CN101641491B - 具有螺旋形狭槽的定距支座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于连接至地层钻井设备中的钻柱并与该钻柱一起旋转的定距支座(1)，该钻井设备被设置用来供应磨蚀流体的射流，以便通过利用磨蚀除去地层物质而提供钻孔(4)，该定距支座包括具有腔室(13)的壳体，该腔室基本上旋转对称并用于面向地层物质，且该定距支座包括被设置用来在所述腔室内排放磨蚀流体的射流的喷嘴(10)，所述壳体包括至少一个用来允许磨蚀流体离开腔室的狭槽(18)。狭槽在壳体外表面上连续地延伸，以抵制包含在磨蚀流体中的颗粒的滚动。
Description
技术领域
本发明涉及一种定距支座(distance holder)，所述定距支座用于连接至地层钻井设备的钻柱并与该钻柱一起旋转，该钻井设备被设置用来供应磨蚀流体的射流，以便通过利用磨蚀除去地层物质而产生钻孔，该定距支座包括具有腔室的壳体，该腔室基本上是旋转对称的并且用于面向地层物质，且该定距支座包括被设置用来在所述腔室内排放磨蚀流体的射流的喷嘴，所述壳体包括至少一个用来允许磨蚀流体离开腔室的狭槽。
背景技术
这样的定距支座公开于WO-A-2005/040546中。借助于配备该类型的定距支座的地层钻井设备，钻孔底部可被包括在高速排放的磨蚀流体内的磨粒(磨蚀颗粒)磨蚀。由于喷嘴的定向，在钻孔底部形成了圆锥体。磨蚀流体撞击所述圆锥体，对其进行进一步又进一步的磨蚀。流体经狭槽从腔室排出，并且紧接着，流体被迫沿着定距支座的外部向上流动，进入钻柱和钻孔壁之间的环形空间。借助于包含在地壳钻井设备内的磁体，磨粒被从流体中析出，并被送回到喷嘴以便进行进一步的磨蚀作用。
但是，圆锥体的形状以及流体撞击所述圆锥体的方式可削弱钢制磨粒的析出。钢制磨粒具有沿形成在钻孔底部上的圆锥体的斜面滚动的趋势。这样，这些钢制磨粒的旋转速度可超过60000rpm。钢制磨粒继续以这种高速旋转，同时沿着地壳钻井设备，特别是沿着其包含磁体的那一部分向上行进。磨粒的旋转具有切向定向。滚动的磨粒与钻孔壁的接触进一步引起切向定向的旋转效应。包含铁磁性和导电性材料的磨粒的所述旋转降低了磁场向磨粒的渗透。这将导致磁力分离器施加在钢制磨粒上的磁力减小。例如，在钢制磨粒的直径为1mm时，磁吸引力的损失将变得非常明显。在磁力分离器的位置处，磨粒的向上速度和旋转速度的结合将使得由磁力分离器产生的磁场的有效作用降低。因此，削弱了钢制磨粒从流体中的析出。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种前述类型的定距支座，它具有更好的钢制磨粒析出作用。所述目标是通过狭槽在壳体外表面上连续地延伸而实现的。
狭槽在壳体外侧上的连续延伸具有多种效果。该狭槽首先可产生不同于竖直向上定向的流动路径的流动路径。相反，与钻孔壁和狭槽壁碰撞的钢制磨粒可经受与切向定向不同的定向的旋转冲击。在这种情况下，切向定向的滚动效应将不会得到促进，而是将减小。
此外，根据狭槽的选定形状，钢制磨粒的行进路径大体上将变得更长。因此，旋转的钢制磨粒将更长时间地经受流体的减速阻力效应的作用，这将进一步降低其旋转速度。
在实际中，本发明可通过多种方式来实现。如果壳体在其轴向最外部包括裙部，狭槽可设在所述裙部内。狭槽于是在裙部的外侧延伸。在一个优选实施例中，狭槽在裙部的外表面上螺旋延伸。因此，可得到流体和钢制颗粒的主要的螺旋流动，并且所述颗粒在到达磁力分离器之前，可得到较长的行进路线。这进一步降低了钢制磨粒的旋转速度和行进速度，并且因此改进了磁力分离器的析出效应。在滚动的钢制磨粒与钻孔底部撞击后，它们径向向外移动。借助于该狭槽，流动弯曲成圆周方向。
如果裙部的外横截面尺寸大于与所述裙部邻接的壳体部分的外横截面尺寸，在磁力分离器所在位置处，钢制磨粒的旋转速度和行进速度可进一步降低。流体在离开狭槽后将进入到较宽的空间。向较宽的空间的转移将降低钢制磨粒的行进速度，这对于从流体流中析出钢制磨粒是有利的。优选地，裙部设有定位在从喷嘴排出的流体射流路径中的偏转器(deflector)。借助于该偏转器，可促使流体流入到狭槽的方向。
