專利名稱：一種氣體鉆井專用穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油、天然氣及地質(zhì)鉆井的井下工具，特別是適用于石油鉆 井中利用氣體為循環(huán)介質(zhì)鉆井時的氣體鉆井專用穩(wěn)定器，該穩(wěn)定器也適用于流體為循環(huán)介 質(zhì)鉆井中。
背景技術(shù)：
隨著石油天然氣勘探開發(fā)力度的進一步加大，為提高勘探開發(fā)速度、保護儲層，氣 體鉆井技術(shù)已在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。但是在氣體鉆井實施過程中，避免或大幅緩解 穩(wěn)定器入出口端的巖屑粒子發(fā)生反射、沉降成為急需解決的難題。若使用常規(guī)穩(wěn)定器，巖屑 粒子在穩(wěn)定器入出口端發(fā)生明顯反射、沉降(關(guān)鍵點效應(yīng))。因此，目前在氣體鉆井過程中， 為降低井下卡鉆風險，常常不加穩(wěn)定器，這又將會給氣體鉆井井身質(zhì)量控制帶來很大難度。穩(wěn)定器是石油鉆井中必不可少的工具之一，在水平井等復雜結(jié)構(gòu)井的鉆井中，當 氣體攜帶著巖屑在環(huán)空中返至穩(wěn)定器頂部時，從能量觀點看，由于環(huán)空面積突然擴大及氣 體具有較強的可壓縮性，在該處有一個較大的能量損失，氣體壓力、密度都有一個突降，在 此點(關(guān)鍵點)附近將出現(xiàn)對巖屑粒子的最小舉升力，以至巖屑在下井壁滯留、堆積。一旦 出現(xiàn)上述狀況，將不僅造成井眼不通暢，且極有可能導致鉆柱卡鉆，甚至鉆進無法繼續(xù)。現(xiàn)有技術(shù)中此類用于氣體鉆井穩(wěn)定器已有專利文獻予以批露中國專利 CN1644870A(2005年7月27日公布)描述了一種氣體鉆水平井用的穩(wěn)定器，該穩(wěn)定器對螺 旋流道做了創(chuàng)新。但經(jīng)流體數(shù)值模擬仿真發(fā)現(xiàn)，該穩(wěn)定器的出口處巖屑粒子發(fā)生明顯沉降 甚至出現(xiàn)漩渦，為了降低氣體鉆井發(fā)生井下事故風險，此類穩(wěn)定器難以應(yīng)用于水平井等復 雜結(jié)構(gòu)井施工過程中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了有效解決或大幅緩解穩(wěn)定器入口端的巖屑粒子反射以及穩(wěn) 定器出口端螺旋棱“關(guān)鍵點”處巖屑粒子的沉降問題，特提供一種氣體鉆井專用穩(wěn)定器。該 穩(wěn)定器基于氣固兩相流理論和數(shù)值模擬技術(shù)，優(yōu)化出的燕尾槽形的流道入出口和零端面厚 度的螺旋棱復合結(jié)構(gòu)可以有效解決或緩解穩(wěn)定器入出口端的巖屑粒子反射和沉降問題。為了達到上述目的，本發(fā)明解決此問題所采用的技術(shù)方案是一種氣體鉆井專用 穩(wěn)定器，主要由穩(wěn)定器本體、螺旋棱、流道槽組成，其特征在于螺旋棱與穩(wěn)定器本體下、上 兩端用具有平滑過渡斜面或圓面的入口導流坡面和出口導流坡面連接；流道槽的橫截面形 狀為燕尾形，燕尾形結(jié)構(gòu)起于入口導流坡面端面止于出口導流坡面端面，具有寬出口的結(jié) 構(gòu)，流道槽出口 口徑大于中部窄通道口徑。該穩(wěn)定器入口導流坡面和出口導流坡面的端面 厚度均為零，無凸臺。入口導流坡面和出口導流坡面均采用三角形或圓弧形表面輪廓。該 結(jié)構(gòu)促使氣體、巖屑粒子近乎于無阻礙的進入入口導流坡面并經(jīng)中部窄通道加速產(chǎn)生高速 螺旋狀流動，沖刷穩(wěn)定器出口處其它靜止巖屑粒子，最后無明顯沉降的流出出口導流坡面。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1)可使巖屑粒子近乎于無阻礙的進入及無明顯沉降的流出穩(wěn)定器；2)燕尾形流道槽不僅使流體產(chǎn)生螺旋狀流動，而且增大了的過 流面積，使流體更加順暢地通過穩(wěn)定器；3)中部窄通道可對氣體、巖屑粒子進行加速，速度 峰值提高2 3倍；4)同時，降低巖屑粒子在環(huán)空下井壁的體積分數(shù)，使巖屑粒子均勻分布 于環(huán)空中。本發(fā)明是涉及利用氣體為循環(huán)介質(zhì)鉆井時的專用穩(wěn)定器，也適應(yīng)于流體為循環(huán) 介質(zhì)鉆井中。本發(fā)明是在保證常規(guī)穩(wěn)定器工具性能的基礎(chǔ)上，可以有效解決或大幅緩解穩(wěn)定器 入口端的巖屑粒子反射以及穩(wěn)定器出口端螺旋棱“關(guān)鍵點”處巖屑粒子的沉降問題的氣體 鉆井專用穩(wěn)定器，且結(jié)構(gòu)簡單，適用性強。


