CN109296325B - 射流式井眼清洗工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是射流式井眼清洗工具，这种射流式井眼清洗工具的旋转盘设置在外壳接头的台阶与下接头上端面之间，上阀门块、下阀门块分别固定在旋转盘与外壳接头之间的环形腔内，两个阀门块之间的环形腔为储液腔，储液腔相对应的旋转盘上均匀设置旋转射流孔，上阀门块、下阀门块分别成对设置进水孔与橡胶槽，各进水孔均与储液腔相通，各橡胶槽分别通过橡胶孔与外壳内腔相通，橡胶开关的开关杆上设置进液槽，开关头与橡胶槽之间设置进水弹簧；外壳接头内壁设置两个滑动块，每个滑动块向下滑动时分别将其下方的一组橡胶孔堵住，滑块突起的下端面与滑动槽之间设置启动弹簧。本发明射流停止，旋转也随之停止，自动关闭，不会给正常钻井过程带来干扰。

Description

射流式井眼清洗工具

技术领域：

本发明涉及的是石油工程领域中井眼清洗装置，具体涉及的是一种射流式井眼清洗工具。

背景技术：

水平井、大位移井等复杂结构井可以最大限度地增大储层泄油面积，提高油气采收率，广泛应用于海洋油气田开发、老油田稳产增产和低渗透油气田开发。而水平井和大位移井普遍存在岩屑堆积形成岩屑床的问题，岩屑床的存在会减小环空间隙，容易造成蹩泵、黏附卡钻的可能性。在钻具偏离井眼中心严重的区域，由于岩屑床的形成和存在，钻具的扭矩增大，上提、下放困难，钻压不能全部加在钻头上，钻井速度下降，影响整个施工，这样会增加钻井时间，增大钻井作业成本。

长期以来，国内外学者对大斜度井段井眼清洁问题展开了大量研究，并取得一定成果，但岩屑运移过程复杂，影响因素众多，难以准确预测岩屑启动速度和岩屑悬浮速度，同时钻杆旋转对环空流场的作用机制也不明确，很难定量评价钻杆转速对抑制岩屑床的作用效果。与钻杆旋转对岩屑运移影响类似，在机械法清除岩屑床方面，尽管有各种形式的井眼清洁工具出现，但由于旋转作用机理不清，很难定量评价工具结构对悬浮岩屑的有效性。因此，发明全新的岩屑清洗工具是提高关键井段的钻井液携岩效率、保持井眼清洁的关键，同时也是水平井、大位移井提高机械钻速和安全钻进的重要技术保障。

发明内容：

本发明的目的是提供一种射流式井眼清洗工具，这种射流式井眼清洗工具用于解决钻井过程中随着岩屑床的形成而产生的摩阻增加、增加钻井时间、增大钻井作业成本的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种射流式井眼清洗工具包括外壳接头、阀门块、滑动块、橡胶开关、旋转盘、下接头；下接头紧固在外壳接头下端，旋转盘设置在外壳接头的台阶与下接头上端面之间，旋转盘两端与外壳接头之间分别安装转换轴承，上阀门块、下阀门块分别固定在旋转盘与外壳接头之间的环形腔内，上阀门块、下阀门块分别相接于一个转换轴承，两个阀门块之间的环形腔为储液腔，储液腔相对应的旋转盘上均匀设置旋转射流孔，上阀门块、下阀门块分别成对设置进水孔与橡胶槽，各进水孔均与储液腔相通，各橡胶槽分别与外壳接头上相应的橡胶孔相通，各橡胶孔均与外壳内腔相通，橡胶开关的开关头位于橡胶槽内，橡胶开关的开关杆位于橡胶孔内，开关杆上均匀设置轴向的进液槽，开关头与橡胶槽之间设置进水弹簧；外壳接头内壁设置两个滑动块，滑动块为圆筒形的，每个滑动块向下滑动时分别将其下方的一组橡胶孔堵住，每个滑动块上端外壁均匀设置滑块突起，每个滑块突起位于外壳接头内壁的滑动槽中，滑块突起的下端面与滑动槽之间设置启动弹簧。

上述方案中每个滑动槽的下端均设置一个滑道，各滑道沿外壳接头内壁轴向设置，并延伸到外壳接头下端口，便于滑动块的安装。

上述方案中上阀门块、下阀门块均为两段式空心圆柱结构，其外凸起的外径与旋转盘的内部台阶相匹配，阀门块被旋转盘卡住，限制其轴向的运动。

上述方案中滑动块是一个两段式空心圆柱结构，滑动块内径小于外壳接头内径，形成一个液压承受面，液压承受面承受着流体形成的液压，当压力大于启动弹簧所提供的弹力时，滑动块将会产出向下的移动，从而堵住橡胶孔，阻止流体进入储液腔中。

上述方案中旋转盘为一个三段式空心圆柱接头，内径分为三段，首尾两端内径相同，中间段内径小于首尾两端内径，便于限制转换轴承和阀门块的轴向运动。

上述方案中旋转盘设置有1-4个旋转射流孔，旋转射流孔为斜向的。

上述方案中上阀门块上端内壁设置润滑槽，润滑槽延伸至上阀门块上端口；下阀门块下端内壁设置润滑槽，润滑槽延伸至下阀门块下端口，润滑槽用于储存转换轴承的润滑油，增加工具的寿命，并且采用间隙密封，达到了工程上所要求的密封要求。

