不易破裂落井，工作可靠性高，破碎岩块或岩屑的能力强、效率高。滚筒可以采用连续工作面结构(图6)，也可以采用棱脊式工作面结构(图7、8)。棱脊式工作面结构是指滚筒外部的工作面由多个棱脊组成，相邻棱脊之间形成导流槽，以利于钻井液和岩屑通过。采用棱脊式工作面的滚筒为棱脊式滚筒。棱脊式滚筒的棱脊数不少于2，较优的范围是3-6。
[0009]本专利技术中滚筒的尺寸相对较大，可以达到与井筒直径相同或略小的程度，所以滚筒内的轴承尺寸也远远大于常规滚子扶正器中滚轮的轴承，所以，滚筒的承载能力和轴承寿命明显优于常规的滚子扶正器，滚筒的安全可靠性能够得到充分保障，不易因过度磨损或破裂而落入井中，从而造成钻井事故。
[0010]井壁掉块一般比钻井岩屑大得多，常常会卡在钻具稳定器与井壁之间，或PDC钻头刀翼保径块与井壁之间，造成钻具或钻头的憋卡，不仅可能导致卡钻，而且剧烈的憋卡载荷波动还可能造成工具、钻头及钻柱的损坏。本专利技术的多功能钻具短节可以单个或多个组合的形式设置在钻柱之间，特别是设置在大倾角井段和水平井段，也可直接设置在钻头上方。在钻进过程中短节随着钻头旋转，井壁掉块下落经过所述滚筒的位置时，会被滚筒碾压破碎，再掉入下部PDC钻头处的掉块就比较小，降低钻头卡钻的风险。
[0011]在定向井、水平井中，大颗粒岩屑沉积在井壁而形成岩屑床，使岩屑难以上返，从而对钻具造成双向的阻滞或阻卡作用，严重影响钻井效率和钻井安全性。本专利技术的短节因为具有承载能力强的大尺寸滚筒，所以能高效碾压岩屑床使岩屑发生二次破碎，以利于岩屑的上返排出，避免岩屑堆积在井壁上，从而减少钻具移动的阻滞或阻卡力。所述滚筒上设置的牙齿可采用硬质合金或金刚石复合牙齿(如平面或三维表面的PDC复合片等)等耐磨材料，耐磨牙齿提高了碾压、冲击破碎井壁掉块或井筒岩屑的效率，也使牙齿具有较长的工作寿命。
[0012]在所述短节上，滚筒与短节本体之间的轴承连接可采用滑动轴承，也可采用滚动轴承或二者相结合的复合轴承，当采用滑动轴承时，在滚筒内孔与短节本体上滚筒装配面之间可以设置浮动或固定的轴承衬套。
[0013]所述牙齿可以采用楔形齿、锥球齿、球形齿、勺形齿、尖锥齿等齿型。
[0014]所述牙齿也可以是设置在滚筒上的滚动体，在发挥碾压作用的同时，还可以自由滚动，减少滚筒与井壁的阻力。
[0015]所述短节的螺纹连接井底钻头或其它钻具。所述滚筒内壁与短节本体上的滚筒装配面滚筒装配面形成摩擦副，使滚筒可绕短节轴线旋转。并可在滚筒装配面和滚筒之间设置密封结构，并在密封腔内使用润滑脂以减缓该摩擦副的磨损，延长其寿命。
[0016]作为优选，所述滚筒的轴向定位通过U形槽结构实现，在短节体上设置凹槽(简称U型槽)，滚筒设置于U型槽内。这种定位方式的好处是定位牢靠，定位装置的轴向承载能力强。
[0017]作为优选，所述滚筒的轴向定位通过在轴承中设置滚动体和滚动体槽的方式来实现。这种定位方式的好处是运转轻快，摩擦发热少。
[0018]作为优选，所述滚筒的轴向定位通过在滚筒端面设置挡圈或定位套的方式来实现。这种定位方式的好处是结构简单、紧凑。
[0019]作为优选，所述滚筒的外侧面设置数个导流孔，设置导流孔有利于钻井泥浆的上返。
[0020]作为优选，所述短节本体上还设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能钻具短节，包括短节本体，本体端部的连接螺纹，其特征在于：所述短节上至少具有一个滚筒，滚筒具有基体、工作面和内孔，在所述短节本体的外表面设置有滚筒装配面，滚筒的内孔套装在短节本体的滚筒装配面处，滚筒能相对短节本体自由转动。2.如权利要求1所述的一种多功能钻具短节，其特征在于：所述滚筒的工作面上具有耐磨表层，或具有分布于工作面上的多个牙齿。3.如权利要求1所述的一种多功能钻具短节，其特征在于：所述滚筒的工作面上分布有通过过盈配合或焊接方式镶固的多个牙齿，或者，分布有通过机加工或烧结方式形成的多个牙齿。4.如权利要求1所述的一种多功能钻具短节，其特征在于：所述滚筒为棱脊式滚筒，棱脊之间具有导流槽。5.如权利要求1所述的一种多功能钻具短节，其特征在于；所述滚筒基体内设置有导流孔。6.如权利要求1所述的一种多功能钻具短节，其特征在于：所述短节本体上还设置有的固定式稳定块，呈棱脊式周向布置的固定式稳定块，棱脊数量不少于2个。7.如权利要求1所述的一种多功能钻具短节，其特征在于：短节上具有至少两个滚筒，所述短节本体上为各滚筒均设置有装配面，不同滚筒的装配面可以是单独设置的，也可以共享同一个装配面。8.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨迎新，刘畅，包泽军，裴竹，谢松，王云田，任海涛，牛世伟，
申请(专利权)人：成都为一石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：