一种定向井钻井用组合钻柱装置

本实用新型属于油气井工程领域，具体涉及一种定向井钻井用组合钻柱装置。

由于定向井自身结构特点，其轨迹控制的关键技术难点是摩阻和扭矩大，螺杆钻具装置 角难以控制，钻进速度缓慢。目前我国定向井钻井中为了加快螺杆钻具装置角控制速度，减 小钻井周期，主要采取以下几种处理方式：

一、加入处理钻井液

通过在钻井过程在钻井液中加入润滑剂，来减小钻柱和井壁之间的摩擦阻力和扭矩，加 快螺杆钻具装置角控制速度。但由于钻井管柱和井壁之间的摩擦阻力和扭矩过大，如果加入 的润滑剂太少，效果不理想；加入润滑剂太多，则作业成本加大。尤其是在评价井中，如果 加入的润滑剂中有原油或者柴油的话，还会直接导致录井的油气显示不准确，很难判断层 位，使这一技术更是受到限制。

二、采用旋转导向

现在很大一部分定向井的施工，在定向钻到一定深度后，会采用旋转导完成。但在定向 段的作业中，由于“推靠式”的旋转导向对地层的依赖性很大，“指向式”的旋转导向对于 有些地层是不适合的。且旋转导向还处于垄断时期，使用过程中作业费高昂，成本太高。

三、钻进中划眼调整

井下的钻具由于产生屈曲，导致底部钻具总成以及钻柱和井壁之间会产生无数多的接触 点，所加的扭矩大部分被这些接触点卸载，导致加到螺杆钻具上的扭矩很少，此时如果强制 加大扭矩的话，会使接触点突破井壁的束缚，螺杆钻具上的扭矩突然增大很多，而对螺杆钻 具损坏很大。所以，一般情况将钻完的一小段井段及时划眼，修整井眼的光滑度。但其存在 以下两方面的缺陷：1短时间内的勤划眼，加大了钻具“自锁”卡钻的风险。2虽然在一定 程度上能减轻摩阻和扭矩，但是每次划眼以后钻头到达井底时，耗费很长时间去重新控制螺 杆钻具装置角，钻井周期会增加很多。

本实用新型的目的是为了解决上述问题提供一种结构简单、使用方便、安全可靠的定向 井钻井用组合钻柱装置。当定向钻井过程中，将该组合钻柱装置下入井内，外壁焊接有小钢 条的非磁钻铤无论承受多大轴向压力波动整个钻柱都均不易随意扭转。这样实现了大幅度缩 短螺杆钻具装置角控制时间、提高定向钻井效率以及降低定向钻井成本的目的。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

本实用新型定向井钻井用组合钻柱装置由牙轮钻头1、螺杆钻具2、浮阀3、扶正器4、 非磁钻铤5、测斜仪6、非磁钻铤7、震击器8和钻杆9从下到上依次直接连接组成。所述 的牙轮钻头1是外径为311.2毫米的API标准钻头；所述的螺杆钻具2带有1.5°弯度、外 径是244.47毫米的API标准螺杆钻具，主要用于定向井造斜；所述的浮阀3使用箭形浮 阀，外径是203.2毫米的API标准浮阀，主要防止在钻井时井喷事故；所述的非磁钻铤6、7 是外径是203.2毫米的API标准非磁钻铤，其外壁焊接有小钢条，小钢条长度20厘米，将 钻铤外壁圆周三等分，每排小钢条间隔半米远，用来防止定向钻井时钻柱扭转；所述的扶正 器4外径是292.1毫米，用来稳定整个钻柱；所述的测斜仪6外径是203.2毫米，用来实时 监视整个井眼轨迹；所述的震击器8是机械式的，外径是196.85毫米，用在钻进过程中发 生卡钻时解卡；所述的钻杆是127毫米的API标准钻杆。通过理论分析证明，外壁焊接有小 钢条的非磁钻铤6、7无论承受多大轴向压力波动均不易扭转，并在本实用新型中从结构上 实现了这一特征。

