机械式静态双层推靠自动垂直钻具设计

• 作者: 刘宝林 李昕愉 李立鑫 薛启龙 赵柳东
• 来源期刊: 中国石油大学学报（自然科学版）
• 学科: 工学
• 关键词: 垂直钻井 机械式垂直钻具 偏重块 推靠力 纠斜行为
• 年，卷（期）: 2017,（4）
• 所属期刊栏目: 石油钻采工程
• 页码范围: 91-98
• 页数: 8页
• 分类号: TE921
• 字数: 4653字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1673-5005.2017.04.012

摘要

为满足小尺寸垂直钻探的作业要求,设计一种外径127 mm、具有双层推靠活塞的机械式静态自动垂直钻井工具.该垂直钻具不含独立的电子和液压系统,仅依靠偏重块在重力作用下自动偏向井眼低边的物理特性,带动环阀转动进而改变钻井液流道的开闭,使钻井液在钻具内部和环空中形成压差,驱动双层分布的8个活塞以相应的组合方式推向井眼高边,实现自动纠斜,维持井眼垂直.该钻具采用全新的环阀设计,避免常规盘阀较大的摩擦阻力,提高纠偏的灵敏度和精度,其推靠活塞为独特的双层分布,纠斜时有3个不同层的推靠活塞同时推出,可在较小的钻头压降下获得较大的推靠力和纠斜力矩,纠斜能力显著提升,而且不同层推出的3个推靠活塞形成稳定的三角结构,有效提升钻具的稳定性和可靠性.在钻具结构设计的基础上,对钻具偏心机构、推出机构的力学性能进行分析,并研究角接触球轴承的摩擦阻力对钻具纠斜行为的影响.结果表明:该自动垂直钻具的推靠合力是单个推靠活塞的1+2倍,理论上其纠斜精度仅在井斜角降至0.154°后才会受到影响,纠斜极限井斜角可达0.059°,具有很好的纠斜能力、纠斜精度和灵敏度,而且该钻具结构设计简单,造价及维护成本较低,其机械式的控制方式不受井下温度影响,具有很好的现场应用前景.