專利名稱：一種偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于油氣井鉆井工程領(lǐng)域，具體涉及一種偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具。
背景技術(shù)：
氣體鉆井是近年來發(fā)展起來的一種可大大提高機械鉆速的新工藝。中國石化在川東北區(qū)塊應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)使井深約6000m井的鉆井周期由原來的1 2年縮短到4 6 個月。但是由于缺乏有效的氣體鉆井井斜控制系統(tǒng)或工具，對氣體鉆井井斜機理認(rèn)識不完全清楚，井斜很難控制?，F(xiàn)場施工過程中，常常由于井斜過大，被迫改為鉆井液鉆井，這樣嚴(yán)重影響了鉆速的進一步提高。為解決這個難題，國內(nèi)外專家就鉆柱力學(xué)、鉆頭設(shè)計、鉆井參數(shù)優(yōu)化等做了大量的研究，同時也設(shè)計了多種垂直鉆井工具及垂直鉆井系統(tǒng)，這些工具已經(jīng)或?qū)榇怪便@井施工起到重要作用，國外Baker Hughes公司推出了 VertiTrak系統(tǒng)，Schlumberger公司推出了 PowerV系統(tǒng)，這些系統(tǒng)已經(jīng)在鉆井施工中發(fā)揮了重要作用?，F(xiàn)有技術(shù)中，中國專禾IjCN2431393、CN2532227、CN101025075、CN101358520、 CN201068734、CN2895695、CN201236628、CN201129141、CN201288505、CN1519455、CN1676862 以及論文“機械式自動垂直鉆井工具的研制”、“自動垂直鉆井工具的理論與技術(shù)研究”、“自動垂直鉆井工具的設(shè)計及自動控制方法”所描述的自動垂直鉆井工具，都有著各自的優(yōu)點， 但也存在各自的局限性，以上工具都只適用于鉆井液鉆井，在氣體鉆井過程中，氣柱壓力、 泵壓、鉆壓內(nèi)外壓差都較低，很難以此壓力開啟垂直鉆井工具的推靠機構(gòu)。其中，專利CN2532227、CN201236628公開了一種利用離心力糾斜的偏重或偏心鉆鋌，其缺陷是一是離心力糾斜受轉(zhuǎn)速、鉆壓和底部鉆具的限制很大，不可避免地影響機械鉆速；二是僅僅依靠鉆具自身的鐘擺力和偏心鉆鋌的重力產(chǎn)生的降斜力非常有限；三是井斜越大反而糾斜力越小。專利CN101451425公開了一種適用于氣體鉆井的分流式自動垂直鉆井工具，通過分流高壓氣體沖擊井壁產(chǎn)生的反作用力實現(xiàn)糾斜；CN101566044公開了一種利用空氣動力學(xué)的自動垂直鉆井工具，利用偏心外筒的類似于飛機機翼的流線型設(shè)計，使工具的上、下兩側(cè)形成氣流壓差，產(chǎn)生推靠力，實現(xiàn)氣體鉆井自動糾斜。這兩個發(fā)明可用于氣體鉆井，但都有局限性，力的來源單一，很難產(chǎn)生較大的糾斜力。國外專利 W0/1996/031679、US 6851489 B2、US 6659201 B2、US 6494272 Bi、US 6213226 BUUS 6216802 BUUS 5484029,US 6769499 B2 及 SPE 文獻 SPE25759、SPE 21905 所公開的工具中，大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且只有US 6851489 B2公開的工具可以用于氣體鉆井，其他均僅適用于鉆井液鉆井。其中，US 6494272 Bl需要安裝專用井斜測量儀器，需要鉆井液循環(huán)產(chǎn)生壓降驅(qū)動翼肋伸縮而推動鉆頭側(cè)向切削井壁，改變井眼軌跡；US 6216802 Bl需要測量井斜，且彎度調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較復(fù)雜；US 5484029,US 6769499 B2需要安裝隨鉆測量系統(tǒng)， 需要精確而復(fù)雜的控制系統(tǒng)。[0008]世界專利說明書W0/1996/031679公開的自動垂直鉆井工具，其結(jié)構(gòu)相對比較簡單。