CN101265786B - 一种气体钻井携岩工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油气田钻井作业的气体钻井高效高安全性携岩工具。它能提高气体钻井的上携岩能力，避免岩屑沉降引起卡钻和其他井下复杂。其技术方案是：工具本体上开有斜切式携岩喷孔，携岩喷孔内部通过螺纹安装有喷嘴；工具本体外表面上安装径向滑动轴承，它与工具本体间放置自润滑密封圈；工具本体与套筒、自润滑密封圈、径向滑动轴承之间形成的腔室内填充石墨；在工具外壳的内表面上吹塑或组装一层减振橡胶套，工具外壳外表面上及喷嘴内表面浇注或轧制一层硬质合金。本发明具有携岩能力强、结构安全可靠、适用性强、对地面泵入要求不高、流体能量损失较小效果；其结构简单，用于气体钻直井、定向井、水平井的岩屑沉降集中井段。

Description

一种气体钻井携岩工具

技术领域

本发明涉及用于油气田钻井的一种气体钻井携岩工具，特别适用于气体钻直井、定向井、水平井的岩屑沉降集中井段。

背景技术

近年来，气体钻井在我国获得迅速发展，已实施约300口直井，在我国实施的气体钻定向/水平井仅一口，岩屑易沉积，引起卡钻事故是气体钻定向井/水平井的主要问题。在气体钻直井、定向井和水平井中，上返流体介质主要是稀疏气固两相流，此上升气流对岩屑的冲击力及气体粘性对岩屑的拖曳力相对泥浆介质较小，所以在气体钻井中岩屑更容易沉积。而在定向井、水平井斜井段和水平段，由于重力方向与流体介质流动方向有夹角甚至垂直，重力在介质流动垂直方向的分量使岩屑向下井壁方向运动，同时此井段的钻具躺于下井壁上，这种偏心环空使该处的过流流体动能总量降低，不足以推动较大颗粒岩屑悬浮移动而在下井壁蠕移，大颗粒岩屑由于重力而向井底方向运动，最终形成岩屑沉积。

有效清除岩屑、净化井眼是气体钻直井、定向井、水平井施工必须首先解决的问题。目前，应对携岩问题主要是增加注气量，但是此方法不能有效的解决该问题。因为：(1)注入量增大后，全井携岩能量有所提高，但在斜井段、定向段、水平段岩屑沉降作用显著，因注入量增加而增加携岩能力不足以完全克服该段的沉降作用；(2)沿程能量损耗几乎同比例增大；(3)对钻具的冲蚀作用也增大。

有效降低钻井施工中岩屑沉积并保证钻具安全对于确保气体钻直井、定向井、水平井的成功非常重要。因此，设计了一种气体钻井高效高安全性携岩工具，该工具能够有效提高外环空内岩屑的运移和悬浮能力，防止岩屑大量沉积，避免发生岩屑沉积卡钻等井下复杂。同时，工具带有低摩擦系数的吸振保护接头，减阻减振性能好，可以有效确保该工具的工作安全性，延长工具使用寿命。

发明内容

本发明的目的是：为提高气体钻井的上携岩能力，避免岩屑沉降引起卡钻和其它井下复杂，特提供一种气体钻井携岩工具。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种气体钻井携岩工具，是由工具本体、自润滑密封圈、减振橡胶套、工具外壳、径向滑动轴承和携岩喷孔组成，其结构特征是：上工具本体7上开有斜切式携岩喷孔9，个数为1～6个，其轴线方向与工具本体轴线方向夹角α即斜切角在5°～60°之间，携岩喷孔的布置形式有轴向式、同周式、分层式的一种形式，携岩喷孔9内部通过螺纹安装有喷嘴6，喷嘴6内表面浇注或轧制一层硬质合金，有效直径即喷嘴内最细部分的直径为2～5mm。上工具本体7外表面上安装径向滑动轴承5，径向滑动轴承5与上工具本体7和下工具本体1之间放置自润滑密封圈2，其基体为厚度2～5mm的金属垫片，垫片上均布有15～40个圆孔，用于填充压制后的石墨。上工具本体7和下工具本体1与套筒8、自润滑密封圈2、径向滑动轴承5之间形成的腔室10内填充石墨；在工具外壳4的内表面上吹塑或组装一层减振橡胶套3，厚度为3～6mm。工具外壳4外表面光滑，其上浇注或轧制一层摩擦系数较低、耐温性较好、防磨效果较好和侧向承载能力高的硬质合金，是钨钴类、钨钛钴类、钨钛钴钽类的一种。

