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自动防碰钻井系统

阅读:665发布:2023-03-14

专利汇可以提供自动防碰钻井系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于石油工程领域,具体地,涉及一种自动防碰钻井系统。该系统包括系统上接头、承 力 传扭筒、整流承拉头、磁力流道控制结构、 轴承 定位 螺母 、推力体、主动流控体、固定流控体、侧向力接头、强磁 块 ,系统上接头、承力传扭筒、侧向力接头依次通过 螺纹 连接构成外筒体;整流承拉头、磁力流道控制结构、轴承定位螺母通过 螺纹连接 构成流道控制体,磁力流道控制结构与主动流控体之间安装有主动流控体 弹簧 。本发明无需采用人为方式制定防碰绕障措施或者改变原有钻井方法,不需要增加高精尖设备,不影响其它钻井工序的实施;可在不影响随钻测量的前提下精确、快速、直接的控制 钻头 行为,从而保障快速及时的对邻井防碰做出反应及调整。,下面是自动防碰钻井系统专利的具体信息内容。

1.一种自动防碰钻井系统,包括:系统上接头、承传扭筒、整流承拉头、磁力流道控制结构、轴承定位螺母、推力体、主动流控体、固定流控体、侧向力接头、强磁,其特征在于:系统上接头、承力传扭筒、侧向力接头依次通过螺纹连接构成自动防碰钻井系统的外筒体;整流承拉头、磁力流道控制结构、轴承定位螺母通过螺纹连接构成自动防碰钻井系统的流道控制体;磁力流道控制结构上部通过上部轴承、上部轴承支撑体、整流承拉头安装于承力传扭筒上,磁力流道控制结构下部通过下部轴承、下部轴承支承体、轴承定位螺母安装于承力传扭筒上,磁力流道控制结构可相对于承力传扭筒自由旋转;磁力流道控制结构下部通过键结构与主动流控体连接,磁力流道控制结构与主动流控体之间安装有主动流控体弹簧,主动流控体可相对于流道控制体轴向滑动,并随着流道控制体一起周向旋转;固定流控体安装于侧向力接头的中心顶端;主动流控体与固定流控体面接触,主动流控体可相对固定流控体转动。
2.根据权利要求1所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,系统上接头外侧的上部为圆柱面、下部为承力传扭筒连接扣,圆柱面用于系统整体上卸扣,承力传扭筒连接扣用于连接承力传扭筒;系统上接头的内侧自上而下依次为:钻具连接扣、上接头内圆孔、扩流锥面。
3.根据权利要求2所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,所述的承力传扭筒为圆柱壳体,承力传扭筒的外径与系统上接头圆柱面的外径相同;承力传扭筒的内侧从上到下依次为:系统上接头连接扣、上部轴承支撑体安装面、过流圆柱面、下部轴承支撑体安装面、侧向力接头连接扣;系统上接头连接扣用于连接系统上接头;上部轴承支撑体安装面与下部轴承支撑体安装面的直径相同,且均略大于过流圆柱面的直径。
4.根据权利要求3所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,上部轴承支撑体为圆柱体结构,上部轴承支撑体的外径略小于承力传扭筒上部轴承支撑体安装面的内径;上部轴承支撑体沿着轴线方向开有支撑体内圆孔,上部轴承支撑体沿圆周方向均布三个弧形孔,支撑体内圆孔直径略大于磁力流道控制结构上轴部外径;下部轴承支撑体与上部轴承支撑体的结构相同,亦为圆柱体结构,下部轴承支撑体的外径略小于承力传扭筒下部轴承支撑体安装面的内径;下部轴承支撑体沿着轴线方向开有支撑体内圆孔,下部轴承支撑体沿圆周方向均布三个弧形孔。