圖1是本發(fā)明氣體鉆井專用穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是常規(guī)穩(wěn)定器的流道槽示意圖；圖3是CN1644870A披露的穩(wěn)定器的流道槽示意圖；圖4是本發(fā)明穩(wěn)定器的流道槽示意圖；圖5是垂直于傳統(tǒng)穩(wěn)定器螺旋流道槽方向的截面示意圖；圖6是垂直于本發(fā)明螺旋流道槽方向的截面示意圖；圖7是本穩(wěn)定器工作時巖屑粒子的運移軌跡示意流圖。圖中，1穩(wěn)定器本體，2螺旋棱，3流道槽，4入口導流坡面，5出口導流坡面，6硬質(zhì)
口巫ο
具體實施例方式結(jié)合圖1對其發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明所述的用于氣體鉆井專用穩(wěn)定器主要 由穩(wěn)定器本體1、螺旋棱2、流道槽3組成，穩(wěn)定器本體1為一管狀構(gòu)件，兩端分別用公扣、母 扣與鉆具螺紋聯(lián)接。螺旋棱2與穩(wěn)定器本體1下、上兩端用具有平滑過渡斜面或圓面的入 口導流坡面4和出口導流坡面5連接，入口導流坡面4和出口導流坡面5的端面厚度為零， 無凸臺。流道槽3的橫截面形狀為燕尾形，該燕尾形結(jié)構(gòu)貫穿整個流道槽，流道口徑由寬變 窄，再由窄變寬，流道出口 口徑大于中部窄通道口徑，螺旋棱2表面鑲有硬質(zhì)合金6。對比圖2、圖3、圖4，本發(fā)明流道槽3的橫截面為燕尾形結(jié)構(gòu)，增大了穩(wěn)定器的過流 面積，降低了流體流出穩(wěn)定器前后環(huán)空面積變化的急劇程度，經(jīng)過中部窄通道加速后的流 體，速度峰值提高2 3倍，具有高動能的螺旋狀流體流出穩(wěn)定器時，由于流道出口 口徑大 于中部窄通道口徑，會沖刷穩(wěn)定器出口處沉降的巖屑，從而減小巖屑粒子在螺旋棱2 “關(guān)鍵 點”處發(fā)生沉降的體積分數(shù)。對比圖5、圖6，本發(fā)明的燕尾形流道槽結(jié)構(gòu)起于入口導流坡面4端面止于出口導 流坡面5端面，增大了穩(wěn)定器的過流面積，降低了巖屑粒子流經(jīng)穩(wěn)定器前后的動能損耗。參看圖7，經(jīng)兩相流數(shù)值模擬仿真發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明可以有效解決或大幅緩解穩(wěn)定 器入口端的巖屑粒子反射以及穩(wěn)定器出口端螺旋棱2“關(guān)鍵點”處巖屑粒子的沉降問題。常 規(guī)穩(wěn)定器螺旋棱入口處巖屑粒子反射程度大，在螺旋棱出口“關(guān)鍵點”處漩渦明顯。本文披 露的穩(wěn)定器螺旋棱入口處巖屑粒子反射程度有所減緩，但在螺旋棱2“關(guān)鍵點”處仍有漩渦。起下鉆時，具有平滑過渡斜面或圓面表面特征的入口導流坡面4和出口導流坡面5具有很好的引導作用，可以減少遇阻、卡鉆等風險。螺旋棱2上鑲有的硬質(zhì)合金6具有耐 磨和重復破碎巖屑的功能。
權(quán)利要求
1.一種氣體鉆井專用穩(wěn)定器，由穩(wěn)定器本體(1)、螺旋棱(2)、流道槽(3)組成，其特征 在于螺旋棱(2)與穩(wěn)定器本體(1)下、上兩端用具有平滑過渡斜面或圓面的入口導流坡面 (4)和出口導流坡面(5)連接；流道槽(3)的橫截面形狀為燕尾形，燕尾形結(jié)構(gòu)起于入口導 流坡面(4)端面止于出口導流坡面(5)端面，具有寬出口的結(jié)構(gòu)，流道槽(3)出口口徑大于 中部窄通道口徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井專用穩(wěn)定器，其特征在于入口導流坡面(4)和出 口導流坡面(5)的端面厚度均為零，無凸臺；入口導流坡面(4)和出口導流坡面(5)均采用 三角形或圓弧形表面輪廓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于石油、天然氣及地質(zhì)鉆井的氣體鉆井專用穩(wěn)定器。它能有效解決或大幅緩解穩(wěn)定器入口端的巖屑粒子反射及出口端螺旋棱“關(guān)鍵點”處的沉降問題。其技術(shù)方案是螺旋棱與穩(wěn)定器本體下、上兩端用具有平滑過渡斜面或圓面的入口導流坡面和出口導流坡面連接；流道槽的的橫截面形狀為燕尾形，燕尾形結(jié)構(gòu)起于入口導流坡面端面止于出口導流坡面端面，具有寬出口的結(jié)構(gòu)，流道槽出口口徑大于中部窄通道口徑。入口導流坡面和出口導流坡面端面厚度為零，無凸臺，兩坡面均采用三角形或圓弧形表面輪廓。本發(fā)明可有效解決或緩解穩(wěn)定器入出口端的巖屑粒子反射及沉降，結(jié)構(gòu)簡單、適用性強，用于氣體或流體為循環(huán)介質(zhì)的鉆井中。
文檔編號E21B17/10GK102003151SQ20101050587
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者劉少胡, 孫超, 祝效華 申請人:西南石油大學