CN101793131B - 两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，包括油管串和钻具，还包括一级分流器、一级连接油管、二级连接油管和二级分流器，所述二级分流器一端与油管串连接，另一端与二级连接油管连接，二级连接油管的另一端与一级连接油管的一端连接，一级连接油管的另一端与一级分流器连接，一级分流器的另一端与钻具连接，一级分流器和二级分流器上均设置有分流孔。本发明中的分流孔具有特定的要求，采用设置有特定的分流孔的分流器实现两级分流，可通过分流减少向下的轴向流的液体数量，达到减轻修井液对螺杆钻具的压力，确保螺杆钻具以最优流量工作，起到保护螺杆钻具的目的。

Description

两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构

技术领域

本发明涉及一种石油开发中的修井工具，尤其涉及一种两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构。

背景技术

目前，螺杆钻具是井下修井作业常用的修井工具，广泛用于钻磨作业，但是，在小尺寸尾管内进行修井作业时使用螺杆钻具进行钻磨作业，由于井眼较小，就会受到井眼尺寸的限制，原因是：由于生产井下部的井眼尺寸小，使用的螺杆钻具的尺寸也要小，而小尺寸的螺杆钻具的额定流量较低，为了满足洗井的需要，生产井上部大尺寸的尾管或者套管内洗井又需要较大的排量，而能够用于生产井下部小井眼的小尺寸螺杆钻具的额定流量较低，低于上部大尺寸尾管或者套管内洗井携砂需要的大排量，如果钻磨过程中产生的钻屑不能及时被携带到地面，就会向下沉，这样就容易发生卡钻等井下复杂情况，因此不能满足钻磨工艺的要求；如：在井身结构为139.7mm的套管、101.6mm尾管的小井眼中进行尾管内的钻磨作业，修井常用的钻磨管柱由下而上依次为：钻磨工具、73螺杆钻具、60.3mm油管和73mm油管, 139.7mm的套管内需要的洗井排量一般不小于8L/s，但是，目前使用的73螺杆钻具的额定流量仅为2～4L/s，（额定流量马达压降2.4MPa，额定转速125～270RPM，）远低于洗井需要的排量，又如：在井身结构为244.5mm的套管、177mm尾管、127mm尾管的小井眼内实施钻磨作业，修井常用钻磨管柱由下而上依次为：钻磨工具、89螺杆钻具或95螺杆钻具、油管（127mm尾管内用73mm油管、244.5mm的套管和177mm尾管内用73mm油管，也可用89mm油管），在244.5mm的套管内需要的洗井排量一般不小于24L/s，在177mm的尾管内需要的洗井排量一般不小于14L/s，但是，目前的89螺杆钻具定流量仅为3～8 L/s，（额定马达压降2.4MPa，额定转速95～200RPM），95螺杆钻具额定流量一般也不超过13L/s，因此也不能满足钻磨工艺要求；由于受尺寸的限制，转子难以制造成空心的（转子），小尺寸螺杆钻具也就不能制造成中空分流型螺杆钻具，因此进入螺杆钻具的修井液全部通过马达，但是，即使小尺寸螺杆钻具以最大额定流量工作也不能满足钻磨工艺要求，为了满足钻磨工艺要求，只能加大排量，使螺杆钻具超负荷工作，这样会导致螺杆钻具的转子超速转动，马达压降增加，磨损加快，并且因此导致螺杆钻具使用寿命短、容易发生损坏、断落以及卡钻等井下复杂。

为了解决小尺寸螺杆钻具额定流量小，不能满足钻磨工艺的问题，现有技术的通常作法是：                                                

使螺杆钻具超过额定流量工作， 

调节修井液性能增加其携带钻屑能力，

使用研磨性钻磨工具减小钻磨产生的钻屑颗粒的外径，降低钻屑下沉速度，

降低钻磨速度以降低修井液中的钻屑含量，并定时将钻磨工具提离井底循环以清除钻屑。上述办法虽然可以解决一些问题，但是，上述办法不仅效率低、成本高，而且由于没有解决小尺寸螺杆钻具额定流量小限制钻磨工艺的问题，因此不能从根本上解决存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术螺杆钻具存在的上述问题，提供一种两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，本发明中的分流孔具有特定的要求，采用设置有特定的分流孔的分流器实现两级分流，可通过分流减少向下的轴向流的液体数量，达到减轻修井液对螺杆钻具的压力，确保螺杆钻具以最优流量工作，起到保护螺杆钻具的目的，同时，分流出来的修井液在返回地面时可以有效地携带钻屑向上流动，确保尾管和套管内的洗井排量，满足钻磨工艺要求，既可满足上部井段大尺寸尾管或套管内洗井的大排量，又能满足小尺寸螺杆钻具正常工作的小排量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，包括油管串和钻具，其特征在于：还包括一级分流器、一级连接油管、二级连接油管和二级分流器，所述二级分流器一端与油管串连接，另一端与二级连接油管连接，二级连接油管的另一端与一级连接油管的一端连接，一级连接油管的另一端与一级分流器连接，一级分流器的另一端与钻具连接，一级分流器和二级分流器上均设置有分流孔，一级分流器和二级分流器上的分流孔的直径满足如下条件：                                                          