5.根据权利要求4所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,上部轴承支撑体安装面、下部轴承支撑体安装面及过流圆柱面构成的两个台阶面分别用于定位上部轴承支撑体及下部轴承支撑体在承力扭转筒内的位置,上部轴承支撑体、下部轴承支撑体固定于承力扭转筒内。
6.根据权利要求5所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,所述的磁力流道控制结构上部为上轴部、中间为磁力活动部、下部为下轴部;上轴部的顶端带有上部螺纹,下轴部的底端带有压紧螺纹,下轴部沿着轴线方向开有键孔;磁力活动部为带有三个键块的外花键结构,磁力活动部的整体外径略小于承力传扭筒过流圆柱面的直径,其中一个键块顶端沿着键轴线方向开有多个圆孔,圆孔内装有强磁块;键孔为带有平键槽的圆孔,平键槽与磁力活动部开有多个圆孔的键块处于同一平面,且二者位于磁力流道控制结构轴线的两侧。
7.根据权利要求6所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,磁力流道控制结构的上轴部与上部轴承支撑体的支撑体内圆孔间隙配合;整流承拉头与磁力流道控制结构顶部的上轴部螺纹连接;整流承拉头与上部轴承支撑体之间安装上部轴承;所述的整流承拉头下部为圆柱体、上部为圆弧锥体,整流承拉头内部设螺纹孔;下轴部与下部轴承支撑体间隙配合,磁力流道控制结构底端带有轴承定位螺母;轴承定位螺母与下部轴承支撑体之间安装下部轴承。
8.根据权利要求7所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,所述的侧向力接头为中部周向均布三个翼肋的圆柱体,圆柱体的外径与承力传扭筒外径、系统上接头外径均相同;翼肋的直径大于侧向力接头圆柱体的外径,但小于所钻井眼的直径;翼肋顶端形心部位开有推力体安装孔,孔的顶端带有螺纹;所述的推力体为两个直径不同的圆柱体组合,直径较大部分的直径略小于侧向力接头直棱凸起顶端的圆柱形孔内径,该部位设有密封;推力体中心开有圆孔,圆孔靠近井眼环空端装有泄流喷嘴
9.根据权利要求8所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,侧向力接头轴向上,距离侧向力接头轴线较近的区域周向均匀开有三个传压流道,每个传压流道均与翼肋上的推力体安装孔连通;距离侧向力接头轴线较远的区域周向均匀开有三个钻井液流道,侧向力接头最底端为钻头连接扣。
10.根据权利要求9所述的自动防碰钻井系统,其特征在于,所述的主动流控体上部为细圆柱体、下部为粗圆柱体,细圆柱体的顶端带有平键,平键与磁力流道控制结构的键孔配合,在粗圆柱体上,偏向于粗圆柱体外径方向开有圆弧状入压流道,圆弧为180-210°;细圆柱上套设主动流控体弹簧,磁力流道控制结构与主动流控体连接后,主动流控体的圆弧状入压流道中线与磁力流道控制结构顶端开有多个圆柱孔的键块共面;所述的固定流控体为一圆柱体,其直径与主动流控体粗圆柱体直径相等;圆柱体上均布3个过流流道,过流流道与侧向力接头的传压流道相贯通,固定流控体焊接于侧向力接头之上。