关于这一点，偏转器的定向是很重要的。当从圆周方向观察时，如果所述偏转器在与裙部邻接的端部和与狭槽邻接的端部之间延伸，则偏转器的作用会得到增强。而且，裙部优选具有外表面和内表面，在与裙部邻接的端部附近或该处，偏转器与旋转轴之间的距离约等于狭槽内表面的半径，并且，在与狭槽邻接的端部处或附近，偏转器与旋转轴之间的距离约等于狭槽外表面的半径。
而且，当从圆周方向观察时，偏转器的尺寸可约等于偏转器所在位置处由喷嘴流出的磨蚀流体射流的宽度。这样的尺寸对于在期望的方向上偏转全部的磨粒射流是合适的。
因此，根据本发明，提供了一种用于连接至地层钻井设备中的钻柱并与该钻柱一起旋转的定距支座，该钻井设备被设置用来供应磨蚀流体的射流，以便通过利用磨蚀除去地层物质而提供钻孔，该定距支座包括具有腔室的壳体，该腔室基本上旋转对称并用于面向地层物质，且该定距支座包括被设置用来在所述腔室内排放磨蚀流体的射流的喷嘴，所述壳体包括至少一个用来允许磨蚀流体离开腔室的狭槽，狭槽在壳体外表面上连续地延伸，并且壳体在其轴向最外端包括裙部，狭槽设置在所述裙部内，其特征在于，狭槽在裙部的外表面上螺旋地延伸。
可选地，狭槽包括裙部的中断部，狭槽的螺旋延伸部连接至所述中断部。
可选地，裙部的外横截面尺寸大于与所述裙部邻接的壳体部分的外横截面尺寸。
可选地，狭槽的螺旋延伸部在由与裙部邻接的壳体部分的外表面限定的空间内敞开。
可选地，裙部设置有定位在从喷嘴排放的流体射流的路径中的偏转器。
可选地，偏转器与狭槽邻接。
可选地，当从圆周方向观察时，偏转器在与裙部邻接的端部和与狭槽邻接的端部之间延伸。
可选地，裙部具有外表面和内表面，在与裙部邻接的端部附近或该处，偏转器与旋转轴之间的距离约等于狭槽内表面的半径，并且，在与狭槽邻接的端部处或附近，偏转器与旋转轴之间的距离约等于狭槽外表面的半径。
可选地，偏转器包括至少一个板。
可选地，偏转器包括碳化钨。
可选地，沿圆周方向观察时，偏转器的尺寸约等于在偏转器所在位置处从喷嘴流出的磨蚀流体射流的宽度。
可选地，腔室具有喇叭形的内表面。
可选地，喇叭形表面包括径向延伸的凹部，喷嘴在所述凹部内排放。
可选地，喷嘴相对于旋转轴倾斜地定向，以使得磨蚀流体的射流与钻孔轴相交。
附图说明
下面将参照示于附图中的例子对本发明作进一步的描述。
图1是根据本发明的地壳钻井设备的侧视图(部分剖开)。
图2示出了相对的侧视图。
图3是从定距支座的下方观察的透视图。
图4是该定距支座的另一个透视图。
图5是该定距支座的底视图。
图6是在现有技术的地壳钻井设备中发生的磨粒滚动的示意图。
具体实施方式
图1和2所示的地壳钻井设备2容纳在地层5中的钻孔4内，并包括定距支座1和钻柱(未示出)，它们一起可绕旋转轴3旋转。钻柱2从地层5的表面处的钻机悬垂下来，还包括压力管6，借助于该压力管，钻井液可供给至喷嘴10，喷嘴10在图1的局部剖开视图中可见。该钻井设备还包括磁力分离器9，磁力分离器9包括容纳在磁体壳体8内的磁体7。
钢制磨粒11在磁力分离器9的水平处从钻井液中析出。在磁力分离器9的磁体7的磁场影响下，钢制磨粒被吸引到磁体壳体8的表面上。由于磁体壳体8的形状向喷嘴10的入口12逐渐变细，并且特别是由于由磁体7产生的磁场，磁体壳体8上的钢制磨粒11被吸向喷嘴的入口12。接着，所述钢制磨粒通过由于高速流体而产生于喷嘴喉部的负压被吸至所述入口内。
所述喷嘴10在腔室13内，特别是其凹部23内排放与钢制磨粒混合的钻井液。所述腔室13容纳在定距支座壳体22内，并具有喇叭形上部14和基本上圆筒形的裙部15。流体/颗粒混合体产生圆锥形的下孔底部16。这样，一旦钻井液/颗粒混合体在底部圆锥体16的斜面上产生冲击，颗粒11可获得绕在下孔坐标系内切向定向的轴线的转动。这种效应示意性地示于图6中，该图中省略了定距支座。该转速可超过60000rpm。在达到底部的最底部分后，钢制磨粒的方向反向为向上，从而使得切向旋转也能起一定作用。
当进一步向上行进时，旋转的钢制磨粒11到达由磁力分离器9产生的磁场中。在现有技术的钻井设备中，由于钢制磨粒的高转速，所述磁场不能穿透该钢制磨粒。因此，钢制磨粒11从流体中的析出成功性较差，这将导致大量钢制磨粒需经流体循环系统输送。但是，从对系统的磨损方面来看，这是非常不合乎需要的。而且，由于导致底部附近缺乏磁性磨粒，这将对孔的形成造成负面影响。