所述一级连接油管的外径小于或等于二级连接油管的外径。

所述二级分流器呈管状，管体上均匀设置有多个位于同一圆周上的分流孔。

所述一级分流器呈管状，管体上均匀设置有多个位于同一圆周上的分流孔。

所述一级分流器和二级分流器上的分流孔均为2—7个。

所述一级分流器和二级分流器的两端均为螺纹连接端。

所述钻具包括螺杆钻具和钻磨工具，一级分流器的下端与螺杆钻具的上端连接，螺杆钻具的下端与钻磨工具连接。

采用本发明的优点在于：

一、本发明设置有一级分流器和二级分流器，在一级分流器和二级分流器上分别设置有特定要求的分流孔，可以应用在两层尾管小井眼中，采用两级分流的方法，可以通过分流减少向下的轴向流的液体数量，达到减轻修井液对螺杆钻具的压力，确保螺杆钻具以最优流量工作，起到保护螺杆钻具的目的，同时，分流出来的修井液在返回地面时可以有效地携带钻屑向上流动，确保尾管和套管内的洗井排量，满足钻磨工艺要求，因此具有避免井下复杂状况、延长螺杆钻具寿命、提高作业效率、节约作业成本等优点，既可满足上部井段大尺寸尾管或套管内洗井的大排量，又能满足小尺寸螺杆钻具正常工作的小排量。

二、本发明应用在两层尾管小井眼中，采用两级分流的方法，如果仅采用一级分流，则不能保证分流效果和压力大小，同样存在容易损坏钻具的问题，并且井下复杂情况也不能解决，如果采用二级以上的分流，则又不能保证修井液为钻具中的螺杆泵提供的动力，因此，在两层尾管小井眼中采用二级分流为最佳。

三、本发明中，一级连接油管的外径小于或等于二级连接油管的外径，不仅方便连接，而且保证了管内流量和压力符合要求。

四、本发明中，一级分流器和二级分流器均呈管状，管体上均匀设置有多个位于同一圆周上的分流孔，分流孔设置在同一圆周上，使分流量和压力值达到一个最佳的平衡点。

五、本发明中，一级分流器和二级分流器上的分流孔均为2—7个，使分流效果达到最佳。

六、本发明中，一级分流器和二级分流器的两端均为螺纹连接端，便于安装和拆卸。

七、本发明中，钻具包括螺杆钻具和钻磨工具，一级分流器的下端与螺杆钻具的上端连接，螺杆钻具的下端与钻磨工具连接，采用此结构方便于修井液为钻具中的螺杆泵提供动力。

八、本发明中的分流孔具有特定的要求，如果分流孔的分流不符合上述要求，则不能实现两级分流。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图中标记为：1、油管串，2、一级分流器，3、一级连接油管，4、二级连接油管，5、二级分流器，6、分流孔，7、螺杆钻具，8、钻磨工具。

具体实施方式

本发明应用在两层尾管小井眼中，包括油管串1和钻具，还包括一级分流器2、一级连接油管3、二级连接油管4和二级分流器5，将二级分流器5一端与油管串1连接，另一端与二级连接油管4连接，将二级连接油管4的另一端与一级连接油管3的一端连接，一级连接油管3的另一端与一级分流器2连接，一级分流器2的另一端与钻具连接。

并且，一级连接油管3的外径小于或等于二级连接油管4的外径。一级分流器2和二级分流器5均呈管状，在管体上都均匀设置有多个位于同一圆周上的分流孔6，分流孔6均为2—7个。在一级分流器2和二级分流器5的两端均为螺纹连接端。钻具包括螺杆钻具7和钻磨工具8，一级分流器2的下端与螺杆钻具7的上端连接，螺杆钻具7的下端与钻磨工具8连接。

井身结构为套管、大尺寸尾管和小尺寸尾管，本发明从下到上依次为：钻磨工具8、螺杆钻具7、一级分流器2、一级连接油管3、二级连接油管4、二级分流器5、油管串1；一级连接油管3处于小尺寸尾管中，二级连接油管4处于大尺寸尾管和套管内，当二级连接油管4不能用于小尺寸尾管中时，一级连接油管3的外径应小于二级连接油管4的外径；当钻磨工具8钻至预定井深时，用于小尺寸尾管的一级连接油管3的顶部应高于小尺寸尾管的顶部5m～10m；钻磨作业时，一级分流器2应始终处在小尺寸尾管内，二级分流器5应始终处在大尺寸尾管内，并尽量靠近大尺寸尾管的顶部。实施钻磨作业时，由地面设备注入的修井液首先经过二级分流器，在压力下，轴向流部分通过二级分流器5向下流动，由于二级分流器5上设置的分流孔，部分修井液通过分流孔被分流，进入环空，直接向上流动；向下流动的轴向流修井液流过一级连接油管3到达一级分流器2，在一级分流器2处，再次分流，轴向流部分继续向下为钻具中的螺杆泵提供动力，其余部分通过一级分流器2的分流孔进入环空向上流动；流过螺杆钻具的修井液经过钻磨工具后携带钻磨产生的钻屑在小尺寸尾管中向上流动，与从分流孔分流出来的修井液汇合向上流动，并进入大尺寸尾管内，继续向上流动，在向上流动的过程中再与从分流孔分流出来的修井液汇合向上流动，进入套管内，继续向上流动，携带井内的钻屑向上流动，直到返出井口。

