CN105735918A - 随钻液压喷射岩屑床清除工具与清除方法 - Google Patents

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杨震宇
樊洪海
汪海阁
查永进
纪国栋
纪荣艺
刁皓玉
邓嵩
刘修刚
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Petrochina (beijing) Science And Technology Development Co Ltd
China University of Petroleum Beijing
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China University of Petroleum Beijing
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随钻液压喷射岩屑床清除工具是一种石油钻井岩屑床清除装置，尤其是用于大位移井岩屑床的清除。在石油钻井工程中大位移井水平井段易形成岩屑床，岩屑床的存在对水平井的钻井产生很多影响；设计了一种随钻液压喷射岩屑床清除工具，工具通过螺纹与钻杆连接并随钻杆转动，该清除工具通过利用加重活塞自身重力、离心力和钻杆内外压差来将液体高速喷射清除岩屑床；并通过电磁控制系统控制阀门周期性的打开和关闭，避免钻杆内液体在钻杆转动的全部时间喷射出来，避免产生较大压耗和破坏环空上部井壁稳定问题，并能利用液体高效清除岩屑床。

Description

随钻液压喷射岩屑床清除工具与清除方法
所属技术领域
本发明涉及一种石油钻井岩屑床清除工具，尤其是用于大位移井水平井段岩屑床的清除。
背景技术
在石油钻井工程中大位移井水平井段易形成岩屑床，岩屑床的存在对钻水平井产生很多影响，增大摩阻，降低机械钻速，憋钻、卡钻等，岩屑床的存在使得大位移井水平井段的最大长度存在一个极限。
目前，对大位移井岩屑床的清除常常是通过增大钻井液排量和使用清除工具等，通过提高钻井液排量来增大钻杆与井壁环空中的钻井液流速，能降低岩屑床厚度和清除运移岩屑，但是，该方法需要提高钻井泵排量，增大钻井作业成本；还有是使用清除工具清除岩屑床的方法是在钻杆外加上清除工具或直接在钻杆加厚处开孔，通过钻杆的转动来改变清除工具周围钻井液的流态来清除岩屑床，或者直接将清除工具与环空底部的岩屑床接触，破坏岩屑床，以此达到对岩屑床的清除，但是，该类清除工具在钻井起下钻时容易出现卡钻、破坏井壁等问题，直接在钻杆加厚处开孔的方法会使钻井液一直从钻杆内连续不断喷向环空中，因水平井段岩屑床在环空底部，喷射在环空上部的钻井液没有对岩屑床进行清除，且会产生较大压耗，不利于钻井的快速高效的进行。
基于以上分析，本发明设计了一种随钻液压喷射岩屑床清除工具，旨在克服现有岩屑床机械清除工具在钻井作业时卡钻、起下钻困难、产生压耗较大和破坏井壁等不足，该清除工具不仅能高效清除大位移井存在的岩屑床，而且具有在使用中不会出现卡钻、破坏井壁等优势。
发明内容
本发明的目的是在于为石油与天然气工程领域提供一种大位移井水平井段随钻液压喷射岩屑床清除工具。该清除工具通过利用加重活塞自身重力、离心力和钻杆内外压差来将液体高速喷射清除岩屑床；并通过电磁控制系统控制阀门周期性的打开和关闭，避免钻杆内液体在钻杆转动的全部时间喷射出来，避免产生较大压耗和破坏环空上部井壁稳定问题，并能利用液体高效清除岩屑床。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：随钻液压喷射岩屑床清除工具，包括工具主体，钻杆外加厚段，阀门，芯片，加重滑动活塞，活塞滑道，润滑油加入口，工具外螺纹，钻杆上内螺纹。该工具通过螺纹镶嵌入钻杆径向开孔处，在钻井过程中随钻杆转动，当在工具随钻杆转动到下部时，芯片通过电磁控制清除工具主体上的阀门打开，流道内活塞受到自身重力、离心力和钻杆内外钻井液的压力差作用，活塞压迫流道内液体高速喷出；当在工具随钻杆转动到上部时，芯片通过电磁控制清除工具主体上的阀门关闭加重活塞上的阀门打开，流道内活塞受重力作用滑动到初始位置，上述过程完成了一个液体喷射周期。