说明书全文

自动防碰钻井系统

技术领域

[0001] 本发明属于石油工程领域,具体地,涉及一种石油天然气钻井过程井眼间防碰钻井装置,尤其地,涉及一种自动防碰钻井系统。

背景技术

[0002] 目前,海洋大组丛式井及陆地老井区加密调整井的钻探数量呈现大幅度增加趋势,在钻此类井的过程中,直井段施工打碰邻井套管及斜井段发生两井相碰的问题变得日益突出。井眼交碰导致报废进尺并重复施工及两井同时作废的现象影响了施工的进度,也增加了成本。井眼防碰技术是解决该问题,减少此类事故发生的直接手段,现有井眼间防碰的技术及方法已有以下专利文献予以批露。
[0003] 中国发明专利公开说明书CN103218749A(公开日2003年07月24日)提供了一种三维钻井轨道防碰撞验证方法;中国发明专利公开说明书CN102953722A (2003年03月06日公开)提供了一种钻井作业中的防碰绕障方法及系统;中国发明专利公开说明书CN102373917A(2012年03月14日公开)提供了通过邻井监测来预警从而防碰的方法。
[0004] 上述专利公布的防碰技术或方法可以归结为两类,一类为通过扫描计算来预警防碰的方法,一类为通过信号测距来防碰的方法。通过扫描计算预警防碰的方法,需要拟合出井眼轨迹,然而拟合轨迹的过程存在诸多误差,拟合出的轨迹存在着很大范围的不确定性,因此该种防碰方法适用性上受到限制。通过信号测距来防碰的方法可以实现实时防碰预警,但在危险距离范围内不能直接提供防碰绕障方案。因此亟需一种能够实现在遇到邻井时主动绕障来实现防碰的系统或装置,以满足利用密集井区内钻井防碰的需要。

发明内容

[0005] 为克服现有技术存在的上述缺陷,本发明提供一种自动防碰钻井系统;该自动防碰钻井系统利用其内部强磁与邻井套管间相互作用来改变钻井液在系统内的流道构成,利用钻井液在钻柱内外的压差,推动转动至邻井方向的推体从而产生与邻井相背离的作用力,使得钻进趋势偏离邻井方向,进而达到主动防碰绕障的目的。
[0006] 为实现上述目的,本发明采用下述方案:
[0007] 自动防碰钻井系统,包括:系统上接头、承力传扭筒、整流承拉头、磁力流道控制结构、轴承定位螺母、推力体、主动流控体、固定流控体、侧向力接头、强磁块,系统上接头、承力传扭筒、侧向力接头依次通过螺纹连接构成自动防碰钻井系统的外筒体;整流承拉头、磁力流道控制结构、轴承定位螺母通过螺纹连接构成自动防碰钻井系统的流道控制体;磁力流道控制结构上部通过上部轴承、上部轴承支撑体、整流承拉头安装于承力传扭筒上,磁力流道控制结构下部通过下部轴承、下部轴承支承体、轴承定位螺母安装于承力传扭筒上,磁力流道控制结构可相对于承力传扭筒自由旋转;磁力流道控制结构下部通过键结构与主动流控体连接,磁力流道控制结构与主动流控体之间安装有主动流控体弹簧,主动流控体可相对于流道控制体轴向滑动,并随着流道控制体一起周向旋转;固定流控体安装于侧向力接头的中心顶端;主动流控体与固定流控体面接触,主动流控体可相对固定流控体转动。
[0008] 相对于现有技术,本发明具有如下的有益效果:
[0009] 1、自动防碰钻井系统的原理简单,无需采用人为方式制定防碰绕障措施或者改变原有钻井方法,不需要增加高精尖设备,不影响其它钻井工序的实施;
[0010] 2、自动防碰钻井系统不需要依据于复杂的轨迹拟合及防碰扫描计算,排除了误差的累积及影响;
[0011] 3、自动防碰钻井系统直接与钻头连接,且其长度较短,可在不影响随钻测量的前提下精确、快速、直接的控制钻头行为,从而保障快速及时的对邻井防碰做出反应及调整;
[0012] 4、钻井过程中,该系统对地面设施、钻井管柱、钻头类型没有特殊要求,施工人员的操作施工跟常规钻井完全相同,有利于系统的推广和使用。附图说明
[0013] 图1是本发明的自动防碰钻井系统结构示意图;
[0014] 图2 承力传扭筒结构示意图;
[0015] 图3是自动防碰钻井系统A-A剖面图;
[0016] 图4是自动防碰钻井系统B-B剖面图;
[0017] 图5是自动防碰钻井系统C-C剖面图;
[0018] 图6是自动防碰钻井系统主动流控体俯视图;
[0019] 图7是自动防碰钻井系统主动流控体剖视图;
[0020] 图8是自动防碰钻井系统固定流控体流道分布示意图。
[0021] 图中:1、系统上接头,2、承力传扭筒,3、整流承拉头,4、上部轴承支撑体,5、磁力流道控制结构,6、强磁块,7、下部轴承支撑体,8、下部轴承,9、轴承定位螺母,10、推力体,11、泄流喷嘴,12、推力体限位环,13、上部轴承,14、主动流控体弹簧,15、主动流控体,16、固定流控体,17、侧向力接头,201、系统上接头连接扣,202、上部轴承支撑体安装面,203、过流圆柱面,204、下部轴承支撑体安装面,205、侧向力接头连接扣,501、键孔,1501、圆弧状入压流道,1502、平键,1601、过流流道,1701、传压流道,1702、钻井液流道。

