CN101769135A - 水平井取心钻具堵塞球装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平井取心钻具堵塞球装置，包括有堵塞球、锥形弹簧和改进的喷反机构，在喷反机构的喷腔底座中部钻一孔道，孔道的直径小于堵塞球球体直径，锥形弹簧安装在喷反机构的喷腔内套与喷腔底座之间，通过喷腔外套与喷腔底座间螺纹连接固定，锥形弹簧为堵塞球导向，同时又保证了钻井液过流通道。堵塞球由球体、连接件和导向弹簧构成，连接件与球体采用焊接或螺纹连接，导向弹簧用焊接或粘接方式固定在连接件上，导向弹簧采用弹簧钢丝制作。本装置用于水平取心钻具，可有效解决水平井段冲洗岩屑床及取心钻具岩心管内无效岩屑堆积问题，并保持了钻具的喷反性能，有利于提高岩心采取率。本装置结构简单，使用效果好，适合用于水平取心钻具。

Description

水平井取心钻具堵塞球装置

所属技术领域

本发明涉及一种水平井取心钻具堵塞球装置，是一种用于水平取心钻具的装置，属于钻井的岩心提取器领域。

背景技术

提高单井产能是进行水平井施工的最重要目标，但往往完井后的水平井产能没达到预期目标，原因很多，可能是水平井在产层中的穿透率没达到设计要求，或是钻完井过程对产层造成了伤害。如果在水平井施工的关键部位采取部分岩心，就可以通过所采取的岩心进行全面测试分析，来判断水平井中靶状况与受损害程度及伤害类型。在薄产层水平井施工过程中根据需要采取岩心，可为深入研究工程因素对产层的伤害提供直接研究对象。

喷反取心钻具在垂直取心钻进中已是成熟的技术，取心钻具内设置喷反机构在一定的液体流量下可使钻具在喷反机构处形成局部负压，具有抽吸作用，有利于岩心进入岩心管，特别是针对破碎地层取心钻进可大幅度提高岩心采取率。但是在水平井，取心工具到达井底时处于横卧位置，常规钻井方法在长时间钻具下井的过程中，大量岩屑可能沉淀于水平段的井底，用喷反钻具收集岩心时，无效岩屑可能会先占据岩心管有限长度空间，影响岩心采取单回次采取率；如直接在喷腔中部打孔，冲洗钻屑很容易实现，但由于喷腔内有各种不同作用的孔道，冲洗完后，如要堵塞孔道，存在一般钢球的投入较易误入其他孔道而影响喷反钻具正常使用的弊病。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水平井取心钻具堵塞球装置，可彻底解决上述现有技术中存在的投入钢球易误入其他孔道而影响喷反钻具正常使用的弊病。

本发明为了达到上述目的，提供一种水平井取心钻具堵塞球装置，包括有喷反机构，还设置有堵塞球和锥形弹簧，喷反机构的喷腔采用内外套结合的双层结构，在喷反机构的喷腔底座中部钻一孔道，孔道的直径小于堵塞球的球体直径，锥形弹簧安装在喷反机构的喷腔内套与喷腔底座之间，通过喷腔外套与喷腔底座间螺纹固定，锥形弹簧锥顶的内径大于堵塞球的球体外径。

本发明的水平井取心钻具堵塞球装置，所述堵塞球由球体、连接件和导向弹簧构成，连接件与球体通过焊接或螺纹连接，导向弹簧采用焊接或粘接方式固定在连接件的大径端上。

所述的导向弹簧为3～6根，导向弹簧尾端全张开所形成的伞状外环直径比钻杆柱内径大10～30mm；堵塞球的球体为钢球体，导向弹簧采用弹簧钢丝制作。导向弹簧采用弹簧钢丝结构，在一定外力下可以由伞状收拢成集束状态而跟随堵塞球的球体进入到锥形弹簧内。在自由状态下堵塞球投入钻杆柱内，靠钢球重力，保持钢球体向下，由于导向弹簧尾端全张开所形成的伞状外环直径比钻杆柱内径大，导向弹簧依靠弹性力收缩并在钻杆柱中心通道中居中撑靠在钻杆内壁，在钻井液的液流携带下沿钻杆柱中心通道下行并最终进入锥形弹簧而堵塞中心通道。

所述锥形弹簧采用弹簧钢丝制作。锥形弹簧不作受力件，主要用于堵塞球导向和钻井液过流通道。

一般的喷反机构包括喷嘴、整体喷腔和喷腔底座。本发明所述改进的喷反机构的喷腔采用内外套结合的双层结构，喷腔内套经过整体淬火处理。采用内外套结合的双层结构，既便于加工又可在喷腔内套磨损后，仅更换内套即可，降低使用成本；在喷反机构喷腔底座的中部钻一孔道形成钻具中心过流孔道，通过中心过流孔道流出的液体冲洗岩心管，并排出沉入岩心管内无用的岩屑。

