钻具扶正短节的制作方法与工艺

本发明涉及井下钻具技术领域，尤其涉及一种能够降磨减扭的钻具扶正短节。

背景技术：
在石油钻井作业中，尤其是在斜井、水平井及大位移井中，由于钻头与地层间相互作用力等复杂力的作用，钻具的钻柱易产生偏斜，影响钻井质量。同时由于钻柱偏斜，将会倚靠在下井壁，钻柱与井壁间的摩擦阻力及周向扭矩将急剧增大，地面设备施加的钻压无法有效传递至钻头处，钻具延伸会自动停止，这不仅降低了钻井效率，而且增加了钻进成本。因此，降磨减扭及防斜打直是钻井作业亟待解决的关键问题。现有的用来降磨减扭的钻具扶正工具，通过与井壁的直接接触进行扶正，同时抵消井壁施加的摩擦阻力及扭矩，虽然在一定程度上起到降摩减扭及扶正的作用，但均无法避免与井壁的直接式接触，钻具扶正工具需要承受来自井壁的摩擦阻力及扭矩。在大斜度井段或研磨性地层中，摩擦阻力及扭矩急剧增大，容易超出钻具扶正工具的性能范围或造成钻具扶正工具的损坏，使钻具扶正工具无法起到有效的降磨减扭及扶正的作用。由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钻具扶正短节，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种钻具扶正短节，该钻具扶正短节能够利用钻井液减少与井壁的直接式接触，能够有效地降磨减扭，提高防斜打直的性能。本发明的目的是这样实现的，一种钻具扶正短节，包括一短节本体，所述短节本体的内部设有上下贯通的钻井液流道，所述短节本体的侧壁上周向均匀固定设置有多个允许钻井液自所述钻井液流道流向所述短节本体外部的单向阀，所述单向阀的径向外侧端部能沿所述单向阀的中心轴伸缩移动。在本发明的一较佳实施方式中，所述单向阀包括阀体，所述阀体的一端设置有与所述钻井液流道连通的入口，所述阀体的内部、靠近所述入口的位置密封套设有能轴向移动、且能密封所述入口的的锥阀芯，所述锥阀芯的内部设置有锥阀芯流道，所述锥阀芯流道的一端与所述阀体的内部连通，所述阀体的内部、远离所述入口的位置密封套设有能轴向移动的先导阀芯，所述先导阀芯的一端套设在所述锥阀芯上，所述先导阀芯的另一端密封通过所述阀体的另一端成为所述单向阀的径向外侧端部，所述先导阀芯的内部设置有先导阀芯流道，所述锥阀芯流道与所述先导阀芯流道相互贯通，所述阀体的另一端的侧壁上设置有能与所述先导阀芯流道连通的出口。在本发明的一较佳实施方式中，所述锥阀芯的一端设置有直径向所述入口方向渐缩的、且能密封所述入口的第一锥段，所述锥阀芯的侧壁上设置有直径增大的第一台阶部，所述锥阀芯的侧壁上位于所述第一锥段与所述第一台阶部之间的位置设置有连通所述锥阀芯流道的第一连通孔，所述锥阀芯位于所述第一台阶部远离所述入口的一侧的侧壁与所述阀体的内壁密封连接；所述先导阀芯的侧壁上设置有连通所述先导阀芯流道与所述出口的第二连通孔。在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体的内部、远离所述入口的一端设置有直径减小的第二台阶部，所述出口设置于所述阀体的另一端与所述第二台阶部之间的侧壁上，所述阀体内部位于所述阀体的另一端面与所述第二台阶部之间设置有先导阀芯过孔，所述先导阀芯的另一端密封通过所述先导阀芯过孔，所述先导阀芯的侧壁上设置有与所述第二台阶部抵靠的第三台阶部。在本发明的一较佳实施方式中，所述锥阀芯的中心处设置有中心管，所述中心管内部设置所述锥阀芯流道，所述中心管远离所述第一台阶部的一端密封套设于所述先导阀芯流道中，所述中心管的外侧设有开口朝向所述先导阀芯的环形容纳凹槽，所述锥阀芯与所述先导阀芯之间套设有弹簧，所述弹簧的一端抵靠于所述环形容纳凹槽的槽底，所述弹簧的另一端抵靠于所述第三台阶部上靠近所述锥阀芯的一侧端面上。