CN102913157B - 井下套管旋流导向器 - Google Patents
井下套管旋流导向器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102913157B CN102913157B CN201210443829.XA CN201210443829A CN102913157B CN 102913157 B CN102913157 B CN 102913157B CN 201210443829 A CN201210443829 A CN 201210443829A CN 102913157 B CN102913157 B CN 102913157B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- guiding
- water conservancy
- conservancy diversion
- rock debris
- circular hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明公开了一种井下套管旋流导向器,解决了下套管作业过程中,因钻井液携带岩屑的能力不够,导致套管无法下到预计位置的问题;该导向器的外筒内设置导向定子,其上设置导流倾斜圆孔,导向定子的下面通过心轴固定叶栅,心轴的末端固定叶轮,流体轴向流入,通过导向定子倾斜孔改变流动方向后冲击叶栅转动,为心轴下部的叶轮提供动力,带动叶轮旋转。该导向器可在井下自行驱动,推开沉积在井底的岩屑,使岩屑易于上返,从而提高钻井液携带岩屑的能力;还可对井底岩屑进行研磨、粉碎,使之容易被水力冲击、携带,避免因大颗粒携带困难卡钻的危险。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程下套管作业中的冲砂、洗井技术及水力学中的旋流固井技术。
背景技术
石油工程下套管作业过程中,浮鞋的作用主要是用于引导套管柱沿井筒顺利下入井内,防止套管底部插入井壁岩层,减少下井阻力,同时还具有一定的携带岩屑的能力。但部分井由于井壁失稳,造成井壁坍塌或缩径,因钻井液携带岩屑的能力不够,造成砂桥或井底沉砂,由于井筒存在砂桥或井底沉砂,一旦发生遇阻,浮鞋本身冲洗和携带岩屑的能力不够,导致套管无法下到预计位置。针对这一问题,辽河石油勘探局工程技术研究院,设计了钻井岩屑床搅拌器,其专利号为01271736.3,这个装置的优点是结构简单、使用方便,只需接于钻杆之间便可将钻井液中岩屑顺利排出地面;但还存在下述缺点:(1)清除岩屑床的动力主要是利用螺旋叶片的搅拌、携带作用,作用力不是很大,岩屑清除效率不高。(2)螺旋叶片与井壁的距离影响了携屑能力,使本来就很狭窄的环空更小,减少了岩屑向上运移的空间,岩屑携带能力不高。(3)多用于斜井,对于直井的井眼净化、清洗作用不大。(4)对于坍塌或易塌井段的井眼清洗更是无能为力。还有的是,中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院,研究了一种在井底产生水力增压脉动的钻头短节,其专利号为03269456.3;这个装置的优点是可在井底形成周期性的增压脉动和负压脉动,从而减少岩屑的“压持效应”,强化井底净化效果,提高射流破岩、辅助破岩钻进的效率;但其存在下述缺点:(1)结构复杂,在产生脉冲的过程中会损失很多能量,降低了水射流的冲击力。(2)必须依靠增压及负压脉动交替进行来降低“压持效应”,同时具有间歇性,不能连续工作或者直接作用岩屑表面,净化效率不高。
所以常规技术处理这一问题很困难,严重时必须拔套管,下钻通井处理,浪费了大量人力和物力,并造成巨大经济损失。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的问题,提供一种代替浮鞋的井下套管旋流导向器,该导向器可明显提高钻井液携带岩屑的能力,保证套管顺利下入设计井深。
为实现上述发明目的,本申请采用的技术方案是:井下套管旋流导向器,包括接箍、外筒、导向定子、心轴、叶栅、叶轮及导向座,所述接箍及外筒均为圆筒状,二者螺纹连接,外筒的下端螺纹连接导向座,导向座为空心半球状;上述外筒内从上至下依次通过顶丝固定三个导向定子;所述导向定子的主体为圆盘状,设置中心轴孔,并以中心轴孔为中心,环向均布六个导流倾斜圆孔,其中的导流倾斜圆孔的倾斜角度采用如下公式计算: ;
式中:v 0 为导流倾斜圆孔入口处绝对流速,m/s;v 1 为导流倾斜圆孔出口处绝对流速,m/s,在大小上可认为与v 0 相等;ρ d 为流体密度,kg/m3;Q e 为通过单个导流倾斜圆孔的有效排量,L/s;
