浅议一种垂直钻井工具的研发与应用

李佳铭

摘 要：本文简要分析了一种垂直钻井工具的研发与应用。

关键词：垂直 钻井 工具

1.技术领域

该装置涉及石油钻井机械设备技术领域，特别涉及一种垂直钻井工具。

2.背景技术

在石油或地质勘探钻井过程中，例如在地层倾角大、高陡构造带、山前逆掩推覆体区域等复杂地质条件下钻井，尤其是钻深探井、超深探井以及区域第一口预探井、大陆科探井时，普遍要求防斜打快和安全低成本。

而常规钻井技术在复杂易斜地层钻深井、钻遇高陡构造或是地应力异常地层时，钻头在地层倾角、地应力及钻压的共同作用下，经常会偏离正常的井眼轨迹垂直轴线而出现井斜。出现井斜后，往往会给后续的钻井、测井和完井作业带来很大的风险。例如可能会出现起下钻具、套管或测井仪器困难，发生卡钻等事故，严重时甚至可能会导致油井的报废。

现有技术中，为了将井斜控制在一定范围内，使钻井工具能够垂直钻井，通常在钻铤内设置测控装置，通过测控装置内的传感器自动跟踪检测井斜方位。一旦钻铤倾斜角度超过预定范围，通过测控装置推动推力板支撑在井壁上，形成与井斜方向相反的反作用力实现侧推防斜。

但是，钻铤倾斜时，钻头也相应发生倾斜，在推力板将钻铤调整的同时，钻头已经钻进倾斜的井壁中，钻头从倾斜井壁调整至垂直位置时，耗费了许多能源和时间，钻井效率低下，且仍然容易造成卡钻。

3.装置的设计与构造

该装置的目的是提供一种垂直钻井工具，能够克服现有技术的缺陷，在现有的控制钻井工具防斜的基础上，能够确保钻头始终保持垂直状态，提高了钻井效率和稳定性。

该装置的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种垂直钻井工具，其包括：

设置有中心管的钻井本体，设置在所述中心管下端的调节机构；其中，所述调节机构包括：固定接头和移动接头，其中，

所述固定接头和移动接头之间设置有方向调节件；

所述移动接头为中空结构，其内部设置有开槽，所述开槽的两侧设置有通过磁性相吸合的固定块和滚动球。

在一个优选的实施方式中，所述方向调节件包括：万向节和与所述万向节连接的连接杆。

在一个优选的实施方式中，所述固定接头的下端面设置有卡合部，用于卡合所述万向节，所述连接杆的一端与所述万向节固定连接，另一端与所述移动接头固定连接。

在一个优选的实施方式中，所述移动接头的内部形成有空腔，所述空腔的底壁上设置有与所述固定块相配合的凹槽，所述固定块的上表面设置有与所述滚动球相配合的圆槽。

在一个优选的实施方式中，所述移动接头空腔中设置的固定块为磁性件，所述滚动球为钢球，所述移动接头为非磁性件。

在一个优选的实施方式中，所述万向节为球头万向节，所述万向节的个数为多个，所述滚动球的个数为偶数个，偶数个所述滚动球等分均布在所述开槽的两侧。

在一个优选的实施方式中，所述开槽为V形槽。

在一个优选的实施方式中，所述钻井本体还包括：

设置在所述中心管上端的短钻铤；

外筒，所述外筒的两端通过第一轴承和第二轴承安装在所述中心管外；

设置在所述短钻铤内的供电装置、防转推力装置和纠偏推力装置；

设置在所述中心管下端的连接头，所述连接头的底部设置有下接头。

在一个优选的实施方式中，所述中心管与所述连接头之间、所述连接头与所述固定接头之间、所述下接头与所述移动接头之间均为螺纹连接。

在一个优选的实施方式中，还包括供电装置，所述供电装置包括：泥浆发电机和电源舱。

4.该装置的特点和优点

一种垂直钻井工具通过在中心管的下端设置调节机构，其中固定接头和移动接头相配合，确保钻头在钻井过程中，始终与地面保持垂直状态，减小不必要的井壁钻入过程，节省能源时间，提高钻井效率和稳定性。具体的，所述固定块为磁性固定块，所述圆槽位于固定块顶部，所述滚动球为磁性滚动球。当钻铤在钻井过程中发生倾斜时，在万向节的作用下，所述移动接头发生晃动，圆槽内的滚动球进入到凹槽中，在滚动球和万向节的配合下，移动接头可以与地平面保持垂直。

5.具体实施方式

所述垂直钻井工具可以包括短钻铤1。所述短钻铤1下方安装中心管2。所述中心管2上安装第一轴承3和第二轴承4。所述第一轴承3和第二轴承4之间安装有外筒5。所述短钻铤1的内部安装有供电装置。所述外筒5的外侧沿圆周均匀分布有三个轴向凸台（图中未示出）。各轴向凸台上部分别安装有能伸出轴向凸台并支撑在井壁上带动外筒5旋转的凸块旋转装置。各軸向凸台的下部分别设有推板安装槽。其中，一个所述推板安装槽内安装有带推力板的防转推力装置，其余两个所述推板安装槽内安装有带推力板的纠偏推力装置。所述纠偏推力装置的推力大于防转推力装置。所述外筒5的中部安装有旋转装置液泵、推力装置液泵和测控装置。所述测控装置上设有井斜检测传感器。所述外筒5下部内壁与中心管2之间安装有非接触输电装置。供电装置通过非接触输电装置与测控装置的电源端子电连接。所述井斜传感器的输出端子与测控装置的信号输入端子电连接。所述测控装置的信号输出端子与旋转装置液泵的控制端子及推力装置液泵的控制端子电连接。所述中心管2的底端设置连接头6，所述连接头6底部设置固定接头7。所述固定接头7底部安装万向节8，该万向节8可以为球头鱼眼关节结构。所述球头鱼眼关节结构为多个，多个所述球头鱼眼关节结构底端均设置连接杆9。所述固定接头7下方设置移动接头10。所述连接杆9底部均与移动接头10固定连接。所述移动接头10内部设置空腔11。所述移动块底壁设置开槽12，该开槽12具体可以为V形槽。当该开槽12为V型槽时，所述V型的角度可以为钝角。例如所述V型的角度可以在135度左右，以便于滚动球14能顺利滚入该V型槽中。所述V形槽两侧设置圆槽13，V形槽单侧所述圆槽13为多个，多个所述圆槽13内设置滚动球14，所述移动接头10底部设置下接头15。