在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体包括靠近所述钻井液流道的第一阀体，所述第一阀体的另一端密封连接有第二阀体，所述第一阀体的一端设置所述入口，所述第二阀体的侧壁上设置所述出口。在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体的另一端设置有连接法兰部，所述连接法兰部上设置有连接螺纹孔，所述连接螺纹孔内穿设有固定所述阀体的连接螺钉。在本发明的一较佳实施方式中，所述先导阀芯的另一端为半球状结构。在本发明的一较佳实施方式中，所述短节本体的侧壁上同一轴向位置处设置有两个径向对称的所述单向阀，不同轴向位置设置的多个所述单向阀沿所述短节本体呈周向均匀布置。在本发明的一较佳实施方式中，所述短节本体的侧壁内部设置有短节流道，所述短节流道包括多个轴向流道，每个所述轴向流道与一所述单向阀连通，各所述轴向流道的侧壁上均匀设置有多个连通所述轴向流道与所述短节本体的外部的径向连通孔；各所述轴向流道的下端与所述短节本体的外壁贯通。由上所述，本发明提供的钻具扶正短节，其内部的钻井液通过设置在侧壁的单向阀及短节流道流向其外部的环形空间，有效隔离钻具扶正短节与井壁，减少钻具扶正短节与井壁的直接式接触，从而有效地降磨减扭，提高防斜打直的性能；该钻具扶正短节能够使地面设备施加的钻压正常传递给钻头，使得钻具能够高效钻进，同时卡钻事故减少，钻具的延伸距离增加，提高钻井效率的同时降低了钻井成本。附图说明以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：图1：为本发明的钻具扶正短节100的结构示意图。图2：为图1中A-A剖视图。图3：为图1中B-B剖视图。图4：为本发明的钻具扶正短节100的单向阀2的结构示意图。图5a：为本发明的钻具扶正短节100使用过程中单向阀2接触井壁示意图。图5b：为本发明的钻具扶正短节100使用过程中钻井液流动的示意图。图5c：为本发明的钻具扶正短节100扶正钻杆的示意图。图5d：为本发明的钻具扶正短节100复位前第一种受力情况示意图。图5e：为本发明的钻具扶正短节100复位前第二种受力情况示意图。图5f：为本发明的钻具扶正短节100复位示意图。图中：100、钻具扶正短节；1、短节本体；10、连接接头；11、钻井液流道；12、短节流道；121、轴向流道；122、径向连通孔；2、单向阀；21、阀体；211、入口；212、出口；213、第二台阶部；214、先导阀芯过孔；215、第一阀体；216、第二阀体；217、连接法兰部；2171、连接螺纹孔；2172、连接螺钉；218、第二密封圈；219、第一密封圈；22、锥阀芯；221、锥阀芯流道；222、第一锥段；223、第一台阶部；224、第一连通孔；225、环形容纳凹槽；23、先导阀芯；231、先导阀芯流道；232、第二连通孔；233、第三台阶部；3、弹簧。具体实施方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。如图1、图2、图3所示，本发明提供的钻具扶正短节100，包括一短节本体1，短节本体1的内部设有上下贯通的钻井液流道11，为了便于连接钻杆(现有技术，图中未示出)，短节本体1的内部顶部连接有一连接接头10，在使用过程中，短节本体1通过连接接头10连接钻杆(现有技术，图中未示出)，短节本体1的内部底部螺纹连接钻杆下段或者钻头(现有技术，图中未示出)；短节本体1的侧壁上周向均匀固定设置有多个允许钻井液自钻井液流道11流向短节本体1外部的单向阀2，多个单向阀2可以由多组呈径向对称或周向均匀设置的单向阀2构成，在本实施方式中，单向阀2的数量为4组，每组2个，共计8个；单向阀2的径向外侧端部能沿单向阀2的中心轴伸缩移动。