所述心轴上装配三个轴承,这三个轴承分别装配固定在导向定子的中心轴孔内,相邻两导向定子之间的心轴上装配叶栅;心轴的下端螺纹连接叶轮,叶轮的前端探出导向座的圆曲面。
优选所述叶栅的进口角度为63°~ 66°、出口角度为36°~40°。
优选所述叶栅的进口角度为64.5°、出口角度为38.3°。
本发明的井下套管旋流导向器工作原理
流体轴向流入井下套管旋流导向器时,通过导向定子倾斜孔改变流动方向后冲击叶栅,使流体的势能和动能转化为机械能,推动叶栅转动,为心轴下部的叶轮提供动力,带动叶轮旋转;叶轮转动形成了旋流场,可推开沉积在井底的岩屑,克服液柱压力对井底岩屑的“压持效应”,防止岩屑在井底堆积和压实,使岩屑易于上返,从而提高钻井液携带岩屑的能力;叶轮转动,在接触到粒径较大的岩屑时,钻头在旋转扭矩作用下对岩屑产生切削作用,在扭力作用下,岩屑沿剪切面产生裂缝,逐渐破碎、瓦解,岩屑粒径变小,使之容易被水力冲击、携带,避免因大颗粒携带困难出现卡钻的危险,且被水射流冲出井底后,能够顺利通过环空,返至地面。
本发明的有益效果:本发明的井下套管旋流导向器,可产生旋流,从而在前进过程中推开沉积在井底的岩屑,克服液柱压力对井底岩屑的“压持效应”,防止岩屑在井底堆积和压实,使岩屑易于上返,从而提高钻井液携带岩屑的能力;另外,还可对井底岩屑进行研磨、粉碎,破坏大块岩屑,使之容易被水力冲击、携带,避免因大颗粒携带困难卡钻的危险;该导向器可在井下自行驱动,实现井下作业,实践证明,相比传统工具浮鞋,在处理等量岩屑的冲洗工作时,本发明所用时间更短,效率更高。
附图说明
图1是本发明旋流导向器的结构示意图。
图2是导向定子的结构示意图。
图3是图2中的A-A视图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例、实验对比例对本发明作进一步的说明:
实施例1
井下套管旋流导向器,包括接箍1、外筒2、导向定子6、心轴4、叶栅7、叶轮8及导向座9,所述接箍1及外筒2均为圆筒状,二者螺纹连接,外筒2的下端螺纹连接导向座9,此导向座9与浮鞋的结构类似,为空心的半球状,外筒2内从上至下依次利用顶丝3固定三个导向定子6;由图2所示:所述导向定子6的主体为圆盘状,设置中心轴孔,并以中心轴孔为中心,环向均布六个导流倾斜圆孔,其中导流倾斜圆孔的的倾斜角度采用如下公式计算: ;
式中:v 0 为导流倾斜圆孔入口处绝对流速,m/s;v 1 为导流倾斜圆孔出口处绝对流速,m/s,在大小上可认为与v 0 相等;ρ d 为流体密度,kg/m3;Q e 为通过单个导流倾斜圆孔的有效排量,L/s;本申请人根据上述公式设计的导流倾斜圆孔的直径为Φ30时,导流倾斜圆孔的倾斜角度为45°;所述心轴4上装配三个轴承5,这三个轴承5分别装配固定在导向定子6的中心轴孔内,相邻两导向定子6之间的心轴4上装配叶栅7;所述叶栅进口角度为63°~66°,优选为64.5°、出口角度为36°~40°,优选为38.3°;心轴4的下端螺纹连接叶轮8,叶轮8的前端探出导向座9的圆曲面。
实验对比例一:携屑能力对比
实验方法:将一定比例的大、小岩屑水平置于井筒井底部,在井筒内堆放一定高度,并保持每次实验井内岩屑量不变。实验流体为常规的钻井液,保持泵压不变;
(1)在模拟井筒中放入常规浮鞋对井底岩屑进行冲洗,开动装置10分钟,测量井底所剩岩屑重量及粒径分布;
(2)用本发明旋流导向器代替浮鞋,重复上述操作。
上述携屑能力对比结果如下表:
实验例一表明,相同情况下,本发明旋流导向器比常规浮鞋的携砂量大。通过测量和对比剩余岩屑的粒径分布可知,两种工具均能将大部分小粒径岩屑携带出井,但是本发明所携屑总量多,同时本发明工具的剩余大岩屑量百分比减少,说明本发明在对岩屑进行冲洗、携带的过程中,还兼有对大粒径岩屑的研磨、破碎作用。
实验对比例二:携屑效率对比
实验方法:将粒径均匀的岩屑水平置于井筒井底部,在井筒内堆放一定高度,保持每次实验井内岩屑量不变。实验流体为常规的钻井液,保持泵压不变;
(1)分别在常压和15MPa压力情况下在模拟井筒中利用常规浮鞋对井底岩屑进行冲洗,开动装置直至岩屑被彻底清除,记下所需时间;
(2)用本发明旋流导向器代替浮鞋,重复上述操作。
上述携屑效率对比结果见下表:
实验例二表明,普通情况下,在处理相同量的岩屑时,本发明所用时间要明显少于传统工具,携屑效率相对较高。在较大液柱压力下,“压持效应”延长了传统冲砂工具的施工时间,而本发明所受影响较小,携屑时间变化不大,说明本发明能有效克服“压持效应”,保证携屑效率。
Claims (3)