为了获得最佳的钻磨效果，钻磨作业前，要根据井身结构和钻磨工艺的需要选择修井液、钻磨工具、螺杆钻具以及油管尺寸和长度。本发明中，套管内需要的洗井排量即钻磨排量为Q，尾管内洗井排量为Q2，螺杆钻具的螺杆泵最优工作流量为Qm，螺杆钻具马达压降为Pm，取额定值。先确定钻磨排量Q和尾管内需要的洗井排量Q2，并根据螺杆钻具额定流量范围确定Qm，Qm是额定流量的中间值，一般情况下可满足小尺寸尾管内洗井排量的要求，摩阻可以查工程图表或用公式计算求得，因此容易计算一级分流器和二级分流器的各自分流量和分流孔的数量和通径大小，并据此组合钻磨管柱。

一级分流器2和二级分流器5的分流孔的直径满足如下条件：  

 

例如，244.5mm的套管、177.8mm的尾管、127mm的尾管，244.5mm套管、127mm尾管的洗井排量分别为：26、15L/S。采用5LZ89螺杆钻具，已知其最优工作流量为6 L/S，额定马达压降2.4MPa；钻磨工具水眼当量直径30mm，一级分流器与二级分流器之间从下至上依此为73 mm油管300m 、89mm油管300m，修井液是密度1.02 g/cm³的活性水，一级分流器设置二个等直径分流孔，二级分流器设置六个等直径分流孔，水力摩阻可以从工程图表求得，通过计算可以得出：钻磨洗井排量为26L/S，一级分流器设置的二个节流孔的直径均为9.29mm；二级分流器设置的六个节流孔的直径均为5. 45 mm。

再如：244.5mm套管、177.8mm尾管、127mm尾管，244.5mm套管、177.8mm尾管的洗井排量分别为：26、15L/S。采用5LZ95螺杆钻具，其工作流最优工作流量为9 L/S，额定马达压降3.2MPa；钻磨工具水眼当量直径30mm，一级分流器与二级分流器之间从下至上依此为73mm油管300m、89mm油管300m，修井液是密度1.02 g/cm³的活性水，一级分流器设置二个等直径分流孔，二级分流器设置六个等直径分流孔，水力摩阻可以从工程图表求得。通过计算可以得出：钻磨洗井排量26L/S，一级分流器设置的二个分流孔的直径均为7.10mm；二级分流器设置的六个分流孔的直径均为5.17 mm。

本发明中的钻磨洗井排量和分流孔均必须满足上述条件，如果不满足上述条件，即使设置二级分流也不能真正实现分流目的。

显然，本领域的普通技术人员根据所掌握的技术知识和惯用手段，根据以上所述内容，还可以作出不脱离本实用新型基本技术方案的多种形式，这些形式上的变换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，包括油管串（1）和钻具，其特征在于：还包括一级分流器（2）、一级连接油管（3）、二级连接油管（4）和二级分流器（5），所述二级分流器（5）一端与油管串（1）连接，另一端与二级连接油管（4）的一端连接，二级连接油管（4）的另一端与一级连接油管（3）的一端连接，一级连接油管（3）的另一端与一级分流器（2）的一端连接，一级分流器（2）的另一端与钻具连接，一级分流器（2）和二级分流器（5）上均设置有分流孔（6），一级分流器（2）和二级分流器（5）上的分流孔（6）的直径满足如下条件：

                                                     

2.根据权利要求1所述的两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，其特征在于：所述一级连接油管（3）的外径小于或等于二级连接油管（4）的外径。

3.根据权利要求1或2所述的两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，其特征在于：所述二级分流器（5）呈管状，管体上均匀设置有多个位于同一圆周上的分流孔（6）。

4.根据权利要求1或2所述的两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，其特征在于：所述一级分流器（2）呈管状，管体上均匀设置有多个位于同一圆周上的分流孔（6）。

5.根据权利要求1或2所述的两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，其特征在于：所述一级分流器（2）和二级分流器（5）上的分流孔均为2—7个。

6.根据权利要求1或2所述的两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，其特征在于：所述一级分流器（2）和二级分流器（5）的两端均为螺纹连接端。

7.根据权利要求1或2所述的两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构，其特征在于：所述钻具包括螺杆钻具（7）和钻磨工具（8），一级分流器（2）的下端与螺杆钻具（7）的上端连接，螺杆钻具（7）的下端与钻磨工具（8）连接。