在本实施方式中，短节本体1的侧壁上同一轴向位置处设置一组单向阀2，每组包括两个径向对称的所述单向阀2，不同轴向位置设置的多组所述单向阀2沿短节本体1呈周向均匀布置，单向阀2的径向外侧端部所受到的钻井液的作用力均匀。使用钻具扶正短节100辅助钻井的过程中，钻井液能够通过钻井液流道11、经单向阀2流向钻具扶正短节100与井壁之间的环形空间，一旦单向阀2的径向外侧端部与井壁有接触，在环空钻井液的作用下，单向阀2的径向外侧端部沿中心轴向内移动，并带动钻杆与井壁分离，实现钻具扶正短节100降磨减扭与防斜打直的功能。进一步，如图4所示，单向阀2包括阀体21，阀体21的一端设置有与钻井液流道11连通的入口211，阀体21的内部、靠近入口211的位置密封套设有能轴向移动、且能密封入口211的的锥阀芯22，在本实施方式中，锥阀芯22外壁与阀体21的内壁之间设置有用于密封的第一密封圈219；锥阀芯22的内部设置有锥阀芯流道221，锥阀芯流道221的一端与阀体21的内部连通，阀体21的内部、远离入口211的位置密封套设有能轴向移动的先导阀芯23，在本实施方式中，先导阀芯23外壁与阀体21的内壁之间设置有用于密封的第二密封圈218；先导阀芯23的一端套设在锥阀芯22上，先导阀芯23的另一端密封通过阀体21的另一端成为单向阀2的径向外侧端部，先导阀芯23的内部设置有先导阀芯流道231，锥阀芯流道221与先导阀芯流道231相互贯通，阀体21的另一端的侧壁上设置有能与先导阀芯流道231连通的出口212。进一步，如图4所示，锥阀芯22的一端设置有直径向入口211方向渐缩的、且能密封入口211的第一锥段222，锥阀芯22的侧壁上设置有直径增大的第一台阶部223，锥阀芯22的侧壁上位于第一锥段222与第一台阶部223之间的位置设置有连通锥阀芯流道221的第一连通孔224，锥阀芯22位于第一台阶部223远离入口211的一侧的侧壁与阀体21的内壁密封连接；先导阀芯23的侧壁上设置有连通先导阀芯流道231与出口212的第二连通孔232。进一步，如图4所示，阀体21的内部、远离入口211的一端设置有直径减小的第二台阶部213，出口212设置于阀体21的另一端与第二台阶部213之间的侧壁上，阀体21内部位于阀体21的另一端面与第二台阶部213之间设置有先导阀芯过孔214，先导阀芯23的另一端密封通过先导阀芯过孔214，先导阀芯23的侧壁上设置有与第二台阶部213抵靠的第三台阶部233。先导阀芯23轴向向外移动时，当第三台阶部233与第二台阶部213相抵靠时，先导阀芯23停止轴向移动。进一步，如图4所示，锥阀芯22的中心处设置有中心管220，中心管220内部设置所述的锥阀芯流道221，中心管220的远离第一台阶部223的一端密封套设于先导阀芯流道231中，中心管220的外侧设有开口朝向先导阀芯23的环形容纳凹槽225，锥阀芯22与先导阀芯23之间套设有弹簧3，弹簧3的一端抵靠于环形容纳凹槽225的槽底，弹簧3的另一端抵靠于第三台阶部233上靠近锥阀芯22的一侧端面上。进一步，如图4所示，阀体21包括靠近钻井液流道11的第一阀体215，第一阀体215的另一端密封连接有第二阀体216，第一阀体215的一端设置入口211，第二阀体216的侧壁上设置出口212。第一阀体215和第二阀体216通过螺纹密封连接。进一步，如图1、图3、图4所示，阀体21的另一端设置有连接法兰部217，连接法兰部217上设置有连接螺纹孔2171，连接螺纹孔2171内穿设有固定阀体21的连接螺钉2172。单向阀2通过连接螺钉2172固定于短节本体1的侧壁上。进一步，如图3、图4所示，先导阀芯23的另一端为半球状结构。