具体实施方式

[0022] 图1所示,自动防碰钻井系统,包括:系统上接头1、承力传扭筒2、整流承拉头3、磁力流道控制结构5、轴承定位螺母9、推力体10、主动流控体15、固定流控体16、侧向力接头17、强磁块6。
[0023] 系统上接头1、承力传扭筒2、侧向力接头16依次通过螺纹连接构成自动防碰钻井系统的外筒体;整流承拉头3、磁力流道控制结构5、轴承定位螺母9通过螺纹连接构成自动防碰钻井系统的流道控制体;磁力流道控制结构5上部通过上部轴承13、上部轴承支撑体4、整流承拉头3安装于承力传扭筒2上,磁力流道控制结构5下部通过下部轴承8、下部轴承支承体7、轴承定位螺母9安装于承力传扭筒2上,磁力流道控制结构5可相对于承力传扭筒2自由旋转;磁力流道控制结构5下部通过键结构与主动流控体15连接,磁力流道控制结构5与主动流控体15之间安装有主动流控体弹簧14,主动流控体15可相对于流道控制体轴向滑动,并随着流道控制体一起周向旋转;固定流控体16安装于侧向力接头17的中心顶端;主动流控体15与固定流控体16面接触,主动流控体15可相对固定流控体16转动。
[0024] 系统上接头1外侧的上部为圆柱面、下部为承力传扭筒连接扣,圆柱面用于系统整体上卸扣,承力传扭筒连接扣用于连接承力传扭筒2;系统上接头1的内侧自上而下依次为:钻具连接扣、上接头内圆孔、扩流锥面;钻具连接扣用于连接上部钻具;上接头内圆孔用于钻井液过流;扩流锥面用增加钻井液流道的面积。
[0025] 如图2所示,所述的承力传扭筒2为圆柱壳体,承力传扭筒2的外径与系统上接头1圆柱面的外径相同;承力传扭筒2的内侧从上到下依次为:系统上接头连接扣201、上部轴承支撑体安装面202、过流圆柱面203、下部轴承支撑体安装面204、侧向力接头连接扣205;系统上接头连接扣201用于连接系统上接头1;上部轴承支撑体安装面202与下部轴承支撑体安装面204的直径相同,且均略大于过流圆柱面203的直径;上部轴承支撑体安装面202用于安装上部轴承支撑体4;下部轴承支撑体安装面204用于安装下部轴承支撑体
7;侧向力接头连接扣205用于连接侧向力接头17。
[0026] 如图3所示,上部轴承支撑体4为圆柱体结构,上部轴承支撑体4的外径略小于承力传扭筒2上部轴承支撑体安装面的内径;上部轴承支撑体4沿着轴线方向开有支撑体内圆孔,上部轴承支撑体4沿圆周方向均布三个弧形孔,弧形孔用于钻井介质过流;支撑体内圆孔直径略大于磁力流道控制结构5上轴部外径,上部轴承支撑体4用于支撑及扶正磁力流道控制结构5的上轴部。下部轴承支撑体7与上部轴承支撑体4的结构相同,亦为圆柱体结构,下部轴承支撑体7的外径略小于承力传扭筒2下部轴承支撑体安装面204的内径;下部轴承支撑体7沿着轴线方向开有支撑体内圆孔,下部轴承支撑体7沿圆周方向均布三个弧形孔,弧形孔用于钻井介质过流;下部轴承支撑体7用于支撑及扶正磁力流道控制结构5下轴部。
[0027] 上部轴承支撑体安装面202、下部轴承支撑体安装面204及过流圆柱面203构成的两个台阶面分别用于定位上部轴承支撑体4及下部部轴承支撑体7在承力扭转筒2内的位置,上部轴承支撑体4、下部轴承支撑体7固定于承力扭转筒2内,进而定位流道控制体。