該發(fā)明由一個可自由旋轉(zhuǎn)的心軸(傳遞鉆井破巖的力)和內(nèi)外兩個偏心軸組成，外部的偏心軸的軸向孔偏心，形成的偏重始終讓重的一邊位于井眼的低邊，內(nèi)層的偏心軸的軸向偏心更大，其孔中是驅(qū)動鉆頭的心軸。內(nèi)層偏心軸可由地面控制，使得偏心位置可控，外偏心軸的方向隨之可控，這樣形成鉆頭上方的支點以控制井斜。但控制方法也是相當(dāng)復(fù)雜， 且僅適用于鉆井液鉆井；另外，僅靠偏心力糾斜，偏心力小。SPE 25759介紹的自動垂直鉆井技術(shù)是，通過鉆井液壓力驅(qū)動活塞推向井壁，實現(xiàn)降斜。使用這套垂直鉆井技術(shù)在地層傾角達到60°的地層中，鉆井井斜可以控制在1°以內(nèi)，鉆至6700m時水平位移只有4m，摩阻值小于120kN ；其缺點是由于需要鉆井液壓力驅(qū)動而無法用于氣體鉆井。SPE 21905介紹的技術(shù)被認(rèn)為是邁向更加多功能的自動鉆井系統(tǒng)的第一步，其通過鉆井液壓力驅(qū)動活塞推向井壁，實現(xiàn)降斜；而該技術(shù)的缺點是由于需要鉆井液壓力驅(qū)動而無法用于氣體鉆井。綜上所述，現(xiàn)有的大部分自動垂直鉆井系統(tǒng)無法適應(yīng)氣體鉆井，即使有少量適用于氣體鉆井的工具，它們也難以產(chǎn)生足夠大的降斜力。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，能夠提供足夠大降斜力、適用范圍廣、操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、使用壽命長，實現(xiàn)氣體自動垂直鉆井。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，包括心管1、下接頭3和偏心外筒 2 ；所述心管1和下接頭3均為管狀結(jié)構(gòu)，兩者的中心孔是相通的；下接頭3的上端開有凹口，心管1的下端置于下接頭3上部的凹口內(nèi)，并與下接頭3通過螺紋連接；在所述心管1的上部開有臺肩，偏心外筒2套在心管1外面，其上端面卡在心管1 的臺肩處，下端面頂住下接頭3的上端面；所述偏心外筒2的橫向截面的外輪廓線由半橢圓弧段和半圓弧段平滑連接組成， 半橢圓弧段的短半軸長和半圓弧段的半徑相等，在軸向上，每個橫向截面的外輪廓線的半橢圓弧段的短半軸的長度是相同的，而長半軸的長度是變化的，從偏心外筒2的上端到中下部，長半軸的長度沿軸向是從小逐漸變大的，從偏心外筒2的中下部到下端，長半軸的長度沿軸向是從大逐漸變小的；所述偏心外筒2的縱向?qū)ΨQ截面的外輪廓線由上下兩段直線段、左邊的流線型線段和右邊的直線段封閉而成；所述心管1的外壁上沿軸向分布有一組心管圓弧槽，在偏心外筒2的內(nèi)壁上沿軸向分布有一組外筒圓弧槽，所述心管圓弧槽和外筒圓弧槽一一相匹配構(gòu)成一組沿軸向分布的環(huán)形槽，在所述環(huán)形槽內(nèi)裝有鋼珠5 ；在所述偏心外筒2的每個外筒圓弧槽處開有注油孔，鋼珠5和潤滑油均從所述注油孔裝入環(huán)形槽內(nèi)，裝完后，在注油孔內(nèi)安裝有密封螺釘6 ；在所述心管1下部開有一個環(huán)形的導(dǎo)流槽9，在導(dǎo)流槽9內(nèi)開有與心管1的軸線垂直的氣體分流孔7，所述氣體分流孔7 —端與心管1的內(nèi)孔相通，另一端與導(dǎo)流槽9相通；在所述偏心外筒2的下部開有噴射孔，在縱向?qū)ΨQ截面上，所述噴射孔開在右邊的直線段上； 在噴射孔內(nèi)裝有閥門8 ；閥門8的軸線朝上傾斜；導(dǎo)流槽9與噴射孔相通。所述閥門8為單向閥；從氣體分流孔7分流出來的高壓氣體經(jīng)過所述導(dǎo)流槽9進入閥門8，從閥門8噴向井壁。在所述心管1的臺肩處和偏心外筒2的上端面上均開有環(huán)形槽，兩個環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在所述密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)4 ；在所述下接頭3的上端面和偏心外筒2的下端面上均開有環(huán)形槽，兩個環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)4 ；兩處的密封環(huán)4均用于密封心管1和偏心外筒2之間的潤滑空間。在所述導(dǎo)流槽9內(nèi)開有3個或4個在圓周上均布的氣體分流孔7。所述心管1的上端有內(nèi)螺紋，用于連接其它鉆具。本實用新型的工作原理是本實用新型基于氣體動力學(xué)原理、流固耦合分析方法， 利用偏心外筒2的偏重作用自動感應(yīng)井斜；利用環(huán)空上返氣流推動偏心流線型垂直鉆井工具，產(chǎn)生推靠力，同時利用分流氣體方法，將分流噴射的反作用力調(diào)節(jié)鉆頭側(cè)向力，共同實現(xiàn)自動糾斜，達到垂直鉆井施工的目的。具體來說，當(dāng)井斜產(chǎn)生時，該自動垂直鉆井工具偏心外筒2在重力的作用下，將偏心外筒2較重一側(cè)，也就是流線型外表面的一側(cè)，偏向井眼低側(cè)，而裝有閥孔8的一側(cè)朝向井眼高側(cè)，這時可產(chǎn)生三個降斜力第一個是偏心外筒的重力作用；第二個是偏心外筒的流線型設(shè)計使得高速上返氣流在工具的上、下兩側(cè)形成壓差， 產(chǎn)生推靠力；第三個是由氣體分流孔分流的高速氣體通過閥門射向井壁高側(cè)，對工具產(chǎn)生反作用力。這三個力同時同向傳遞給鉆頭，實現(xiàn)氣體鉆井自動糾斜，達到氣體鉆井自動垂直鉆井的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是(1)本實用新型的操作方便，采用重力感應(yīng)井斜原理進行自動感應(yīng)及自動糾斜，不需增加任何操作；無需鉆井液壓力驅(qū)動，依靠氣體的分流和氣體動力學(xué)原理即可實現(xiàn)降斜， 因此特別適用于氣體鉆井；(2)利用本實用新型同時有三個作用力共同作用，可形成足夠大的糾斜力，且不受轉(zhuǎn)速和鉆壓的限制；同時可通過更換閥門調(diào)節(jié)噴射直徑，調(diào)節(jié)噴射流產(chǎn)生的反作用力；(3)本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單、無需安裝任何儀器，穩(wěn)定性好，采用純機械式結(jié)構(gòu)，使用過程中性能發(fā)揮穩(wěn)定。

圖1是本實用新型偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中的A-A視圖。圖3是圖1中的B-B視圖。圖4是圖1中的C-C視圖。圖5是本實用新型偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具的安裝及氣體流經(jīng)路線示意圖。其中，1為心管，2為偏心外筒，3為下接頭，4為密封環(huán)，5為鋼珠，6為密封螺釘，7 為氣體分流孔，8為閥門，9為導(dǎo)流槽。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述如圖1所示，一種偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，包括心管1、下接頭3 和偏心外筒2 ；所述心管1和下接頭3均為管狀結(jié)構(gòu)，兩者的中心孔是相通的；下接頭3的上端開有凹口，心管1的下端置于下接頭3上部的凹口內(nèi)，并與下接頭3通過螺紋連接；在所述心管1上部開有臺肩，偏心外筒2套在心管1外面，其上端面卡在心管1的臺肩處，下端面頂住下接頭3的上端面；所述偏心外筒2的橫向截面的外輪廓線由半橢圓弧段和半圓弧段平滑連接組成， 半橢圓弧段的短半軸長和半圓弧段的半徑相等，在軸向上，每個橫向截面的外輪廓線的半橢圓弧段的短半軸的長度是相同的，而長半軸的長度是變化的，從偏心外筒2的上端到中下部，長半軸的長度沿軸向是從小逐漸變大的，從偏心外筒2的中下部到下端，長半軸的長度沿軸向是從大逐漸變小的，長半軸的長度最大值出現(xiàn)在偏心外筒2下部四分之一處；偏心外筒2的縱向?qū)ΨQ截面的外輪廓線由上下兩段直線段、左邊的流線型線段和右邊的直線段封閉而成；所述流線型線段的最高點即為上述的長半軸的長度最大值所在處；所述縱向?qū)ΨQ截面的外輪廓線類似于機翼橫截面輪廓線，以此外形可以利用井底高速氣流產(chǎn)生向井眼低邊的推靠向力；所述心管1的外壁上沿軸向分布有一組心管圓弧槽，在偏心外筒2的內(nèi)壁