本发明的水平井取心钻具堵塞球装置，安装在水平井取心钻具中，钻具下入水平取心井的井底，即钻具到达工作位置后，可采用一定泵量钻井液通过钻具中心孔直接冲洗岩心管及取心井的井底，将岩屑携带上返；待岩心管及取心井的井底清洁后，投入堵塞球，在钻井液的携带下，堵塞球到达喷反机构处，落入锥形弹簧中，导向弹簧在锥形弹簧导向下自动收拢，钢球准确堵住中心孔；当钢球将中心孔堵塞后，喷嘴喷出高速射流喷向喷腔，喷入喷腔的钻井液通过侧斜向孔道及外管与岩心管之间的环状孔道流向钻头，在喷嘴与喷腔之间形成局部负压，使喷反机构形成抽吸效果，钻具即刻产生喷反效应，利于岩心进入岩心管。这样，在水平井施工的关键部位就能顺利采取到有效的岩心，用于全面测试分析和判断，为深入研究工程因素对产层的伤害提供更全面的依据。

本发明的水平井取心钻具堵塞球装置具有如下的优点：

1、本发明水平井取心钻具堵塞球装置，采用锥形弹簧、堵塞球与改进的喷反机构组合的设计，结构简单，锥形弹簧可为堵塞球准确导向，又可满足有效堵塞钻井液的过流通道后形成有效喷反效果的要求。

2、本发明的堵塞球可在钻井液的携带下，顺利通过锥形弹簧准确堵塞钻具中心孔，彻底解决现有技术中存在的投入钢球易误入其他孔道而影响喷反钻具正常使用的弊病。

3、使用本发明可有效清除取心钻具内部集聚岩屑和水平井段形成的岩屑床，从而减少钻具埋卡风险并有效提高岩心回次采取率，为深入研究工程因素对产层的伤害机理提供更全面的依据。

附图说明

图1为本发明水平井取心钻具堵塞球装置的结构图。

图2为本发明堵塞球的结构图。

图3为本发明堵塞球的结构左视图。

图4为本发明水平井取心钻具堵塞球装置安装在取心钻具中的结构图。

上述图中：1为球体、2为连接件、3为导向弹簧、4为锥形弹簧、5为喷腔内套、6为喷腔外套、7为喷腔底座、8为喷嘴、9为喷嘴底座、10为扶正器、11为外管、12为岩心管。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：制作本发明水平井取心钻具堵塞球装置，其结构如图1所示，包括有堵塞球、锥形弹簧和喷反机构；其中，喷反机构的喷腔采用内外套结合的双层结构，在喷反机构喷腔底座的中部钻一通孔形成钻具中心过流孔道，所钻通孔的直径小于堵塞球的球体1的直径，锥形弹簧安装在喷反机构的喷腔内套5与喷腔底座7之间，并通过喷腔外套6与喷腔底座7间的连接螺纹固定，锥形弹簧锥顶的内径略大于堵塞球球体的外径。

参见图2、3，堵塞球由球体1、连接件2和导向弹簧3构成，球体为钢球，连接件连接球体与导向弹簧，连接件同钢球体焊接在一起，导向弹簧采用弹簧钢丝制作焊接在连接件的大径端，导向弹簧在一定外力下可以收拢。

实施例2：将实施例1制作的本发明水平井取心钻具堵塞球装置安装在取心钻具中，安装的部位如图4所示，钻具下入水平井井底，即钻具到达工作位后，可采用钻井液通过钻具中心孔直接冲洗水平井井底，将井内堆积的岩屑携带上返，待井底清洁后，投入堵塞球，在钻井液的携带下，堵塞球到达喷反机构处，在锥形弹簧的导向下落入锥形弹簧中，导向弹簧自动收拢，钢球准确堵住中心孔，喷反机构恢复喷反功能并立即产生抽吸效果。使用本发明的装置，能有效减少钻具被钻屑埋卡的风险并提高岩心回次采取率，从而为深入研究工程因素对产层的伤害提供直接研究对象。

本发明采用锥形弹簧、堵塞球与改进的喷反机构组合的设计，结构简单，使用效果好，适合用于水平取心钻具，在水平井作业，岩心采取回次采取率高。

Claims (6)

1.一种水平井取心钻具堵塞球装置，包括有喷反机构，其特征在于：还设置有堵塞球和锥形弹簧，喷反机构的喷腔采用内外套结合的双层结构，在喷反机构的喷腔底座中部钻一孔道，孔道的直径小于堵塞球的球体直径，锥形弹簧安装在喷反机构的喷腔内套与喷腔底座之间，通过喷腔外套与喷腔底座间螺纹固定，锥形弹簧锥顶的内径大于堵塞球的球体外径。

2.根据权利要求1所述的水平井取心钻具堵塞球装置，其特征在于：堵塞球由球体、连接件和导向弹簧构成，连接件与球体通过焊接或螺纹连接，导向弹簧采用焊接或粘接方式固定在连接件的大径端上。

3.根据权利要求1所述的水平井取心钻具堵塞球装置，其特征在于：堵塞球的导向弹簧为3～6根，导向弹簧尾端全张开所形成的伞状外环直径比钻杆柱内径大10～30mm。

4.根据权利要求1所述的水平井取心钻具堵塞球装置，其特征在于：堵塞球的球体为钢球体，导向弹簧采用弹簧钢丝制作。

5.根据权利要求1所述的水平井取心钻具堵塞球装置，其特征在于：喷反机构的喷腔采用内外套结合的双层结构，喷腔内套经过整体淬火处理。

6.根据权利要求1所述的水平井取心钻具堵塞球装置，其特征在于：在喷反机构的喷腔底座中部钻一孔道形成钻具中心过流通道，通过中心过流通道流出的液体冲洗岩心管，排出沉入岩心管内无用的岩屑并清洗水平井段的岩屑床。

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