[0028] 如图1、图3所示,所述的磁力流道控制结构5上部为上轴部、中间为磁力活动部、下部为下轴部;上轴部的顶端带有上部螺纹,下轴部的底端带有压紧螺纹,下轴部沿着轴线方向开有键孔501;磁力活动部为带有三个键块的外花键结构,磁力活动部的整体外径略小于承力传扭筒2过流圆柱面的直径,其中一个键块顶端沿着键轴线方向开有多个圆孔,圆孔内装有强磁块6;键孔501为带有平键槽的圆孔,平键槽与磁力活动部开有多个圆孔的键块处于同一平面,且二者位于磁力流道控制结构轴线的两侧。
[0029] 磁力流道控制结构5的上轴部与上部轴承支撑体4的支撑体内圆孔间隙配合。上部轴承支撑体4起到磁力流道控制结构5上部居中作用;整流承拉头3与磁力流道控制结构5顶部的上轴部螺纹连接;整流承拉头3与上部轴承支撑体4之间安装上部轴承13,上部轴承13的作用是减小磁力流道控制结构5与上部轴承支撑体4相对运动的摩擦阻力;所述的整流承拉头3下部为圆柱体、上部为圆弧锥体,整流承拉头3内部设螺纹孔,整流承拉头3轴向上定位磁力流道控制结构5。整流承拉头3迫使钻井循环介质流入上部轴承支撑体4的弧形孔,防止对磁力流道控制结构5构成冲蚀。
[0030] 下轴部与下部轴承支撑体7间隙配合,下部轴承支撑体7起到磁力流道控制结构5下部居中作用;磁力流道控制结构5底端带有轴承定位螺母9;轴承定位螺母9与下部轴承支撑体7之间安装下部轴承8,下部轴承8的作用是减小磁力流道控制结构5与下部轴承支撑体7相对运动的摩擦阻力。轴承定位螺母9与整流承拉头3共同作用,用于定位磁力流道控制结构5与承力传扭筒2的相对位置,使得磁力流道控制结构5相对于承力传扭筒
2轴向上不产生相对运动。
[0031] 所述的侧向力接头17为中部周向均布三个翼肋的圆柱体,圆柱体的外径与承力传扭筒2外径、系统上接头1外径均相同;翼肋的直径大于侧向力接头17圆柱体的外径,但小于所钻井眼的直径;翼肋顶端形心部位开有推力体安装孔,孔的顶端带有螺纹;所述的推力体10为两个直径不同的圆柱体组合,直径较大部分的直径略小于侧向力接头17直棱凸起顶端的圆柱形孔内径,该部位设有密封,用于扶正及密封;直径较小部分用于与推力体限位环17配合,推力体限位环12将侧向力接头17限位于推力体安装孔内,防止推力体10脱离侧向力接头17,直径较小部分顶端用于为自动防碰钻井系统提供推力;推力体10中心开有圆孔,圆孔靠近井眼环空端装有泄流喷嘴12,用于泄压。
[0032] 侧向力接头17轴向上,距离侧向力接头17轴线较近的区域周向均匀开有三个传压流道1701,每个传压流道1701均与翼肋上的推力体安装孔连通;距离侧向力接头17轴线较远的区域周向均匀开有三个钻井液流道1702,可以保证钻井液顺利流至钻头;侧向力接头17最底端为钻头连接扣,用于连接钻头。
[0033] 所述的主动流控体15上部为细圆柱体、下部为粗圆柱体,细圆柱体的顶端带有平键1502,平键1502与磁力流道控制结构5的键孔501配合,实现相对之间轴向滑动,并且二者共同转动;在粗圆柱体上,偏向于粗圆柱体外径方向开有圆弧状入压流道1501,圆弧为180-210°;细圆柱上套设主动流控体弹簧14;磁力流道控制结构5与主动流控体15连接后,主动流控体15的圆弧状入压流道中线与磁力流道控制结构5顶端开有多个圆柱孔的键块共面。
