專利名稱：一種氣體鉆井用滾輪扶正器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在油氣田工程中利用氣體作為循環(huán)介質鉆井時的一種氣 體鉆井用滾輪扶正器。
背景技術：
目前公知，在利用氣體為循環(huán)介質的鉆井中，為了控制井眼軌跡，常 常需要用一個或多個扶正器和下部鉆具組合成不同類型的下部鉆具組合， 以達到增斜、穩(wěn)斜、降斜的目的。如鐘擺鉆具組合、滿眼鉆具組合等?，F 在的氣體鉆井中，常常是將液體鉆井用的扶正器直接用于氣體鉆井中。由 于氣體鉆井時井筒中沒有鉆井液的潤滑作用，普通扶正器與井壁的摩阻將 大大增加，扭矩也會增大，造成扶正器使用壽命短，鉆柱易疲勞損壞等。 由于氣體的攜巖能力不如液體的攜巖能力強，普通扶正器導流槽為均勻流 道，要么為豎直型，要么為螺旋型，巖屑通過能力差，可能導致攜巖受阻。 因此針對氣體鉆井的特點，研制了 一種氣體鉆井用滾輪扶正器。 發(fā)明目的本發(fā)明的目的是為了克服上述氣體鉆井中用普通鉆具扶正器存在的 技術問題?；阢@柱運動學、稀疏相氣固兩相流理論、摩阻理論、流體數 值模擬技術，為氣體鉆井提供了一種可以減小摩阻、減小扭矩、能強化氣 體攜巖能力、穩(wěn)定鉆柱的專用滾輪扶正器。本發(fā)明的技術方案本發(fā)明提出一種氣體鉆井用滾輪扶正器。主要由帶特殊扶正條的扶正 器本體、半圓形滾輪槽、帶牙齒的滾輪、滾輪軸、背面楔型蓋板等組成。扶正器本體為一空心圓柱體，在圓柱體上有四條互成90°的特殊形狀扶 正棱。扶正棱從下往上為逐漸加寬的直棱，再往上為鞋掌型螺旋棱，螺旋
角為25° 30° 。半圓形滾輪槽開在扶正棱直棱段上，半圓形滾輪槽兩 頭開有蓋板槽。滾輪安裝在滾輪軸上，滾輪軸兩頭由背面楔型蓋板壓住， 并用螺釘固定蓋板。由于氣體鉆井井筒內無鉆井液潤滑作用，導致扶正器與井壁摩阻增 大、旋轉扭矩增大，本發(fā)明氣體鉆井滾輪扶正器根據鉆具組合的需要串聯 在鉆柱中指定位置，扶正器本體轉動時滾輪將沿井壁滾動，將扶正棱刮削 井壁的滑動摩擦轉化為滾輪與井壁間的滾動摩擦,大大減小了扶正器與井 壁的摩阻、減小了旋轉扭矩，延長了下部鉆具的使用壽命。本發(fā)明上安裝的滾輪是通過螺釘經過特殊結構安裝在本體上的，滾輪 磨損后只需更換新滾輪，而本體可以繼續(xù)使用，有利于減小鉆井成本。本 發(fā)明可根據不同的地層換用不同的滾輪，滾輪有鑲齒型、螺旋窄齒型和螺 旋寬齒型三種，鑲齒型滾輪適用于研磨性地層、窄齒型滾輪適用于硬地層、 寬齒型適用于軟地層。本發(fā)明扶正棱的兩頭優(yōu)化成楔形狀，有利于減小上提和下放鉆具時的 摩阻。滾輪和楔型扶正條頭有利于上提鉆具遇到井徑縮小時倒劃眼解卡。 楔型狀的蓋板可以將大顆粒巖屑導入滾輪牙齒，滾輪上的硬質合金牙齒可 以將大顆粒巖屑再次破碎研磨成較小顆粒巖屑，然后被氣流攜帶走。本發(fā)明氣體鉆井滾輪扶正器通過流體數值模擬技術，不斷的改變扶正 棱形狀，最后優(yōu)化出最佳導流槽。導流槽入口的形狀可以保證任何方向和 角度到達的巖屑均可進入導流槽。導流槽下部為寬度逐漸減小的直導流 槽，即寬入口窄出口型，上部為特殊螺旋窄出口導流槽。下部的寬入口直 導流槽有利于氣體、巖屑顆粒順利進入流道并被加速，上部的特殊螺旋窄 出口使氣體、巖屑再次加速數倍，并在出口產生高速螺旋流。高速螺旋氣 流沿井壁運動，增強了氣流攜巖能力。本發(fā)明滾輪扶正器的扶正棱、滾輪可以將鉆柱扶正，減少或消除鉆柱 的偏心，使鉆柱和井眼同軸，并可減小鉆柱磨損和疲勞損壞等問題。 本發(fā)明的優(yōu)點與現有技術相比，本發(fā)明滾輪扶正器上的扶正條、蓋板、導流槽均具 有特殊的形狀，導流槽有寬的直流道和窄的螺旋流道兩部分，導流槽出口 窄流道使流體出口產生高速區(qū)，有利于加強直井、水平井攜巖能力，而常 規(guī)技術只有直流道。這些設計可以扶正和穩(wěn)定鉆柱、減小摩阻和旋轉扭矩、 強化氣流攜巖能力等。