本实用新型的设计原理：

在定向钻井作业过程中，先将组合钻柱装置下入井下，而组合钻柱装置是由牙轮钻头 1、螺杆钻具2、浮阀3、扶正器4、非磁钻铤5、测斜仪6、非磁钻铤7、震击器8和钻杆9 从下到上依次直接连接组成。所述的螺杆钻具2带有1.5°弯度，主要用于定向井造斜；所 述的浮阀3使用箭形浮阀，主要防止在钻井时井喷事故；所述的非磁钻铤6、7外壁焊接有 小钢条，小钢条长度20厘米，将钻铤外壁圆周三等分，用来防止定向钻进时钻柱的扭转； 所述的扶正器4用来稳定整个钻柱；所述的测斜仪6用来实时监视整个井眼轨迹；所述的震 击器8是用机械式的，在钻进过程中发生卡钻时解卡用。对于不同尺寸的井眼，单一的组合 钻柱装置尺寸不能满足定向钻井施工要求，就设置不同组合钻柱装置尺寸和非磁钻铤外壁焊 接的小钢条的尺寸，直到完全满足钻井要求。这样就达到了达到极大缩短钻柱装置角控制时 间，从而降低定向井钻井周期和成本的目的。

所述的非磁钻铤外壁焊接的小钢条的设置，一方面考虑到长期使用的磨损，需要把小钢 条的直径设置得稍微大些；另一方面如果小钢条的直径设置得太大，会造成旋转钻进时候整 个钻柱的扭矩太大，应根据不同的井眼尺寸来设置小钢条直径的大小。

该定向井钻井用组合钻柱装置在钻井过程通过以下技术方案实现的：(1)首先根据不同 井段的自身情况，对整个组合钻柱装置的每个部分的尺寸进行调整；(2)将组合钻柱装置中 的非磁钻铤外壁上焊接有20厘米长的小钢条，小钢条将外壁三等分，每排小钢条之间间隔 半米远，达到极大缩短钻柱装置角控制时间，从而降低定向井钻井周期和成本的目的。

本实用新型的有益效果：

由上述的结构设计可看出，本实用新型定向井钻井用组合钻柱装置由于采用了外壁焊接 有小钢条的非磁钻铤，无论承受多大轴向压力波动均不易扭转，在定向钻进时大大缩短了组 合钻柱的装置角控制时间。本定向井钻井用组合钻柱装置经室内研究和现场使用证明，具有 使用方便、使用寿命长，安全可靠，能够减小定向钻井时间，明显的降低定向钻井成本等特 点，同时由于使用了震击器，避免了定向井钻井用组合钻柱装置在井下卡钻后无法解卡的风 险。

图1为本实用新型实施例1的定向井钻井用组合钻柱装置的主结构示意图。图2是外壁 焊接有小钢条的非磁钻铤俯视图。图中：1牙轮钻头，2螺杆钻具，3浮阀，4扶正器，5非 磁钻铤，6测斜仪，7非磁钻铤，8震击器，9钻杆。

实施例1

定向井钻井用组合钻柱装置，其特征在于：由牙轮钻头1、螺杆钻具2、浮阀3、扶正 器4、非磁钻铤5、测斜仪6、非磁钻铤7、震击器8和钻杆9，所有部件都选用API标准部 件，在实际使用时是从下到上依次直接连接组成的。所述的牙轮钻头1是外径为311.2毫米 的API标准钻头；所述的螺杆钻具2带有1.5°弯度、外径是244.47毫米的API标准螺杆钻 具，主要用于定向井造斜；所述的浮阀3使用箭形浮阀，外径是203.2毫米的API标准浮 阀，主要防止在钻井时的井喷事故；所述的非磁钻铤6、7是外径是203.2毫米的API标准 非磁钻铤，其外壁焊接有小钢条，小钢条长度20厘米，将钻铤外壁圆周三等分，每排小钢 条间隔半米远，用来防止定向钻井时钻柱扭转；所述的扶正器4外径是292.1毫米，用来稳 定整个钻柱；所述的测斜仪6外径是203.2毫米，用来实时监视整个井眼轨迹；所述的震击 器8是机械式的，外径是196.85毫米，在钻进过程中发生卡钻时解卡用；所述的钻杆是127 毫米的API标准钻杆。通过理论分析证明，外壁焊接有小钢条的非磁钻铤6、7无论承受多 大轴向压力波动均不易扭转，并在本实用新型中从结构上实现了这一特征。

本定向井钻井用组合钻柱装置经室内研究和现场使用证明，具有使用方便、使用寿命 长，安全可靠，能够快速控制螺杆钻具的装置角，明显的降低定向钻井成本等特点，具有广 泛的推广应用价值。

本实用新型中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。