淺議一種垂直鉆井工具的研發與應用

李佳銘

摘 要：本文簡要分析了一種垂直鉆井工具的研發與應用。

關鍵詞：垂直 鉆井 工具

1.技術領域

該裝置涉及石油鉆井機械設備技術領域，特別涉及一種垂直鉆井工具。

2.背景技術

在石油或地質勘探鉆井過程中，例如在地層傾角大、高陡構造帶、山前逆掩推覆體區域等復雜地質條件下鉆井，尤其是鉆深探井、超深探井以及區域第一口預探井、大陸科探井時，普遍要求防斜打快和安全低成本。

而常規鉆井技術在復雜易斜地層鉆深井、鉆遇高陡構造或是地應力異常地層時，鉆頭在地層傾角、地應力及鉆壓的共同作用下，經常會偏離正常的井眼軌跡垂直軸線而出現井斜。出現井斜后，往往會給后續的鉆井、測井和完井作業帶來很大的風險。例如可能會出現起下鉆具、套管或測井儀器困難，發生卡鉆等事故，嚴重時甚至可能會導致油井的報廢。

現有技術中，為了將井斜控制在一定范圍內，使鉆井工具能夠垂直鉆井，通常在鉆鋌內設置測控裝置，通過測控裝置內的傳感器自動跟蹤檢測井斜方位。一旦鉆鋌傾斜角度超過預定范圍，通過測控裝置推動推力板支撐在井壁上，形成與井斜方向相反的反作用力實現側推防斜。

但是，鉆鋌傾斜時，鉆頭也相應發生傾斜，在推力板將鉆鋌調整的同時，鉆頭已經鉆進傾斜的井壁中，鉆頭從傾斜井壁調整至垂直位置時，耗費了許多能源和時間，鉆井效率低下，且仍然容易造成卡鉆。

3.裝置的設計與構造

該裝置的目的是提供一種垂直鉆井工具，能夠克服現有技術的缺陷，在現有的控制鉆井工具防斜的基礎上，能夠確保鉆頭始終保持垂直狀態，提高了鉆井效率和穩定性。

該裝置的上述目的可采用下列技術方案來實現：

一種垂直鉆井工具，其包括：

設置有中心管的鉆井本體，設置在所述中心管下端的調節機構；其中，所述調節機構包括：固定接頭和移動接頭，其中，

所述固定接頭和移動接頭之間設置有方向調節件；

所述移動接頭為中空結構，其內部設置有開槽，所述開槽的兩側設置有通過磁性相吸合的固定塊和滾動球。

在一個優選的實施方式中，所述方向調節件包括：萬向節和與所述萬向節連接的連接桿。

在一個優選的實施方式中，所述固定接頭的下端面設置有卡合部，用于卡合所述萬向節，所述連接桿的一端與所述萬向節固定連接，另一端與所述移動接頭固定連接。

在一個優選的實施方式中，所述移動接頭的內部形成有空腔，所述空腔的底壁上設置有與所述固定塊相配合的凹槽，所述固定塊的上表面設置有與所述滾動球相配合的圓槽。

在一個優選的實施方式中，所述移動接頭空腔中設置的固定塊為磁性件，所述滾動球為鋼球，所述移動接頭為非磁性件。

在一個優選的實施方式中，所述萬向節為球頭萬向節，所述萬向節的個數為多個，所述滾動球的個數為偶數個，偶數個所述滾動球等分均布在所述開槽的兩側。

在一個優選的實施方式中，所述開槽為V形槽。

在一個優選的實施方式中，所述鉆井本體還包括：

設置在所述中心管上端的短鉆鋌；

外筒，所述外筒的兩端通過第一軸承和第二軸承安裝在所述中心管外；

設置在所述短鉆鋌內的供電裝置、防轉推力裝置和糾偏推力裝置；

設置在所述中心管下端的連接頭，所述連接頭的底部設置有下接頭。

在一個優選的實施方式中，所述中心管與所述連接頭之間、所述連接頭與所述固定接頭之間、所述下接頭與所述移動接頭之間均為螺紋連接。

在一個優選的實施方式中，還包括供電裝置，所述供電裝置包括：泥漿發電機和電源艙。

4.該裝置的特點和優點

一種垂直鉆井工具通過在中心管的下端設置調節機構，其中固定接頭和移動接頭相配合，確保鉆頭在鉆井過程中，始終與地面保持垂直狀態，減小不必要的井壁鉆入過程，節省能源時間，提高鉆井效率和穩定性。具體的，所述固定塊為磁性固定塊，所述圓槽位于固定塊頂部，所述滾動球為磁性滾動球。當鉆鋌在鉆井過程中發生傾斜時，在萬向節的作用下，所述移動接頭發生晃動，圓槽內的滾動球進入到凹槽中，在滾動球和萬向節的配合下，移動接頭可以與地平面保持垂直。

5.具體實施方式

所述垂直鉆井工具可以包括短鉆鋌1。所述短鉆鋌1下方安裝中心管2。所述中心管2上安裝第一軸承3和第二軸承4。所述第一軸承3和第二軸承4之間安裝有外筒5。所述短鉆鋌1的內部安裝有供電裝置。所述外筒5的外側沿圓周均勻分布有三個軸向凸臺（圖中未示出）。各軸向凸臺上部分別安裝有能伸出軸向凸臺并支撐在井壁上帶動外筒5旋轉的凸塊旋轉裝置。各軸向凸臺的下部分別設有推板安裝槽。其中，一個所述推板安裝槽內安裝有帶推力板的防轉推力裝置，其余兩個所述推板安裝槽內安裝有帶推力板的糾偏推力裝置。所述糾偏推力裝置的推力大于防轉推力裝置。所述外筒5的中部安裝有旋轉裝置液泵、推力裝置液泵和測控裝置。所述測控裝置上設有井斜檢測傳感器。所述外筒5下部內壁與中心管2之間安裝有非接觸輸電裝置。供電裝置通過非接觸輸電裝置與測控裝置的電源端子電連接。所述井斜傳感器的輸出端子與測控裝置的信號輸入端子電連接。所述測控裝置的信號輸出端子與旋轉裝置液泵的控制端子及推力裝置液泵的控制端子電連接。所述中心管2的底端設置連接頭6，所述連接頭6底部設置固定接頭7。所述固定接頭7底部安裝萬向節8，該萬向節8可以為球頭魚眼關節結構。所述球頭魚眼關節結構為多個，多個所述球頭魚眼關節結構底端均設置連接桿9。所述固定接頭7下方設置移動接頭10。所述連接桿9底部均與移動接頭10固定連接。所述移動接頭10內部設置空腔11。所述移動塊底壁設置開槽12，該開槽12具體可以為V形槽。當該開槽12為V型槽時，所述V型的角度可以為鈍角。例如所述V型的角度可以在135度左右，以便于滾動球14能順利滾入該V型槽中。所述V形槽兩側設置圓槽13，V形槽單側所述圓槽13為多個，多個所述圓槽13內設置滾動球14，所述移動接頭10底部設置下接頭15。