本发明具有的有益效果是：(1)携岩能力强，在工具本体上开有与轴线成定角度的喷孔，喷出的高压气流有效增加易沉屑(斜井段/定向段/水平段)循环介质的总能量，从而有效防止岩屑沉降；(2)结构安全可靠，合理设计壁厚和喷嘴类型及利用吸振橡胶和减抗摩硬质合金组合，有效缓解冲击反向力对强携岩工具的破坏；(3)适用性强，由于喷孔流道设计成斜切入型，所以可适用于转盘转的普通工具，也适用转盘不转的定向钻井工具；(4)对地面泵入要求不高，仅需增加泵入能量的10％，喷孔个数1～6个，每个喷孔的有效直径在2～5mm，合理选择喷孔个数和有效直径的搭配，能够使计算得钻杆内流体能量损失很小。

附图说明

图1是本发明一种气体钻井携岩工具的结构示意图。

图中：1.下工具本体，2.自润滑密封圈，3.减振橡胶套，4.工具外壳，5.径向滑动轴承，6.喷嘴，7.上工具本体，8.套筒，9.携岩喷孔，10石墨储存腔室，11自润滑密封垫片石墨填充孔，α，斜切角。

图2是本发明一种气体钻井携岩工具的截面图。

图3是本发明一种气体钻井携岩工具的自润滑密封垫片的结构示意图。

图4、图5、图6是本发明一种气体钻井携岩工具喷孔的布置形式示意图。

图4为同周式形式，图5为轴向式形式，图6为分层式形式。

具体实施方式

按照图1所示，上工具本体7上开有与轴线成定角度携岩喷孔9，其轴线方向与工具本体轴线方向夹角α即斜切角在5°～60°之间，喷嘴6通过螺纹安装于喷孔9内，利用内外压差从环空内喷出流体介质，有效冲击气体钻直井、定向井、水平井中等岩屑沉降集中井段的上返流体介质，提高钻杆和井壁环空内岩屑的运移和悬浮能力。工具本体外表面上安装径向滑动轴承5，径向滑动轴承5上下两端放置自润滑密封圈2。在工具外壳4的内表面上吹塑或组装一层减振橡胶套3，工具外壳4外表面上浇注或轧制一层摩擦系数较低、耐温性较好、防磨效果较好和侧向承载能力较高的硬质合金。能够有效提高外环空内岩屑的运移和悬浮能力，防止岩屑大量沉积，避免发生岩屑沉积卡钻等井下复杂。同时，工具带有低摩擦系数的吸振保护接头，减阻减振性能好，可以有效确保该工具的工作安全性，延长工具使用寿命。

按照图2、图3所示，此种扶正器的工具外壳4为筒形，其外表面光滑，自润滑密封圈垫片上均布有15～40个圆孔，用于填充压制后的石墨。

按照图4、图5、图6所示，携岩喷孔9其个数1～6个，有轴向式、同周式或分层式三种布置形式，每个喷孔的有效直径在2～5mm，合理选择喷孔个数和喷嘴类型，可有效减小钻杆内流体的压力损失，同时能够有效增强携岩能力。同周式或分层式布置形式能在多个方向推动岩屑上移和提高其在流体介质中的运移和悬浮能力。

Claims (4)

1.一种气体钻井携岩工具，是由工具本体、减振橡胶套、工具外壳、径向滑动轴承、携岩喷孔和自润滑密封圈组成，其特征在于：上工具本体(7)上开有斜切式携岩喷孔(9)，携岩喷孔(9)内部通过螺纹安装有喷嘴(6)，有效直径即喷孔内最细部分的直径为2～5mm；上工具本体(7)外表面上安装径向滑动轴承(5)，径向滑动轴承(5)与上工具本体(7)、下工具本体(1)之间放置自润滑密封圈(2)；上工具本体(7)和下工具本体(1)与套筒(8)、自润滑密封圈(2)、径向滑动轴承(5)之间形成的腔室(10)内填充石墨；在工具外壳(4)的内表面上吹塑或组装一层厚度为3～6mm的减振橡胶套(3)。

2.根据权利要求1所述的气体钻井携岩工具，其特征在于：喷孔(9)轴线与工具本体轴线夹角α即斜切角在5°～60°之间，个数为1～6个，布置形式有轴向式、同周式或分层式的一种形式。

3.根据权利要求1所述的气体钻井携岩工具，其特征是：自润滑密封圈(2)的基体为金属垫片，垫片厚度在2～5mm之间，垫片上均布有15～40个圆孔，用于填充压制后的石墨。

4.根据权利要求1所述的气体钻井携岩工具，其特征在于：工具外壳(4)表面浇注或轧制一层硬质合金；喷嘴(6)内表面浇注或轧制一层硬质合金，其硬质合金是钨钴类、钨钛钴类、钨钛钴钽类的一种。

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