半球状结构外形圆滑，有利于提高端部的受力均匀性，并且减少了端部磨损井壁的可能性，从而提高了降磨减扭的性能。进一步，如图1、图2所示，短节本体1的侧壁内部设置有短节流道12，短节流道12包括多个轴向流道121(为便于加工，轴向流道121自短节本体1的顶部端面向下设置，一般采用钻削加工)，每个轴向流道121与一单向阀2连通，在本实施方式中，各轴向流道121分别与阀体21上的出口212连通；各轴向流道121的侧壁上均匀设置有多个连通轴向流道121与短节本体1的外部的径向连通孔122；轴向流道121的下端与短节本体1的外壁贯通(圆弧过渡连通)，防止短节流道12中岩屑堆积。钻井液流道11内的钻井液能够通过单向阀2、短节流道12流向钻具扶正短节100与井壁之间的环形空间。使用本发明的钻具扶正短节100进行钻井作业时，首先将钻具扶正短节100安装在钻杆的中下部，下入井中，开始钻井作业。如图5a所示，钻井液流道11中注入钻井液，当先导阀芯23接触井壁时，先导阀芯23压缩弹簧3并向内侧移动，先导阀芯流道231通过第二连通孔232、阀体21上的出口212、短节流道12和钻具扶正短节100外部环形空间连通。同时，如图5b所示，在钻井液流道11中钻井液的作用下，锥阀芯22压缩弹簧3并向外侧移动，锥阀芯流道221通过第一连通孔224、阀体21的内腔与阀体21上的入口211连通。此时，如图5c所示，钻井液通过入口211、锥阀芯流道221、先导阀芯流道231、出口212、短节流道12进入钻具扶正短节100与井壁之间的环形空间，钻井液作用在井壁上，在液力作用下，钻具扶正短节100带动钻柱、钻头与井壁分离，起到降磨减扭与扶正的作用。钻具扶正短节100的复位有两种情况，第一种情况如图5d所示，以流经先导阀芯流道231的钻井液作用在先导阀芯23端部内侧的作用力为F1，以钻具扶正短节100外部环形空间中的液体作用在先导阀芯23端部外侧的作用力为F2，当F1大于F2时，在先导阀芯流道231内钻井液和弹簧3的共同作用下，先导阀芯23沿周向外移复位，先导阀芯流道231与短节流道12断开连接，此时，锥阀芯22内侧端部的两侧所受的液体作用力平衡，在环形容纳凹槽225内弹簧3的作用下，锥阀芯22向内侧移动复位，如图5f所示，第一锥段222密封入口211，阀体21内部与钻井液流道11断开连接。钻具扶正短节100复位的第二种情况如图5e所示，当钻井液的压强小于钻具扶正短节100外部环形空间中的液体压强时，环形空间中的液体进入锥阀芯流道221中，以钻井液流道11中的钻井液作用在锥阀芯22端部的作用力F3，以锥阀芯流道221内的钻具扶正短节100外部环形空间中的液体作用在锥阀芯22端部的作用力F4，当F3小于F4时，钻具扶正短节100外部环形空间中的液体流进先导阀芯流道231、锥阀芯流道221中，在钻具扶正短节100外部环形空间中的液体和弹簧3的共同作用下，锥阀芯22向内侧移动复位，第一锥段222密封入口211，阀体21内部与钻井液流道11断开连接，钻井液不再进入阀体21中；此时，先导阀芯23外端部的两侧所受的液体作用力平衡，在弹簧3的作用下，先导阀芯23沿周向外移复位，先导阀芯流道231与短节流道12断开连接。由上所述，本发明提供的钻具扶正短节，其内部的钻井液通过设置在侧壁的单向阀及短节流道流向其外部的环形空间，有效隔离钻具扶正短节与井壁，避免钻具扶正短节与井壁的直接式接触，从而有效地降磨减扭，提高防斜打直的性能；该钻具扶正短节能够使地面设备施加的钻压正常传递给钻头，使得钻具能够高效钻进，同时卡钻事故减少，钻具的延伸距离增加，提高钻井效率的同时降低了钻井成本。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。