双旋转钻孔扶正器 |
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申请号 | CN201080024565.3 | 申请日 | 2010-06-07 | 公开(公告)号 | CN102459803A | 公开(公告)日 | 2012-05-16 |
申请人 | 戴尔米亚·山塔努; | 发明人 | 戴尔米亚·山塔努; | ||||
摘要 | 一种双旋转钻孔扶正器,是关于一个适用于钻孔的设备,它配备有两个转头(1,11)和一个环(4)。这两个转头可围绕自身的轴心按顺 时针 和逆时针方向旋转。本 发明 配备有双转头,并拥有独特的双旋转设计,和可以强制停止的优点。这样的结合使得转头可以围绕套筒的轴心做自由旋转,这样即使在旋转时两个转头固定在原位,套筒依然可以轻松旋转,无需限位环。两个转头的顺时针和逆时针的旋转可以产生额外的 涡流 运动。 | ||||||
权利要求 | 1.一种双旋转扶正器,其特征是:配备有: |
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说明书全文 | 双旋转钻孔扶正器技术领域背景技术[0002] 石油和天然气等碳氢化合物的开采是一个非常复杂的过程。传统的石油和天然气井的建设一般都是利用单个转头在转杆的末端旋转。转杆利用多个套管牢牢地保持在钻孔的纵轴心位置不变,这些套管预先按照一定间隔固定在转杆上,也就是通常人们所说的“扶正器”,然后再被水泥固定在钻孔内径和套管外径之间。钻孔操作结束后留下的厚重的泥浆就是由于这些水泥的缘故。理想情况下,套管能做旋转运动或纵向的往复运动,以保证水泥沿着套管的长度在其周围均匀分布。 [0003] 扶正器通常是按照一定间隔沿着管柱固定在管柱上,比如套管柱,是用来隔离套管柱的外墙和安装了套管柱的钻孔的孔壁的。这个方法对于钻传统的垂直井非常使用。问题就出现在钻斜孔的时候,我们需要在垂直井的某个部位按一定角度来钻孔。具体地说,随由于转杆方向的改变,巨大的侧面压力转移到了扶正器上。而目前的低负荷扶正器很有可能会导致井内留下碎片。 [0004] 其次,为了使套管保持在井孔中心处,业界也一直在使用附着在套管外部的集中刀片组件。这些刀片组件沿着套管的长度按照相同间隔与固定螺丝,钳领等物一同固定好。这些刀片组件的一个问题是,由于套管的旋转或往复运动,它们经常会变得松散,继而沿着套管滑动。这样一来,它们就会经常聚集在一个或多个地方,导致套管很难维持在钻孔中心,也就降低了固井作业的质量。还有一个问题是,由于刀片组件在套管的高转矩旋转下滑动,固定螺丝经常会划破套管。这些划口降低了套管的完整性。原有技术的另一个问题是,这些设备并没有强调扶正器周围的润滑,静音,降低摩擦流工作的需要,以帮助排出粘稠的钻井泥浆,降低泵压。早期的固体扶正器的主要问题在于它无法保证套管的正常旋转,也不能在下放套管的时候从原地移开。 [0005] 美国专利号5095981代表的是一种由一个圆周连续的管状金属体组成的套管扶正器,这个金属体与一大块套管紧密结合。其上固定了多个金属片,他们按照同等间隔沿着金属体的外径与金属体的轴心平行延伸开来,每个刀片的两端向外以锥形相对,且有相对较宽的外表面,用来承受井孔或用来处理套管的外套管的压力。这个扶正器配备螺钉,通过某些刀片和金属体上的小孔,这些螺钉可以用来抓住套管,以固定扶正器。 [0006] 美国专利号6006830代表的是一种由环形体组成的套管扶正器,中间有一个大大的圆孔纵向穿过这个环形体,外围有一系列纵向延伸的刀片围绕在环形体周围,用来确定每对相邻刀片之间的路径,每个路径都能提供扶正器上下两端之间的流体流动路径,刀片的外边缘呈放射状,形成可与钻孔接触的接触面。穿过环形体的圆孔大小正好适合套在套管周围,利用上文中说的套管扶正器固定中心。这种扶正器是完全由一种只含有锌或锌合金的材料制成的。 [0007] 再来参考我们之前讨论过的原有技术上的扶正器的特点之一,如限位环。这一特点是在每个扶正器的两端都装有一个限位环来保证扶正器的自由旋转。 [0008] 因此每个扶正器的两端都装有限位环。