1.井下套管旋流导向器,包括接箍、外筒、导向定子、心轴、叶栅、叶轮及导向座,其特征在于:所述接箍及外筒均为圆筒状,二者螺纹连接,外筒的下端螺纹连接导向座,导向座为空心半球状;外筒内从上至下依次顶丝固定三个导向定子;所述导向定子的主体为圆盘状,设置中心轴孔,并以中心轴孔为中心,环向均布六个导流倾斜圆孔,上述导流倾斜圆孔的倾斜方向一致,导流倾斜圆孔的倾斜角度采用如下公式计算: ;
式中:v 0 为导流倾斜圆孔入口处绝对流速,m/s;v 1 为导流倾斜圆孔出口处绝对流速,m/s,在大小上可认为与v 0 相等;ρ d 为流体密度,kg/m3;Q e 为通过单个导流倾斜圆孔的有效排量,L/s;
所述心轴上装配三个轴承,这三个轴承分别装配固定在导向定子的中心轴孔内,相邻两导向定子之间的心轴上装配叶栅;心轴的下端螺纹连接叶轮,叶轮的前端探出导向座圆曲面。
2.根据权利要求1所述的井下套管旋流导向器,其特征在于:所述叶栅的进口角度为63°~66°、出口角度为36°~40°。
3.根据权利要求2所述的井下套管旋流导向器,其特征在于:所述叶栅的进口角度为64.5°、出口角度为38.3°。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210443829.XA CN102913157B (zh) | 2012-11-08 | 2012-11-08 | 井下套管旋流导向器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210443829.XA CN102913157B (zh) | 2012-11-08 | 2012-11-08 | 井下套管旋流导向器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102913157A CN102913157A (zh) | 2013-02-06 |
CN102913157B true CN102913157B (zh) | 2015-04-22 |
Family
ID=47611700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210443829.XA Active CN102913157B (zh) | 2012-11-08 | 2012-11-08 | 井下套管旋流导向器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102913157B (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103352663B (zh) * | 2013-07-31 | 2016-06-29 | 西南石油大学 | 可井底清岩和清除岩屑床的钻井用扶正器 |
CN104790872B (zh) * | 2015-03-24 | 2016-07-06 | 王殿义 | 可钻自激式导向装置 |
CN106639930B (zh) * | 2016-12-22 | 2022-11-15 | 中国石油大学(北京) | 涡流发生器 |
CN106761472B (zh) * | 2016-12-29 | 2018-10-16 | 德州汉隆石油设备有限公司 | 自导向套管振动引鞋 |
CN107401378B (zh) * | 2017-09-20 | 2023-10-27 | 中国石油大学(北京) | 钻头 |
CN108266130B (zh) * | 2017-12-27 | 2019-09-06 | 中国石油集团长城钻探工程有限公司 | 辅助导向钻井钻杆及旋转导向钻井装置 |
CN111749632B (zh) * | 2020-07-09 | 2021-08-31 | 合力(天津)能源科技股份有限公司 | 一种高压旋转清洁钻磨装置 |
CN115387751B (zh) * | 2022-08-29 | 2023-06-09 | 西南石油大学 | 一种井下反向旋流对冲空化装置 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU615200A1 (ru) * | 1970-12-07 | 1978-07-15 | Уфимский Нефтяной Институт | Устройство дл гидродинамических исследований скважин |
CN2642983Y (zh) * | 2003-08-14 | 2004-09-22 | 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 | 一种在井底产生水力增压脉动的钻头短节 |