因此，根据本发明，采用一定技术手段来防止高转速的钢制磨粒绕过磁力分离器9。这些技术手段包括狭槽18的螺旋形部分17，狭槽18还包括狭槽部分19，流体/颗粒混合体可经由该狭槽部分19离开腔室13。在对地层磨蚀后，所述混合体到达狭槽部分19，并且向螺旋形狭槽部分17弯曲，如图1和5所示。流动方向的这种改变可由偏转器20，例如碳化钨板的定向来促进。所述偏转器20在其与狭槽部分19交界的侧面与旋转轴10之间的距离D1大于偏转器20在其与狭槽部分19交界的侧面相对的另一个侧面与旋转轴10之间的距离D2。如图5所示，偏转器20的倾斜定向使得流体/颗粒流能转向狭槽18。
在所述狭槽18的流动路径上，钢制磨粒11与和狭槽18交界的壁及与钻孔壁4碰撞。因此，产生了绕不同于初始切向旋转轴线的轴线的旋转，其结果是，钢制磨粒的总旋转速度降低。而且，钢制磨粒从圆锥体16直至磁力分离器9的流动路径的长度显著地增加。这意味着由于流体产生的阻力作用，降低所述磨粒的转速的效应也得以增加。
在磁力分离器9的水平处，钢制磁性颗粒11的转速达到如此之低的值从而使得磁力分离器的磁场的析出效应得到了恢复。这也可通过由于定距支座壳体22的壳体部分21的水平处的更宽的环形空间而使得颗粒和流体速度整体降低来实现。所述壳体部分21的外径小于裙部15的直径。
Claims (14)
1.用于连接至地层钻井设备中的钻柱并与该钻柱一起旋转的定距支座(1)，该钻井设备被设置用来供应磨蚀流体的射流，以便通过利用磨蚀除去地层物质而提供钻孔(4)，该定距支座(1)包括具有腔室(13)的壳体(22)，该腔室(13)基本上旋转对称并用于面向地层物质，且该定距支座(1)包括被设置用来在所述腔室(13)内排放磨蚀流体的射流的喷嘴(10)，所述壳体(22)包括至少一个用来允许磨蚀流体离开腔室(13)的狭槽(18)，狭槽(18)在壳体外表面上连续地延伸，并且壳体(22)在其轴向最外端包括裙部(15)，狭槽(18)设置在所述裙部(15)内，其特征在于，狭槽(18)在裙部(15)的外表面上螺旋地延伸。
2.根据权利要求1所述的定距支座(1)，其中狭槽(18)包括裙部(15)的中断部(18)，狭槽(18)的螺旋延伸部(17)连接至所述中断部(18)。
3.根据权利要求1或2所述的定距支座(1)，其中裙部(15)的外横截面尺寸大于与所述裙部(15)邻接的壳体部分(21)的外横截面尺寸。
4.根据权利要求3所述的定距支座(1)，其中狭槽(18)的螺旋延伸部(17)在由与裙部(15)邻接的壳体部分(21)的外表面限定的空间内敞开。
5.根据权利要求1所述的定距支座(1)，其中裙部(15)设置有定位在从喷嘴(10)排放的流体射流的路径中的偏转器(20)。
6.根据权利要求5所述的定距支座(1)，其中偏转器(20)与狭槽(18)邻接。
7.根据权利要求5所述的定距支座(1)，其中当从圆周方向观察时，偏转器(20)在与裙部(15)邻接的端部和与狭槽(18)邻接的端部之间延伸。
8.根据权利要求7所述的定距支座(1)，其中裙部(15)具有外表面和内表面，在与裙部(15)邻接的端部附近或该处，偏转器(20)与旋转轴(3)之间的距离约等于狭槽内表面的半径，并且，在与狭槽(18)邻接的端部处或附近，偏转器(20)与旋转轴(3)之间的距离约等于狭槽外表面的半径。
9.根据权利要求5所述的定距支座(1)，其中偏转器(20)包括至少一个板。
10.根据权利要求5所述的定距支座(1)，其中偏转器(20)包括碳化钨。
11.根据权利要求5所述的定距支座(1)，其中沿圆周方向观察时，偏转器(20)的尺寸约等于在偏转器(20)所在位置处从喷嘴(10)流出的磨蚀流体射流的宽度。
12.根据权利要求1所述的定距支座(1)，其中腔室(13)具有喇叭形的内表面(14)。
13.根据权利要求12所述的定距支座(1)，其中喇叭形表面(14)包括径向延伸的凹部(23)，喷嘴(10)在所述凹部(23)内排放。
14.根据权利要求1所述的定距支座(1)，其中喷嘴(10)相对于旋转轴(3)倾斜地定向，以使得磨蚀流体的射流与钻孔轴相交。
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