本发明的有益效果是：清除工具通过利用加重活塞自身重力、离心力和钻杆内外压差来将液体高速喷射清除岩屑床；并通过电磁控制系统控制阀门周期性的打开和关闭，避免钻杆内液体在钻杆转动的全部时间喷射出来，避免产生较大压耗和破坏环空上部井壁稳定问题；并避免钻杆外加厚添加螺纹等装置一起的起下钻时卡钻等事故。
附图说明
图1是清除工具的剖面构造图；
图2是清除工具在钻杆上的轴向剖面构造图；
图3是清除工具位于钻杆上部时的径向剖面构造图；
图4是清除工具中加重活塞压迫液体喷射时的径向剖面构造图；
图5是加重活塞将液体全部喷射完全时的径向剖面构造图；
图中1.阀门，2.清除工具主体，3.流体出口，4.阀门的滑道，5.流体入口，6.钻杆外加厚部分，7.钻杆，8.螺纹，9.润滑油加入口，10.芯片，11.加重活塞上的阀门，12.加重活塞中流体通道，13.活塞滑道，14.滑槽，15.加重活塞。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明本发明的具体实施方式。
在图2中，清除工具主体(2)通过螺纹(8)镶嵌在钻杆(7)上，在图2中，在钻井过程中，清除工具(2)随钻杆(7)一起转动，由于清除工具中加重活塞(15)的自身重力、离心力和钻杆内外钻井液压力差作用，在钻杆(7)的转动过程中加重活塞(15)在滑道(13)内往复运动，图3到图4到图5再到图3的过程是钻杆(7)完成一周的转动，如图3、4、5工作工程中，清除工具(2)处于不同位置时，加重活塞(15)在滑道(13)中的位置也不同，清除工具主体上的阀门(1)和加重活塞上的阀门(11)的开关状态也不同。
在图3中，清除工具(2)位于钻杆(7)的最上端，由于重力作用，加重活塞(15)位于滑道(13)的最低端，此时，活塞滑道(13)内充满了钻井液，清除工具主体上的阀门(1)和加重活塞上的阀门(11)都处于关闭状态，清除工具(2)随钻杆(7)一起转动到图4位置时，清除工具主体上的阀门(1)打开，加重活塞上的阀门(11)仍关闭，由于由于清除工具中加重活塞(15)的自身重力、离心力和钻杆内外钻井液压差作用，加重活塞(15)压迫活塞滑道(13)内的钻井液通过流体出口(3)喷射出去。
在从图4到图5的过程中，清除工具主体上的阀门(1)一直打开，加重活塞上的阀门(11)一直关闭，液体一直从流体出口(3)喷射出去。在图5中，加重活塞(15)将活塞滑道(13)内的钻井液喷射完，此时，清除工具主体上的阀门(1)关闭，加重活塞上的阀门(11)打开，钻杆内的钻井液通过流体入口(5)和加重活塞中流体通道(12)进入活塞滑道(13)中，在从图5到图3转动过程中，钻井液充满活塞滑道(13)。到达图3位置时，清除工具主体上的阀门(1)和加重活塞上的阀门(11)都关闭，之后又进入下一个循环周期。
芯片(10)控制清除工具主体上的阀门(1)和加重活塞上的阀门(11)的打开和关闭。因为钻杆与井壁之间的环形空间中形成的岩屑床有一定的厚度，即清除工具(2)从图4到图5的转动也有一定角度，可通过计算获得，如取值为60°，即图3到图4转动角度为150°，图4到图5转动角度为60°，图5到图3转动角度为150°，因此，由钻杆转动一周总的时间可以确定每一个过程的时间，从而可以通过芯片(10)控制清除工具主体上的阀门(1)和加重活塞上的阀门(11)的打开和关闭。

Claims (2)

1.一种随钻液压喷射岩屑床清除工具，主要由工具主体机构、活塞滑动系统、液体流动阀门组成；其特征是：工具主体部分呈“T”字形，两端开口，用于液体的流入与流出。
2.根据权利要求1所述的随钻液压喷射岩屑床清除工具，其特征是：工具内部为圆柱形中空，用于圆柱形中空内加重活塞的往复滑动；清除工具随钻杆转动时，加重活塞在流体通道内周期性往复滑动，用于将液体从出口喷出。加重活塞通过滑槽与工具主体连接；加重活塞上有控制阀门，用于控制流体的流动。
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