CN100510605C (zh) * | 2004-07-30 | 2009-07-08 | 湖南工业大学 | 一种传热管内自动清洗及传热强化的旋流口齿直带 |
EA014321B1 (ru) * | 2006-03-06 | 2010-10-29 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Способ и устройство для управления буровым раствором переменной плотности |
CN201407022Y (zh) * | 2009-04-13 | 2010-02-17 | 中国海洋石油总公司 | 一种液力驱动型注聚用混合器 |
CN202031534U (zh) * | 2011-05-16 | 2011-11-09 | 王震 | 井下旋流剪切发生器 |
CN102434115A (zh) * | 2011-11-28 | 2012-05-02 | 西南石油大学 | 一种强旋流套管扶正器 |
-
2012
- 2012-11-08 CN CN201210443829.XA patent/CN102913157B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102913157A (zh) | 2013-02-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102913157B (zh) | 井下套管旋流导向器 | |
US8113300B2 (en) | Impact excavation system and method using a drill bit with junk slots | |
CN104763343B (zh) | 一种嵌固仿生喷嘴的多级扩孔钻具及其扩孔方法 | |
CN106437570A (zh) | 钻进式连续冲砂装置 | |
CN102691477A (zh) | 一种钻具上使用的岩屑清洁装置 | |
CN108104749A (zh) | 砂岩地热井气举反循环冲砂洗井工艺及设备 | |
Zhang et al. | Wellbore cleaning technologies for shale-gas horizontal wells: Difficulties and countermeasures | |
CN106677733A (zh) | 一种带钻渣打捞装置的大直径钻孔钻头 | |
CN204371158U (zh) | 水平井岩屑清除装置 | |
Cao et al. | Investigation on the cuttings carrying capacity of a novel retractable drill bit used in casing while drilling with air reverse circulation | |
Xiumin et al. | Research and application of gas-lift reverse circulation drilling technology to geothermal well construction in Dalian Jiaoliu Island | |
CN209067141U (zh) | 一种清管除垢的涡轮磨鞋 | |
CN206071508U (zh) | 一种水力螺杆自循环捞砂装置 | |
CN111636922A (zh) | 射流冲击破碎装置、腔底不溶物破碎清洗方法 | |
CN207905745U (zh) | 砂岩地热井气举反循环冲砂洗井设备 | |
CN203430446U (zh) | 一种水平井涡轮清沙装置 | |
CN110469278A (zh) | 一种岩屑床清理工具及使用方法 | |
CN102425370B (zh) | 孔底油压马达碎石器组合动力钻具施工方法及装置 | |
CN205908266U (zh) | 一种旋流清砂器 | |
TWM553756U (zh) | 旋轉衝擊式鑽井設備 | |
CN201544128U (zh) | 水力喷砂切割器 | |
CN209670929U (zh) | 随钻式井眼修整器 | |
CN2888057Y (zh) | 井眼清砂接头 | |
CN101942968A (zh) | 一种减压提速的钻头 | |
CN111456642A (zh) | 一种微心复合钻头 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |