本发明涉及一种石油天然气钻井井下工具，特别是一种用于定向井、大位移井、水平井定向钻井作业中的钻杆防磨减阻器。
背景技术：
随着陆地上在浅层中的石油资源日渐枯竭，全球越来越多的油气田增产依赖于大位移井和水平井，且随着页岩气开采规模逐渐扩大，大位移井和水平井具有诸多优势和市场前景。但是在大位移井、水平井钻进过程中，下部钻具受到很大的摩阻，导致钻进过程中扭矩和能量大幅损耗，送钻困难，同时钻杆与套管之间的磨损会导致钻杆过早失效，钻杆扭矩过高甚至会导致钻具断裂，造成井下事故，另一方面，套管严重磨损会影响固井质量，甚至造成不必要的井下油气资源泄漏。
为了减小钻杆与套管之间的摩擦磨损，目前通常采用的方法有：在钻杆与钻杆之间加装轴承短节、减扭接头、防磨接头等，或者使用钻杆保护器。但是由于轴承短节、减扭接头和防磨接头是连接在钻杆与钻杆接头之间，因此必须考虑螺纹扣的问题，使用的局限性较大，且增加了钻柱的不稳定因素；钻杆保护器虽然不需要外加接头，对连接和使用场合没有特定的要求，但是都是使用低摩擦系数材料与套管接触摩擦，虽然在一定程度上能降低摩阻，减小磨损，但是防磨套与套管之间仍然存在相对运动，磨损依然存在。
基于此，为了有效应对长水平段或大位移井段的钻井挑战，针对复杂高难度钻井过程中钻具过度磨损及钻进高扭矩问题，我们提出了一种钻杆防磨减阻器，钻杆防磨减阻器能够适应更恶劣的井下环境，它附着在钻杆外壁上，内部夹具加紧固定在钻杆管体，同时外套筒与内部夹具周向连接在一起。在钻井作业过程中，内部夹具随着钻柱旋转，而外套筒保持静止，避免井筒壁和钻柱之间的接触摩擦，防止套管和钻柱磨损，降低扭矩传递过程中的损耗。
技术实现要素：
为了降低油气开采钻井时钻柱系统的磨损，减小扭矩损耗，避免钻杆与套管之间的接触摩擦磨损，并且不需要外加接头，不影响钻柱系统的稳定性，本发明提出了一种钻杆防磨减阻器。本发明的防磨减阻器在工作过程中，内部夹具夹持锁紧在钻杆管体上，并随着钻柱一起相对于外套筒旋转，外套筒保持静止，避免了井壁或套管壁与钻柱之间的接触摩擦，降低钻井过程中的扭矩损耗，防止套管与钻柱之间的磨损，且钻井液能起到润滑降温的作用，内部夹具与外套筒内壁之间形成的流道可以分离钻井液中的大颗粒泥砂。
本发明的技术方案是：钻杆防磨减阻器，其特征在于，所述钻杆防磨减阻器从内到外依次为内部夹具、外套筒、螺栓，所述钻杆防磨减阻器包含至少两个内部夹具，内部夹具包含多个周向连接的弧形夹具以及连接弧形夹具的连接件，弧形夹具包含夹具第一组件、夹具第一结构构件、径向磨损件、连接构件、夹具中间结构构件、夹具中间组件、夹具第二组件和夹具第二结构构件，连接件包含双头螺柱、螺母、锁紧杆、锁紧螺栓、锁紧螺母，内部夹具由双头螺柱和螺母对弧形夹具组件进行轴向和周向联接紧定而成；内部夹具附着于钻杆外壁，通过锁紧杆、锁紧螺栓、锁紧螺母将内部夹具夹紧固定在钻杆管体，外套筒通过螺栓与内部夹具周向联结；内部夹具夹持并固定在钻杆的指定位置，工作时，内部夹具随着钻杆一起转动，外套筒的外壁和套管接触，外套筒不旋转；内部夹具沿周向开设12个轴向通孔，且这12个通孔4个一组，每组呈110°均匀分布，第一组件、夹具中间组件和夹具第二组件上端面均开设凹槽，径向磨损件径向外端面为弧面，径向磨损件外径略大于内部夹具中弧形夹具的外径，所述外套筒设有内台阶，外套筒轴向两端设有锥面和螺纹孔，外套筒外壁面设有两个轴向开口槽；外套筒轴向两端内壁面与钻杆间设有间隙，外套筒中间部位与内部夹具间设有间隙，且前两者之间的间隙略大于后两者之间的间隙，外套筒的外径略大于钻杆接头的直径，外套筒外壁开口槽处安装耐磨条。