上沿軸向分布有一組外筒圓弧槽，所述心管圓弧槽和外筒圓弧槽一一相匹配構(gòu)成一組沿軸向分布的環(huán)形槽，在所述環(huán)形槽內(nèi)裝有鋼珠5，這樣偏心外筒2與心管1之間為滾動摩擦，就能保證偏心外筒在重力作用下可以將較重一側(cè)轉(zhuǎn)至井眼低側(cè)，這個重力對整套鉆具產(chǎn)生偏向低邊的拉力；在所述偏心外筒2的每個外筒圓弧槽處開有注油孔，鋼珠5和潤滑油均從所述注油孔裝入環(huán)形槽內(nèi)，裝完后，在注油孔內(nèi)安裝有密封螺釘6，所述密封螺釘6是從外側(cè)裝入注油孔內(nèi)的；在所述心管1下部開有一個環(huán)形的導(dǎo)流槽9，在導(dǎo)流槽9內(nèi)開有與心管1的軸線垂直的氣體分流孔7，所述氣體分流孔7 —端與心管1的內(nèi)孔相通，另一端與導(dǎo)流槽9相通；在所述偏心外筒2的下部開有噴射孔，在縱向?qū)ΨQ截面上，所述噴射孔開在右邊的直線段上； 在噴射孔內(nèi)裝有閥門8，閥門8與噴射孔過盈配合；閥門8的軸線朝上傾斜；導(dǎo)流槽9與噴射孔相通。所述閥門8為單向閥；從氣體分流孔7分流出來的高壓氣體經(jīng)過所述導(dǎo)流槽9進入閥門8，從閥門8噴向井壁。在所述心管1的臺肩處和偏心外筒2的上端面上均開有環(huán)形槽，兩個環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在所述密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)4 ；在所述下接頭3的上端面和偏心外筒2的下端面上均開有環(huán)形槽，兩個環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)4 ；兩處的密封環(huán)4均用于密封心管1和偏心外筒2之間的潤滑空間。在所述導(dǎo)流槽9內(nèi)開有3個或4個在圓周上均布的氣體分流孔7，所有氣體分流孔 7均與心管1的軸線垂直，所有氣體分流孔7的一端均與心管1的內(nèi)孔相通，另一端均始終與心管1外側(cè)的環(huán)形導(dǎo)流槽9相通，導(dǎo)流槽9又始終與偏心外筒的噴射孔相通，心管1中分流出來的氣體通過噴射孔噴向井壁產(chǎn)生朝向低邊的反作用力。所述心管1的上端有內(nèi)螺紋，用于連接其它鉆具。本實用新型的自動垂直鉆井工具的裝配步驟如下將心管1、偏心外筒2、密封環(huán)4 及下接頭3依次按圖1裝配，再從偏心外筒2上的注油孔裝入鋼珠5，為保證鋼珠充滿心管 1與偏心外筒2間的環(huán)形槽，邊裝入鋼珠5邊轉(zhuǎn)動偏心外筒2，然后向注油孔內(nèi)注入潤滑油并安裝密封螺釘6。施工前計算所需噴射孔的直徑，并選擇閥門8，將閥門8安裝于偏心外筒2的噴射孔內(nèi)，過盈配合裝配。當(dāng)采用本實用新型進行直井鉆井施工時，根據(jù)氣體動力學(xué)、偏心外筒的外形輪廓及鉆井施工要求計算并調(diào)整氣體排量及氣壓，配制鉆具組合，原則是該自動垂直鉆井工具盡量靠近鉆頭，并在該自動垂直鉆井工具上部安裝穩(wěn)定器，以保證該工具不與井壁相接觸。當(dāng)井斜小于2。時，由于密封環(huán)4、鋼珠5(軸承)存在一定摩擦力，此時偏心外筒 2的偏向是不確定的、隨機的，此時上返氣流作用下對該工具產(chǎn)生的推靠力和分流氣體的反作用力方向不穩(wěn)定，因此該自動垂直鉆井工具不會產(chǎn)生恒定一側(cè)的推靠力，不影響正常鉆進。當(dāng)井斜大于2°時，鉆柱轉(zhuǎn)動時，由于自動垂直鉆井工具的偏心外筒2是偏重的， 在重力作用下，較重的一側(cè)會轉(zhuǎn)向井眼的低側(cè)，此時在井斜平面內(nèi)，工具的輪廓線為類似于機翼橫截面的輪廓線，在高速氣流的作用下，會在該工具的低側(cè)形成一個低壓區(qū)，在工具的上側(cè)(即裝有閥門8的一側(cè))形成一個高壓區(qū)，在壓差的作用下，在工具上形成一個向低邊的推靠力，此力在鉆頭上形成向井眼低側(cè)的側(cè)向力；同時，通過心管1的氣體分流孔7分流出來的高壓氣體經(jīng)過導(dǎo)流槽9進入閥門8，然后噴向高邊的井壁，產(chǎn)生反作用力將工具推向井眼低邊。