圖1是本發(fā)明滾輪扶正器的主視圖結構。圖2是本發(fā)明滾輪扶正器側視圖。圖3是本發(fā)明滾輪扶正器的相鄰扶正條展開圖。圖4是本發(fā)明滾輪扶正器的滾輪和輪軸示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明一種氣體鉆井用的滾輪扶正器實施例，如附圖1、圖2所 示，由扶正器本體l、鞋掌型螺旋扶正棱2、直扶正棱3、楔型蓋板4、 滾輪5、楔形扶正棱6、導流槽入口7、導流槽出口8、滾輪槽9、滾 輪軸10等組成。四條互成90°的直扶正棱3上開有半圓型滾輪槽9， 滾輪5套在滾輪軸10上，安裝在滾輪槽9中。經過計算流體動力學數值模擬，如附圖1、圖3所示，優(yōu)化出了 特殊形狀的導流槽入口7、導流槽出口8，任何方向和任何角度到達 的流體都會從楔形扶正棱6附近，無阻進入導流槽寬入口7，經過特 殊直流道加速，并進入較窄的高速螺旋流道，強化了氣流攜巖能力。 其特征在于由寬直流道導流槽7和窄的螺旋流道導流槽8兩部分組 成。 如附圖l、圖2、圖4所示，可根據不同的地層在滾輪軸10上更 換滾輪5為鑲齒型、窄齒型和寬齒型滾輪。鉆井過程中滾輪5沿井壁 滾動，將滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，可大大減小摩阻、減小旋轉扭矩。在氣體鉆井中，本發(fā)明滾輪扶正器的安放位置及個數由鉆柱力學 分析和軌跡控制聯合確定。配合本發(fā)朋使用，氣體鉆井時要合理控制 轉速。使用時要特別注意本滾輪扶正器與鉆柱的聯接方向，進出口方 向的正確配合。本發(fā)明用于油氣田鉆井工程。
權利要求
1、 一種氣體鉆井用滾輪扶正器，由扶正器本體(1)、鞋掌型螺旋扶正棱(2)、直扶正棱(3)、楔形蓋板(4)、滾輪(5)、楔形扶正棱(6)、導流 槽入口 (7)、導流槽出口 (8)、滾輪槽(9)、滾輪軸(10)等組成。其特 征在于每個扶正棱上的滾輪(5)套在滾輪軸(10)上，再將滾輪軸(10)安裝 在扶正棱上半圓槽(9)中，由楔形蓋板(4)通過螺釘固定；所述滾輪(5) 能更換不同的齒形。
2、 根據權利要求1所述滾輪扶正器，其特征在于鞋掌型螺旋扶正棱(2) 和直扶正棱(3)、導流槽入口 (7)和導流槽出口 (8)的特殊形狀以及螺 旋角25° 30° 。
3、 根據權利要求1和2所述的滾輪扶正器，其特征在于扶正器本體上有 4個互成90度特殊形狀的鞋掌型螺旋扶正棱(2)和直扶正棱(3);導流 槽入口 (7)直流道導流槽部分為寬入口，然后導流槽逐漸變窄。導流槽 出口 (8)為螺旋狀窄出口。
4、 根據權利要求2和3所述，在直扶正棱(3)上開有安裝滾輪(5)的 特殊半圓槽(9)。
5、 根據權利要求1所述的滾輪扶正器，其特征在于楔形蓋板(4)為背面楔 形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體鉆井用的滾輪扶正器，主要由扶正器本體、特殊形狀扶正條、特殊形狀導流槽、滾輪、滾輪軸、蓋板等組成。本體上有互成90的特殊形狀扶正條，扶正條下部為直棱，上部為鞋掌型螺旋棱，滾輪通過軸安裝于扶正條上的半圓形槽中，用蓋板固定軸。扶正器本體轉動時滾輪沿井壁轉動，將滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，減小了摩阻和扭矩。同時滾輪和扶正棱可以扶正和穩(wěn)定鉆柱。導流槽入口為開放型寬入口，可以保證各個方向到達的流體都能順利進入導流槽，直導流槽部分寬度逐漸減小，可以加速氣體、巖屑顆粒，螺旋窄出口使氣體和巖屑顆粒再次加速，并在出口形成高速螺旋流，強化了氣流攜巖能力。
文檔編號E21B17/00GK101144373SQ20071005030
公開日2008年3月19日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權日2007年10月19日
發(fā)明者孟英峰, 朱化蜀, 林鐵軍, 波 王, 練章華, 洲 肖, 蔣祖軍, 明 黃 申請人:西南石油大學