本发明的效益是：（1）本发明能大幅降低钻进过程中的扭矩和能量的损耗，避免钻柱与套管之间的磨损，有效解决复杂高难度钻井过程中钻柱过度磨损及钻进高扭矩问题；（2）本发明在钻井作业过程中，不需要外加接头，不会影响钻柱的稳定性，能适应更恶劣的井下环境；（3）本发明的内部夹具与外套筒以类似于滑动轴承的方式运动，钻井液能起到润滑降温的作用，并且内部夹具与外套筒内壁形成的流道能分离钻井液中的大颗粒泥砂，保证相对滑动的可靠性。
附图说明
图1为本发明的安装示意图。
图2为内部夹具的结构示意图。
图3为外套筒装配图。
图4为外套筒横截面图。
图5为本发明内部夹具和外套筒安装示意图。
图6为本发明的结构示意图。
在附图中各附图标记的含义如下：10.钻杆，20.内部夹具，30.外套筒，40.螺栓，201.夹具第一组件，202.夹具第一结构构件，203.径向磨损件，204.连接构件，205.夹具中间结构构件，206.夹具中间组件，207.双头螺柱，208.螺母，209.夹具第二组件，210.夹具第二结构构件，211.锁紧杆，212.锁紧螺栓，213.锁紧螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1示意性地展示了根据本发明的一个实施例钻杆防磨减阻器的安装示意图。根据本发明的钻杆防磨减阻器特别适用于大位移井和水平井。
如图1所示，本实施例的钻杆防磨减阻器从内到外包含至少两个内部夹具20、外套筒30、螺栓40。所述内部夹具20包含多个周向连接在一起的弧形夹具和连接件，所述弧形夹具包含夹具第一组件201、夹具第一结构构件202、径向磨损件203、连接构件204、夹具中间结构构件205、夹具中间组件206、夹具第二组件209、夹具第二结构构件210；所述连接件包含双头螺柱207、螺母208、锁紧杆211、锁紧螺栓212、锁紧螺母213。内部夹具20中的弧形夹具开设轴向的通孔，所述第一组件201、夹具中间组件206、夹具第二组件209的上端面开设凹槽。本实施例中，弧形夹具组件通过双头螺柱207和螺母208轴向和周向连接组成内部夹具20，弧形夹具的通孔用于安装双头螺柱207，第一组件201、夹具中间组件206、夹具第二组件209上端面的凹槽放置螺母208，内部夹具20夹持在钻杆10管体外壁，通过锁紧杆211、锁紧螺栓212和锁紧螺母213夹紧固定在钻杆10管体；外套筒30通过螺栓与内部夹具20周向联结。
在钻井作业过程中，内部夹具随着钻柱一起转动，而外套筒与套管接触，并保持静止，并且由于外套筒的外径略大于钻杆接头的直径，从而避免了井筒壁或套管壁与钻柱之间的接触摩擦，防止套管和钻柱磨损。
在一个优选实施例中，如图2所示，径向磨损件203的外径略大于内部夹具20中的弧形夹具组件，且径向磨损件203的径向外端面为弧形面，径向磨损件203由低摩擦系数材料制成。这样，内部夹具20与外套筒30之间以类似于滑动轴承的方式运动，且摩擦系数很小。
在一个优选实施例中，如图3和图4所示，外套筒30的外壁设有至少两个轴向的开口槽，开口槽安装耐磨条，以增大外套筒30与套管之间的摩擦力，使内部夹具20与外套筒30之间更容易相对旋转，进而减小对套管和钻柱的磨损。
优选地，外套筒30的外径大于钻杆10接头的外径，小于套管的内径。这样，能有效避免钻杆10与套管之间接触摩擦，且泥浆能顺利通过外套筒30与套管之间的环空。
在一个优选实施例中，如图5所示，外套筒30中间部位的内径略大于内部夹具20的外径，外套筒30两端内壁与钻杆10的间隙略大于外套筒30中间部位内壁与内部夹具间的间隙，以保证外套筒30与内部夹具20之间能相对旋转。
作为一个优选的实施例，内部夹具20与外套筒30的内壁形成的流道，能有效地分离泥浆中的大颗粒泥砂，同时泥浆能起到润滑降温的作用，保证内部夹具20与外套筒30相对滑动的可靠性。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。