一种基于磁力的机械式自动垂直钻井防斜钻具

技术领域

本发明涉及钻井工程领域，具体一种基于磁力的机械式自动垂直钻井防斜钻具。

背景技术

钻井是把地下油气资源开采到地面的必然途径，在钻井过程中，由于地下构造复杂、地层软硬不均衡、钻头类型及结构复杂等多种原因，所钻的直井段不可能保持完全垂直的状态，它会受到各种作用的影响而发生井斜，而井斜一直是制约钻进速度和钻孔质量的重要因素，特别是在高陡构造地层条件下，突出的井斜问题不仅会造成机械钻速低，钻井周期长，钻井成本高，有时甚至会成为阻碍进行钻探施工直接因素。

自动垂直钻井技术是一种利用井下钻具装置自主进行防斜纠斜的直井作业技术，经过多年发展，自动垂直钻井可以在复杂地层钻进中，依靠自身结构自主对井斜过程进行纠正，有效的解决井斜的问题。目前常用的自动垂直钻井系统均含有复杂的井下电子控制系统，需配备高精度、高效率的信号采集分析系统，在井底恶劣的工况下密封要求极高，且不耐振动和高温，易发生损坏，造价及维修维护成本高昂。而机械式自动垂直钻具成本低、耐高温、适用性强、可靠性高，这使得它成为高陡高斜地区钻井最佳选择之一。

鉴于机械式自动垂直钻井成本低、可靠性高、适用性强等优点，结合国内外研究现状，可有效解决钻井防斜、降斜问题，提高直井钻井速度和经济效益。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于磁力的机械式自动垂直钻井防斜钻具装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，其特征在于：该装置包括钻井液分流区，钻井液导流区，推靠装置区及钻井液收集区。井液分流区内部从顶端开始，带偏重块的转轴外套偏重块限位装置，同时转轴一端连接上端过流板的接转轴孔处，另一端依次穿过下端过流板的接转轴孔、分流板的接转轴孔、小分流管道固定装置，最后固定于上盘阀的接转轴孔处，大分流管道上端连接在分流板的大分流孔处，下端依次穿过钻井液导流区的大分流孔、推靠装置区的大分流孔，最后停留于钻井液收集区的内部上空，小分流管道共有2个，两个小分流管道一端上接分流板的小分流孔，另一端穿过小分流管道固定装置下接上盘阀的常流孔，上盘阀下接分流区，钻井液分流区旋转外筒的下接块固定于钻井液导流区的上接槽处。钻井液导流区下盘阀主板安装区处接下盘阀主板，下盘阀的上接管道口与钻井液导流区的导流槽相对应，上接管道与分流区相连接，钻井液导流区的连接块固定于推靠装置区的上接槽，钻井液导流区的导流管道与旋转推靠装置的旋转环处紧密相连。推靠装置区的旋转柱分别各与两个旋转推靠装置的旋转孔上下分层连接；钻井液收集区的上接块镶嵌于推靠装置区的下接槽，钻井液收集区的钻头连接区外接钻头。

根据上述技术方案，所述钻井液分流区中，带偏重块的转轴与过流板的接转轴孔连接处周围有轴承球，可保证带偏重块的转轴在井斜时可以发生自转，从而带动上盘阀转动，实行对钻井液的分流控制。

根据上述技术方案，所述钻井液分流区中，带偏重块的转轴外套偏重块限位装置，可以限制偏重块的旋转角度，防止偏重块旋转一周回到起始位置，杜绝无法在发生井斜时对钻井液进行分流控制。

根据上述技术方案，上盘阀的井斜流孔的开口宽度比常流孔的直径大，可保证发生井斜时通过钻井液流量增加，加大了对推靠装置区的旋转推靠装置的作用力。

根据上述技术方案，旋转推靠装置中心处有旋转叶片，可利用钻井液从上往下冲刷的力带动整个旋转推靠装置进行旋转，形成对磁力推靠板的周期作用力。

根据上述技术方案，推靠板安装区安装上下两层推靠板，上层为3个N磁力推靠板，下层为3个S磁力推靠板，上下两层推靠板磁性相反，可保证井斜时上下两层推靠板作用井壁时相互吸引，形成紧凑的作用力，提高效率。

根据上述技术方案，旋转推靠装置的磁力球分为N磁力球与S磁力球两种且磁性相反，放置方式按照4个N磁力球安置区与2个S磁力球安置区位置放置，可保证旋转装置旋转时，磁力球对磁力推靠板形成规律的吸引与排斥作用。

根据上述技术方案，旋转推靠装置上下两层安装于推靠装置区的旋转柱时，上下两层N磁力球安置区与S磁力球安置区同位对应，可保证上下两层磁力球作用于磁力推靠板时，保证上下两层磁力推靠板一直保持一层伸出一个推靠板时另一层伸出两个推靠板的状态，形成稳定的三角结构作用于井壁，提高效率。

根据上述技术方案，设置有钻井液收集区，可回收曾分流出去作用于推靠装置区的钻井液，节约成本。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明装置为机械装置，不包含任何电子元器件，成本低、耐高温、适用性强、可靠性高。

2.本发明推靠装置利用磁力作用达到更好的防斜效果。

3.本发明包含钻井液收集区域，能够对作用在推靠装置的钻井液进行回收再利用，节约成本。

附图说明

图1为基于磁力的机械式自动垂直钻井防斜钻具整体结构示意图。

图2为钻井液分流区内部示意图。

图3为过流板示意图。

图4为分流板示意图。

图5为上盘阀示意图。

图6为下盘阀示意图。

图7为旋转外筒示意图。

图8为钻井液导流区上接面示意图。

图9为钻井液导流区下接面示意图。

图10为推靠装置区上接面示意图。

图11为推靠装置区下接面示意图。

图12为旋转推靠装置示意图。

图13为旋转推靠装置及推靠板放置示意图。

图14为钻井液收集区示意图。

图中：1.钻井液分流区；2.钻井液导流区；3.推靠装置区；4.钻井液收集区；5.过流板；6.偏重块限位装置；7.转轴；8.偏重块；9.分流板；10.大分流管道；11.小分流管道固定装置；12.小分流管道；13.上盘阀；14.分流区；15.下盘阀；16.接转轴孔；17.过流孔；18.轴承球；19.小分流孔；20.大分流孔；21.常流孔；22.井斜流孔；23.下盘阀主板；24.上接管道；25.上接管道口；26.旋转外筒；27.下接块；28.上接槽；29.下盘阀主板安装区；30.导流槽；31.导流管道；32.连接块；33.上接槽；34.推靠板安装区；35.旋转柱；36.过流孔；37.下接槽；38.过流管道；39.旋转推靠装置；40.旋转叶片；41.旋转孔；42.卡扣；43.磁力球；44.N磁力球安置区；45.S磁力球安置区；46.N磁力推靠板；47.S磁力推靠板；48.上接块；49.钻头连接区；50.旋转环。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

具体的工作原理：如图13所示，上下两层旋转推靠装置39同位对应放置且同步旋转，每个旋转推靠装置39都具有4个N磁力球安置区44，具有2个S磁力球安置区45，N磁力球与S磁力球磁性相反，上层旋转推靠装置39对应N磁力推靠板46，下层旋转推靠装置39对应S磁力推靠板47；未发生井斜时，钻井液从外部流入首先到达钻井液分流区1，钻井液从上端过流板5的过流孔17往下流动，经过偏重块8到达下端过流板5，再由下端过流板5的过流孔17往下流动到达分流板9，这时绝大部分钻井液从分流板9的大分流孔20处经过大分流管道10一直往下流动，最终到达钻井液收集区4，另一小部分钻井液从分流板9的小分流孔19处经过小分流管道12到达上盘阀13的常流孔21，再从常流孔21经过分流区14到达下盘阀15，从下盘阀15的上接管道24到达与下盘阀15的上接管道口25相连通的钻井液导流区2的导流槽30，继续往下流动经过导流管道31冲刷作用于旋转叶片40，此时受到钻井液的冲刷力，旋转叶片40带动整个旋转推靠装置39进行旋转，此时N磁力推靠板46与S磁力推靠板47周期性向外伸出较短距离，并保持“当某一层伸出一个推靠装置时，另外一层一定会伸出两个推靠装置，形成三角形结构”的规律，防止井斜发生，钻井液最后经过过流孔36往下到达钻井液收集区4，与大分流管道10流过的钻井液汇合一起作用在钻头上；当发生井斜时，由于受到重力的影响，偏重块8会向井眼低边自由转动，带偏重块8的转轴7和上盘阀13为刚性连接，偏重块8的偏转会带动转轴7转动，从而带动盘阀13发生自偏转，当偏转到一定角度时，会因偏重块限位装置6的阻挡而停止偏转，此时小分流管道12从连接常流孔21变为连接井斜流孔22，井斜流孔22的开口宽度比常流孔21的开口宽度大，流过井斜流孔22的钻井液流量变大，从而使得作用于推靠装置区3的钻井液冲刷作用加强，旋转推靠装置39的旋转叶片40带动整个旋转推靠装置39转速增加，此时，磁力球43向外滑动距离增加，当滑动到一定距离后，由于受到卡扣42的影响，会停止滑出，此时，N磁力推靠板46与S磁力推靠板47会周期性伸缩并伸出更长的距离作用在井壁上并在井壁上形成三角形结构，且因N磁力推靠板46与S磁力推靠板47磁性相反，互相吸引，作用力更加紧凑，提高了防斜效率。