鉆柱鉆動時，偏心外筒2保持該方向上，推靠力、側(cè)向力始終指向井眼低側(cè)，以此實現(xiàn)自動糾斜，達到垂直鉆井的目的。圖2、圖3和圖4描述的是該自動垂直鉆井工具不同位置處的橫向截面圖，分別為位于偏心外筒2上部、中部及下部的橫向截面圖A-A、B-B、C-C，其中B-B為該偏心外筒2的截面積最大部分，但該截面并非位于偏心外筒2的正中間，而是偏下部分，如此設(shè)計的目的在于模擬機翼橫向截面形狀。這三個截面處于不同位置，但其形狀相似，均由一段橢圓弧與一段圓弧組成，該截面形狀設(shè)計的目的在于既能形成一定的偏心，又能產(chǎn)生一個較為平坦的面，以利于高速上返氣體在該側(cè)形成一個受力面。位于C-C截面處的閥門8的軸線朝斜上方向，如此設(shè)計不僅能在噴射時產(chǎn)生反作用力，而且有助于氣體攜巖作用。該閥門8為單向閥，不僅具有調(diào)節(jié)噴射口大小的作用，而且能在起、下鉆停止循環(huán)時防止井眼內(nèi)雜質(zhì)進入垂直鉆井工具。圖5描述的是本實用新型偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具的安裝及氣體流經(jīng)路線，從圖5中可以看出，為保證該工具不與井壁相接觸，在工具的上部安裝有穩(wěn)定器。該工具對鉆頭形成的側(cè)向力實際上是由三部分構(gòu)成偏心外筒的重力作用；利用空氣動力學(xué)原理在工具兩側(cè)產(chǎn)生的壓差；分流高速氣體射向井壁產(chǎn)生的反作用力，具體來說， 第一部分，是由于工具是偏心的，較重的一側(cè)偏向井眼低側(cè)，傳遞給鉆頭向井眼低邊的側(cè)向力；第二部分，是如上所述由于上返氣流作用形成的壓差，壓差的作用使得工具受到一個向下的推靠力，并傳遞給鉆頭向井眼低側(cè)的側(cè)向力；第三部分，是由閥門8噴向井壁氣流的反作用力，對工具及鉆頭產(chǎn)生另一個向井眼低側(cè)的側(cè)向力。
7[0054]本實用新型主要應(yīng)用于油氣井鉆井工程領(lǐng)域的自動垂直鉆井，特別適用于氣體鉆井。氣體鉆井的機械鉆速較常規(guī)鉆井提高1 5倍甚至更高，因其在提高機械鉆速方面具有明顯的優(yōu)勢而得到了迅速發(fā)展。據(jù)美國能源部統(tǒng)計，美國陸地約30%的油氣井均可采用氣體鉆井技術(shù)來完成。近年來氣體鉆井技術(shù)已被應(yīng)用于淺海大陸架的鉆井作業(yè)，用于潛在漏失層(例如礁相地層)的油氣鉆探。中國于20世紀(jì)60年代開展氣體鉆井試驗，此后通過技術(shù)引進和自主研發(fā)兩種途徑不斷提高氣體鉆井技術(shù)應(yīng)用水平，氣體鉆井技術(shù)的應(yīng)用范圍也逐步擴大。實踐證明，氣體鉆井在解決長段低壓破碎地層的鉆井問題，提高低壓、低滲油氣藏的開發(fā)效益，提高鉆井進度等方面具有獨到的優(yōu)勢，必將得到更大范圍的應(yīng)用。但目前井斜問題是氣體鉆井需要攻克的最重要難題之一，在施工過程中經(jīng)常由于井斜過大而不得不改為鉆井液鉆井，氣體鉆井井斜已嚴(yán)重影響了施工進度。而本實用新型實現(xiàn)了氣體鉆井自動糾斜，達到氣體鉆井自動垂直鉆井的目的，因此，本實用新型具有廣闊的應(yīng)用前景。上述技術(shù)方案只是本實用新型的一種實施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言， 在本實用新型公開了實施方式和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本實用新型上述具體實施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。
權(quán)利要求1.一種偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，其特征在于所述偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，包括心管(1)、下接頭(3)和偏心外筒(2)；所述心管(1)和下接頭(3)均為管狀結(jié)構(gòu)，兩者的中心孔是相通的；下接頭(3)的上端開有凹口，心管(1)的下端置于下接頭(3)上部的凹口內(nèi)，并與下接頭(3)通過螺紋連接； 在所述心管(1)的上部開有臺肩，偏心外筒(2)套在心管(1)外面，其上端面卡在心管 (1)的臺肩處，下端面頂住下接頭(3)的上端面；所述偏心外筒⑵的橫向截面的外輪廓線由半橢圓弧段和半圓弧段平滑連接組成，半橢圓弧段的短半軸長和半圓弧段的半徑相等，在軸向上，每個橫向截面的外輪廓線的半橢圓弧段的短半軸的長度是相同的，而長半軸的長度是變化的，從偏心外筒(2)的上端到中下部，長半軸的長度沿軸向是從小逐漸變大的，從偏心外筒(2)的中下部到下端，長半軸的長度沿軸向是從大逐漸變小的；所述偏心外筒(2)的縱向?qū)ΨQ截面的外輪廓線由上下兩段直線段、左邊的流線型線段和右邊的直線段封閉而成；所述心管(1)的外壁上沿軸向分布有一組心管圓弧槽，在偏心外筒(2)的內(nèi)壁上沿軸向分布有一組外筒圓弧槽，所述心管圓弧槽和外筒圓弧槽一一相匹配構(gòu)成一組沿軸向分布的環(huán)形槽，在所述環(huán)形槽內(nèi)裝有鋼珠(5)；在所述偏心外筒(2)的每個外筒圓弧槽處開有注油孔，鋼珠(5)和潤滑油均從所述注油孔裝入環(huán)形槽內(nèi)，裝完后，在注油孔內(nèi)安裝有密封螺釘(6)；在所述心管(1)下部開有一個環(huán)形的導(dǎo)流槽(9)，在導(dǎo)流槽(9)內(nèi)開有與心管(1)的軸線垂直的氣體分流孔(7)，所述氣體分流孔(7) —端與心管(1)的內(nèi)孔相通，另一端與導(dǎo)流槽(9)相通；在所述偏心外筒(2)的下部開有噴射孔，在縱向?qū)ΨQ截面上，所述噴射孔開在右邊的直線段上；在噴射孔內(nèi)裝有閥門(8)；閥門(8)的軸線朝上傾斜；導(dǎo)流槽(9)與噴射孔相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，其特征在于所述閥門(8)為單向閥；從氣體分流孔(7)分流出來的高壓氣體經(jīng)過所述導(dǎo)流槽(9)進入閥門(8)，從閥門(8)噴向井壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，其特征在于在所述心管(1)的臺肩處和偏心外筒(2)的上端面上均開有環(huán)形槽，兩個環(huán)形槽構(gòu)成密封槽， 在所述密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)(4)；在所述下接頭(3)上端面和偏心外筒(2)的下端面上均開有環(huán)形槽，兩個環(huán)形槽構(gòu)成密封槽，在密封槽內(nèi)裝有密封環(huán)(4)；兩處的密封環(huán)(4)均用于密封心管(1)和偏心外筒(2)之間的潤滑空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，其特征在于在所述導(dǎo)流槽(9)內(nèi)開有3個或4個在圓周上均布的氣體分流孔(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，其特征在于所述心管(1)的上端有內(nèi)螺紋，用于連接其它鉆具。
專利摘要本實用新型提供了一種偏重分流式氣體動力學(xué)自動垂直鉆井工具，屬于油氣井鉆井工程領(lǐng)域。所述工具包括心管(1)、連接在心管(1)下端的下接頭(3)和套在心管(1)外面的偏心外筒(2)，所述偏心外筒(2)為流線型結(jié)構(gòu)，在心管(1)與偏心外筒(2)之間裝有鋼珠(5)；本實用新型操作方便，采用重力感應(yīng)井斜原理進行自動感應(yīng)及自動糾斜，不需增加任何操作；有三個作用力共同作用，可形成足夠大的糾斜力，同時可通過更換閥門可以調(diào)節(jié)噴射直徑，調(diào)節(jié)噴射流產(chǎn)生的反作用力；結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，采用純機械式結(jié)構(gòu)，在使用過程中性能可以穩(wěn)定發(fā)揮。
文檔編號E21B7/10GK202140021SQ20112022269
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者令文學(xué), 楊傳書, 趙金海, 陳會年 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院