要想使用双向扶正器,就必须将限位环纵向固定在滑动端之间,而滑动端必须牢固固定在弓形弹簧的末端,并且将限位环固定在套管的外面,套管必须保持在钻孔中心。这样的配置给扶正器提供了理想的双向功能,因为扶正器不会松垮,并且会随着套管滑动,从而进入更大的套管中,直到套管的最前端,并靠近限位环。扶正器的纵向延伸使得尾端是朝着远离与限位环靠近的前端的方向运动。 [0009] 将限位环纵向固定在滑动端之间的问题是限位环的厚度使得扶正器肋不能完全的向内径倾倒,并沿着套管长度贴附于可动固定了扶正器的套管上。这使得限位环占据了宝贵的环形空间,也就不能使后续套管达到理想的效果。 [0010] 典型的扶正器是Lirette扶正器,美国专利号5575333。这个扶正器利用可移动、灵活的弹簧弓来隔开套管与钻孔孔壁。Lirette扶正器含有螺纹管口,能作为套管接箍在外套管内连接内套管的各部分。但是,这种可移动,灵活的弹簧弓很有可能阻止套管在钻孔内的旋转,因为弹簧弓并不是专门用来承受套管在钻孔内表面旋转产生的高转矩的。然而,当前的这个配备有两个转头的发明可以在两个方向旋转,因此在固井时能产生额外漩涡。这两个转头不会在限位环之间漂浮起来,因为即使扶正器是固定的,它们还是可以很轻松的旋转起来,这是因为这两个转头会自身随着套管的旋转而旋转。 [0011] 美国专利号4830105代表的钻孔扶正器有一个细长的柄,柄上有可滑动的相对体,这两个相对体与可移动的关节臂相连。美国专利号5261488代表的是一个带有弹簧条的适用于下放套筒的设备,这个发明需要一个额外的通电设备来增加弯曲弹簧带。 [0012] 所有的这些设备都有它们各自的问题。总的来说,这些问题的起因是因为扶正器只是套管的外加物。这样,它们进入到钻孔内,却不能在钻孔内保持它们的位置,并且在它们移动的时候经常钻到了套管表面。更甚,它们不能做到让水泥均匀分布到套管上。所有的这些设备都需要改进,以便套管能固定到套筒上并能轻易旋转以增加漩涡。 [0013] 虽然这些设备在钻孔凝结过程中成功使用了很多年,但是在泥浆排出过程中,套管与扶正器的共同自由旋转的效果却无法令人满意。套管的旋转不当最终会影响同质固井过程,也就不能形成环形空间。在这些情况下,不良的泄露情况会时有发生。这样的泄露对长期的完整性和水泥环的密封性是非常不利的,且这种泄露的幅度往往大到我们需要实施固井补救措施来减少或阻止泄露。这样的泄露可能会在水泥填充后和初步沉淀前的短时间内导致高量井喷。 [0014] 此外,原有技术的扶正器在套管旋转上面临一个主要问题。原有技术的固体扶正器不能够保证套管的良好旋转或在下放套管时移位。随后当套管做往复运动时,扶正器又会被移动,且在套筒被移开时也不能保持稳定。 [0015] 多年来钻井工程师们都在寻找一个可以替代普通扶正器的产品,使扶正器固定在套管上且能让套管轻松旋转并增加漩涡。 [0016] 由于这个原因,在钻孔内使用高质量的扶正器并维持完美的套管旋转就成了一个长久的需求和习惯了。因此,在现有技术上发明的双旋转扶正器利用扶正器的两个转头,克服了原有技术上套管旋转的问题。这两个转头依靠六角固定螺丝固定在套筒上,并围绕自身轴心随着扶正器一起以顺时针和逆时针方向旋转。 [0017] 对于早期的固体扶正器,最好的办法就是将扶正器漂浮于限位环之间来保证套管的正常旋转,然而利用现有的双旋转扶正器,即使扶正器被固定了,也不需要将其漂浮于限位环之间。扶正器会很轻易地旋转起来,因为两个转头自身也会随着套管的旋转而旋转,排除了两个限位环的需求。当前的设备提供了限位环的两个功能,因为它使得扶正器双向运动且保持稳定,因此解决了原有技术上的问题。 [0018] 其次,由于上下两个转头各自分开旋转,扶正器会在泵泥过程中产生额外的漩涡。事实已证明利用涡流诱导设备有利于固井作业。 [0019] 当前发明的双重体克服了所有的这些问题。它能够承受套管做旋转和往复运动时的高转矩且不会滑动,在保证水泥流流畅的同时,很容易地将钻井泥浆排除出去,降低插入压力和泵浆压力,并增加水泥流量。 发明内容[0020] 此发明的目的是为了提供一个双向旋转的扶正器。 [0021] 另一个目的是为了提供一个可围绕自身轴心做顺时针和逆时针旋转的双旋转扶正器。 [0022] 另一个目的是为了提供一个可以在围绕自身轴心旋转时自由浮动的扶正器。 [0023] 另一个目的是为了提供一个利用此扶正器在石油或天然气井中进行套筒扶正的方法。 [0024] 从一个或多个方面来讲,另一个目的是为了满足上文提到的工业需求。 [0025] 另一个目的是为了提供一个专门适用于固井作业的双转头旋转的扶正器。 [0027] 另一个目的是为了提供一个经济,造价低,效用高且易操作的双旋转扶正器。 [0028] 根据当前发明的一个特点,这是提供了一个适合在钻孔内使用的设备,这个设备配备了两个转头和一个环。这两个转头围绕着自身的轴心做顺时针和逆时针旋转。 [0029] 理想上,上下两个转头都有能在固井作业时提高涡流运动的刀片。上下两个转头可以根据作业的需要调整角度。这两个转头用锁定装置固定在一个环上。 [0030] 这个扶正器有一个功能,当扶正器被内置的锁定螺钉固定位置之后,扶正器的两个转头能围绕限位环的轴心做顺时针和逆时针运动。 [0033] 图1是当前发明的整体透视图。 [0034] 图1A和1B是图1中所示扶正器使用的上圆柱体的正面透视图。 [0035] 图1C和1D是图1中所示扶正器使用的环的正面透视图。 [0036] 图1E和1F与图1A和1B相似,但显示的是图1中所示扶正器的下圆柱体。 [0037] 图2是当前发明的另一个透视图。 [0038] 图2A和2B是图2中的扶正器中使用的上部分的圆柱体的正面透视图。 [0039] 图2C和2D图2中的扶正器中使用的环的正面透视图。 [0040] 图2E和2F与图2A和2B相似,但是展示的是图2中扶正器的下部分圆柱体。 [0041] 图3是当前发明的扶正器的另一个透视图。 [0042] 图3A和3B是图3所示扶正器使用的上圆柱体的正面透视图。 [0043] 图3C和3D是图3所示扶正器中所使用的环的正面透视图。 [0044] 图3E和3F与图3A和3B相似,但是展示的是图3中扶正器的下圆柱体。 [0045] 图4是当前发明的另一个透视图。 [0046] 图4A和4B是图4中扶正器的上圆柱体的正面透视图。 [0047] 图4C和4D是图4中所示扶正器所使用环的正面透视图。 [0048] 图4E和4F与图4A和4B相似,但展示的是图4中所示扶正器所使用的下圆柱体。 [0049] 图5是当前发明的扶正器的另一个透视图。 [0050] 图5A和5B是图5中所示扶正器所使用的上圆柱体的正面透视图。 [0051] 图5C和5D是图5中所示扶正器所使用的环的正面透视图。 [0052] 图5E和5F与图5A和5B相似,但展示的是图5中所示扶正器所使用的下圆柱体。 [0053] 图6是当前发明的扶正器的另一个透视图。 [0054] 图6A和6B是图6中所示扶正器所使用的上圆柱体的正面透视图。 [0055] 图6C和6D是图6中所示扶正器所使用的环的正面透视图。 [0056] 图6E和6F与图6A和6B相似,但展示的是图6中所示扶正器所使用的下圆柱体。 具体实施方式[0057] 当前发明是一个适用于钻孔的设备,它配备有两个转头和一个环,这两个转头围绕自身的轴心做顺时针和逆时针旋转。这个发明是一个双旋转扶正器,配备独特的双旋转设计,有能强制停止的优点。这样的结合能让转头围绕套筒的轴心做自由旋转,这样,即使双旋转扶正器保持在套筒上,套管也能轻松旋转,无需任何限位环。两个转头的顺时针和逆时针可以增加涡流运动。 [0058] 此外,即使在泥浆中,这个双旋转扶正器所采用的锁定装置也能使套管轻松旋转。它们具有高耐磨,降低转矩等功能,且能增加水泥浆的漩涡。这两个转头能确保轴剪压力维持在弹力带的范围之内。 [0059] 此发明还可用以下信息进一步定义: [0060] 根据图1,此扶正器配备有限位环-4,上圆柱体-1,下圆柱体-10和与这两个圆柱体紧密结合且按相同角度安装的刀片-2、3。环上平头螺钉-5和螺纹-8交替排列。圆柱环与环槽-9两端等直径,正好与圆柱体接合。上下圆柱体的一端有槽-6与环接合,以便形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-1和下圆柱体-10的墙厚度-7取决于扶正器的使用环境中的钻孔。 [0061] 每个刀片不仅仅排列于纵向相对的上下圆柱体的两端之间,也围绕在扶正器的外围。刀片的方向确保它们各自的外边缘-3能在扶正器周围共同形成一个完整的钻孔接触面,并增加漩涡,帮助清理钻孔。 [0062] 根据图1A和1B,上圆柱体-1的一端有槽沟-6,适于与环接合并形成双向旋转扶正器。上圆柱体的墙厚度应取决于它操作环境中的钻孔。上圆柱体-1的表面有一组按相同角度排列的刀片-2,3。 [0063] 据图1C和1D,环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列,环与上下圆柱体大小合适,以形成一个完整统一的扶正器。圆柱环两端与环形槽-9直径大小相同,正好与圆柱体接合。 [0064] 据图1E和1F,下圆柱体-1两端有槽-6,正好与环接合,并形成一个双向旋转的扶正器。下圆柱体的墙的厚度-7取决于扶正器操作环境中的钻孔。下圆柱体-1的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-2,3。 [0065] 根据图2,扶正器配备有环4,上圆柱体-9,下圆柱体-1和一组按相同角度等距离排列的刀片-2,3,10,11,这些刀片与上圆柱体-9和下圆柱体-1紧密结合。环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列。圆筒两端与环槽直径大小相同,正好与圆柱体接合。上圆柱体两端有槽-12,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。槽-6顶端可与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-9和下圆柱体-1各自的墙的厚度13,7取决于扶正器使用的环境中的钻孔。 [0066] 每个刀片不仅仅延伸于纵向延伸的上圆柱体-9和下圆柱体-1的两端之间,且围绕在扶正器的周围。刀片的方向使得它们各自的外边缘-3,12在扶正器周围共同形成一个完整的钻孔接触面,并增加涡流,帮助清理钻孔。 [0067] 据图2A和2B,上圆柱体-9的两端有槽沟-12,正好于环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-9的墙的厚度13取决于扶正器使用环境的钻井孔。上圆柱体-9的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-10,11。 [0068] 据图2C和2D,环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列,正好与上下圆柱体接合并形成一个完整统一的扶正器。 [0069] 据图2E和2F,下圆柱体-1的一端有槽沟-6可与环接合,以形成一个双向旋转的扶正器。下圆柱体的墙的厚度-7取决于扶正器的使用环境中的钻孔。下圆柱体-1的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-2,3。 [0070] 根据图3,扶正器配备有环4,上圆柱体-9,下圆柱体-9和一组相同角度等距离排列的刀片-10,11,这些刀片与上圆柱体-9和下圆柱体-9紧密结合。环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列。圆筒两端与环槽直径大小相同,正好与圆柱体接合。上圆柱体一端有槽-12,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。槽-6顶端可与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上下圆柱体-9的墙的厚度13取决于扶正器使用的环境中的钻孔。 [0071] 每个刀片不仅仅延伸与纵向延伸的上圆柱体-9和下圆柱体-9的两端之间,且围绕在扶正器的周围。刀片的方向使得它们各自的外边缘-11在扶正器周围共同形成一个完整的钻孔接触面,并增加涡流,帮助清理钻孔。 [0072] 据图3A和3B,上圆柱体-9的两端有槽沟-12,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-9的墙的厚度13取决于扶正器使用环境中的钻孔。上圆柱体-9的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-10,11。 [0073] 据图3C和3D,环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列,正好与上下圆柱体接合并形成一个完整统一的扶正器。 [0074] 据图3E和3F,下圆柱体-9的一端有槽沟-12可与环接合,以形成一个双向旋转的扶正器。下圆柱体的墙的厚度-13取决于扶正器的使用环境中的钻孔。下圆柱体-9的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-10,11。 [0075] 根据图4,扶正器配备有环4,上圆柱体-14,下圆柱体-1和一组相同角度等距离排列的刀片-2,3,15,16,刀片与上圆柱体-14和下圆柱体-1紧密结合。环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列。圆筒两端与环槽直径大小相同,正好与圆柱体接合。上圆柱体一端有槽-17,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。槽-6顶端可与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-14和下圆柱体-1的墙的厚度18,7取决于扶正器使用的环境中的钻孔。 [0076] 每个刀片不仅仅延伸于纵向相对的上圆柱体-14和下圆柱体-1的两端之间,且围绕在扶正器的周围。刀片的方向使得它们各自的外边缘-3和16在扶正器周围共同形成一个完整的钻孔接触面,并增加涡流,帮助清理钻孔。 [0077] 据图4A和4B,上圆柱体-14的一端有槽沟-17,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-14的墙的厚度18取决于扶正器使用环境中的钻孔。上圆柱体-14的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-15,16。 [0078] 据图4C和4D,环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列,正好与上下圆柱体接合并形成一个完整统一的扶正器。 [0079] 据图4E和4F,下圆柱体-1的一端有槽沟-6可与环接合,以形成一个双向旋转的扶正器。下圆柱体的墙的厚度-7取决于扶正器的使用环境中的钻孔。下圆柱体-1的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-2,3。 [0080] 根据图5,扶正器配备有环4,上圆柱体-14,下圆柱体-1和一组相同角度等距离排列的刀片-10,11,15,16,刀片与上圆柱体-14和下圆柱体-9紧密结合。环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列。圆筒两端与环槽直径大小相同,正好与圆柱体接合。上圆柱体一端有槽-17,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。槽-12顶端可与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-14和下圆柱体-9各自的墙的厚度18,13取决于扶正器使用的环境中的钻孔。 [0081] 每个刀片不仅仅延伸于纵向相对的上圆柱体-14和下圆柱体-9的两端之间,且围绕在扶正器的周围。刀片的方向使得它们各自的外边缘-11和16在扶正器周围共同形成一个完整的钻孔接触面,并增加涡流,帮助清理钻孔。 [0082] 据图5A和5B,上圆柱体-14的一端有槽沟-17,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-14的墙的厚度18取决于扶正器使用环境中的钻孔。上圆柱体-14的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-15,16。 [0083] 据图5C和5D,环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列,正好与上下圆柱体接合并形成一个完整统一的扶正器。 [0084] 据图5E和5F,下圆柱体-9的一端有槽沟-12可与环接合,以形成一个双向旋转的扶正器。下部分圆柱体的墙的厚度-13取决于扶正器的使用环境中的钻孔。下圆柱体-1的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-10,11。 [0085] 根据图6,扶正器配备有环4,上圆柱体-14,下圆柱体-14和一组相同角度等距离排列的刀片-15,16,刀片与上部分圆柱体-14和下部分圆柱体-14紧密结合。环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列。圆筒两端与环槽直径大小相同,正好与圆柱体接合。上圆柱体一端有槽-17,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上下圆柱体-14的墙的厚度18取决于扶正器使用的环境中的钻孔。 [0086] 每个刀片不仅仅延伸于纵向相对的上圆柱体-14和下圆柱体-14的两端之间,且围绕在扶正器的周围。刀片的方向使得它们各自的外边缘-16在扶正器周围共同形成一个完整的钻孔接触面,并增加涡流,帮助清理钻孔。 [0087] 据图6A和6B,上部分圆柱体-14的一端有槽沟-17,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-14的墙的厚度18取决于扶正器使用环境的钻井孔。上圆柱体-14的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-15,16。 [0088] 据图6C和6D,环上有平头螺钉-5和螺纹-8交替排列,正好与上下圆柱体接合并形成一个完整统一的扶正器。 [0089] 据图6A和6B,上部分圆柱体-14的一端有槽沟-17,正好与环接合并形成一个双向旋转的扶正器。上圆柱体-14的墙的厚度18取决于扶正器使用环境的钻井孔。上圆柱体-14的表面有一组按相同角度等距离排列的刀片-15,16。 [0090] 扶正器的刀片使管状扶正器保持在钻孔内,并承受在钻孔内墙的压力,减少摩擦。 [0091] 在一个解析图里,刀片的方向向左并以15°到35°的角度固定在圆柱体的表面。 [0092] 在另一个解析图里,刀片的方向向右并以15°到35°的角度固定在圆柱体的表面。 [0093] 在另一个解析图里,刀片垂直,以90°的角度固定在圆柱体的表面。 [0094] 在另一个解析图里,整个扶正器被当成一个整体(虽然刀片-10可以单独安装并安装特定要求再安装到圆柱体上)。 [0096] 在另一个解析图里,扶正器的主体由锌合金组成,理想上是ZAMAC-12。 [0097] 还有一个解析图里,扶正器的主体由铝合金组成,理想上是ALUM-6。 [0098] 还有一个解析图里,扶正器主体有酚醛树脂和各种树脂材料组成,理想上是HNBR。 [0099] 在另一个解析图里,刀片可以用聚四氟乙烯带包起来。 [0100] 扶正器的上下圆柱体有刀片,这些刀片可以在固井作业时提高涡流运动。这两个圆柱体用锁定装置被固定在环上。这个双旋转扶正器可以在一端用套管接箍接合,在另一端与轴心的一端接合。轴心的另一端可与扶正器的其他部件接合且做自由旋转旋转运动。 [0101] 在一个解析图里,刀片可以在降低套管的同时旋转,而两个转头依然可以保持在原位。 [0102] 熟练这项操作的工作人员通过前面的说明很容易就能了解其他关于这个发明的改造和改变。因此,由于我们对这项发明只用了少数的解析图解析,很明显,在不偏离这个发明的范围和目的之外,我们也可能会做修改。 |