[0034] 所述的固定流控体16为一圆柱体,其直径与主动流控体15粗圆柱体直径相等;圆柱体上均布3个过流流道1601,过流流道1601与侧向力接头17的传压流道1701相贯通,固定流控体16焊接于侧向力接头17之上,以便于更换及调整固定流控体16。
[0035] 自动防碰钻井系统工作原理如下:
[0036] 钻井液流道:自动防碰钻井系统中钻井液经系统上接头1的上接头内圆孔、扩流锥面、上部轴承支撑体4弧形孔、磁力流道控制结构5磁力活动部、下部轴承支撑体7弧形孔后,流至侧向力接头17,分支为两部分,一部分经钻井液流道1702,流至钻头发挥其正常功用,另一部分经主动流控体15圆弧状入压流道1501、固定流控体16过流流道1601、侧向力接头17传压流道1701进入侧向力接头17推力体安装孔,从而推动推力体10相对于侧向力接头17做径向运动,为钻头提供某种侧向力。
[0037] 当钻进井与邻井套管距离较远时,自动防碰钻井系统的流道控制体无不均衡外力作用,流道控制体与自动防碰钻井系统的外筒体共同随钻柱运动,此时,主动流控体15圆弧状入压流道1501与固定流控体16过流流道1601位置固定,没有或者仅有某一推力体10一直受钻井液推力作用,没有推力体受钻井液作用时,自动防碰钻井系统不对钻头产生任何作用;仅有某一推力体10一直受钻井液推力作用时,推力体10对井壁周向均产生作用,不会影响钻进趋势,此种工况下,自动防碰钻井系统类似于一个小接头。
[0038] 当钻进井与邻井套管距离较近时,自动防碰钻井系统磁力流道控制结构5顶端开有多个圆柱孔键块上的强磁块6与邻井套管发生作用,产生引力,该引力导致强磁块6一直指向邻井套管方向,自动防碰钻井系统的流道控制体相对井眼周向静止,流道控制体与自动防碰钻井系统的外筒体相对发生运动,此时,主动流控体15圆弧状入压流道1501与固定流控体16过流流道1601位置相对运动,当两个流道连通时,钻井液经主动流控体15圆弧状入压流道1501、固定流控体16过流流道1601、侧向力接头17传压流道1701进入侧向力接头17推力体安装孔,从而推动推力体10相对于侧向力接头17做径向运动,为钻头提供某种侧向推力。因主动流控体15与自动防碰钻井系统的流道控制体周向无相对运动,即其上的圆弧状入压流道一直处于靠近邻井套管方向,所以,旋转的固定流控体16的过流流道1601仅旋转至邻井套管方向时能够与侧向力接头17传压流道1701进入侧向力接头17推力体安装孔连通,从而促使自动防碰钻井系统产生背离邻井套管的推力;当固定流控体16的过流流道1601旋转至邻井套管方向相背时,钻井液不能流入侧向力接头17传压流道
1701,亦不能进入侧向力接头17推力体安装孔,此时流道内无压力,推力体10上的泄流喷嘴12实现流道中流体与环空中流体的联通,从而使得推力体10不提供推力。
[0039] 通过上述作用,当钻进井与邻井套管距离较远时,自动防碰钻井系统不对钻头提供力或者提供周向均匀作用的力,不改变钻进趋势;当钻进井与邻井套管距离较近时,自动防碰钻井系统一直为钻头提供一个背离邻井的推力,从而使得钻进趋势背离邻井,发挥其主动防碰的作用。
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