上述方案中上阀门块有1-4个橡胶槽，1-4个进水孔，与上阀门块橡胶槽相应的橡胶孔为1-4个；下阀门块有1-4个橡胶槽，1-4个进水孔，与下阀门块橡胶槽相应的橡胶孔为1-4个。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明参照旋转烟花的设计，利用力偶矩和滚动轴承，设计了一个利用水射流给旋转喷射装置提供一对力偶矩，使其不依靠外力而自身旋转。此装置，射流停止，旋转也随之停止，自动关闭，不会给正常钻井过程带来干扰。

2、本发明利用启动弹簧和进水弹簧的弹性压缩系数的不同，可以通过压力的调控来控制需要打开的旋转喷射装置。不仅可以对岩屑床严重或者阻力较大的地方进行清洗，同时也可以通过对压力的逐步增加，来实现旋转喷射装置逐一打开和关闭，从而实现对全部井段的清洗工作。

3、本发明通过结合改变流态和机械除岩措施，利用旋转的水射流给岩屑颗粒一个切向力，使其产生横向运动，进入钻井液高速区。并且通过水射流给环空中流体扰动，使其携屑能力增强。两种方法相结合，达到一个洗井的最佳效果。

4、本发明结构简单，易于实现，成本较低，便于在油田现场的推广应用。

四、附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中外壳接头的结构示意图；

图3是本发明中外壳接头的侧视图；

图4是本发明中半个阀门块的立体图；

图5是图4的侧视图；

图6是本发明中橡胶开关的结构示意图；

图7是本发明中旋转盘的结构示意图；

图8是本发明中旋转盘的剖视图；

图9是本发明中滑动块的结构示意图。

图中，1.外壳接头、2.转换轴承、3.阀门块、4.滑动块、5.启动弹簧、6.旋转盘、7.橡胶开关、8.进水弹簧、9.下接头、10.储液腔、11.橡胶孔、13.滑动槽、14.滑道、16.母扣、17.橡胶槽、18.进水孔、19.润滑槽、20.进液槽、21.旋转射流孔、22.液压承受面、23滑块凸起。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种射流式井眼清洗工具包括外壳接头1、阀门块3、滑动块4、橡胶开关7、旋转盘6、下接头9；下接头9通过螺纹紧固在外壳接头1下端，下接头见图9，外壳接头1上端具有母扣16，旋转盘6设置在外壳接头1的台阶与下接头9上端面之间，旋转盘6两端与外壳接头1之间分别安装转换轴承2，上阀门块、下阀门块分别固定在旋转盘6与外壳接头1之间的环形腔内，上阀门块、下阀门块分别相接于一个转换轴承2，两个阀门块3之间的环形腔为储液腔10，储液腔10相对应的旋转盘上均匀设置旋转射流孔21，上阀门块成对设置进水孔18与橡胶槽17，各进水孔18均与储液腔10相通，各橡胶槽17分别与外壳接头上部一组橡胶孔11一一对应且相通，这组橡胶孔11分布于同一平面上，这组橡胶孔11均与外壳内腔相通，橡胶开关7的开关头位于橡胶槽17内，橡胶开关7的开关杆位于橡胶孔11内，开关杆上均匀设置轴向的进液槽20，开关头与橡胶槽17之间设置进水弹簧8；下阀门块成对设置进水孔18与橡胶槽17，各进水孔18均与储液腔10相通，各橡胶槽17分别与外壳接头下部一组橡胶孔11一一对应且相通，这组橡胶孔11分布于同一平面上，这组橡胶孔11均与外壳内腔相通，橡胶开关7的开关头位于橡胶槽17内，橡胶开关7的开关杆位于橡胶孔11内，开关杆上均匀设置轴向的进液槽20，开关头与橡胶槽17之间设置进水弹簧8。外壳接头1内壁设置两个滑动块4，滑动块4为圆筒形的，每个滑动块4向下滑动时分别将其下方的一组橡胶孔11堵住，每个滑动块4上端外壁均匀设置滑块突起23，每个滑块突起23位于外壳接头内壁的滑动槽13中，滑块突起23的下端面与滑动槽13之间设置启动弹簧5。

如图2、图3所示，外壳接头1内侧装有两组滑道14，每个滑道14的顶端都有一个滑动槽13，以方便安装滑动块4；滑道14分成两组，以便于分开装入两个滑动块4。如图9所示，滑动块4是一个两段式空心圆柱结构，它的内径小于外壳接头内径，形成一个液压承受面，滑动块4外缘具有滑块凸起23，依次把两个滑动块4上的滑块凸起23与外壳接头1上的第一滑道和第二滑道相配合，将滑动块4滑移到外壳接头1的滑动槽13中，外壳接头1对应滑动槽13的部位安装有启动弹簧5，用启动弹簧5和滑动槽13控制滑动块4的滑动距离，当滑动块4的液压承受面22的压力大于启动弹簧5的支撑力时，滑动块4向下轴向移动，堵住外壳接头1上的橡胶孔11，阻止液流进入储液腔10中。

本发明中阀门块3有上阀门块和下阀门块，如图4、图5所示，两个阀门块3是一个两段式空心圆柱结构，阀门块3的内部设置有橡胶槽17，阀门块有1-4个橡胶槽，1-4个进水孔，阀门块3设置有润滑槽19，用于储存转换轴承2的润滑油，增加工具的寿命，并且采用间隙密封。两个阀门块3外凸起的外径与旋转盘6的三段式内径相匹配，限制其轴向的运动。

如图6所示，橡胶开关7的开关杆设置一组进液槽20，当液压大于一定值时，橡胶开关7径向移动，此时，液体依次通过橡胶开关7的进液槽20和阀门块3的进水孔18，进入到储液腔10中。

如图7、图8所示，旋转盘有1-4个斜向的旋转射流孔21，当流体从储液腔10流入到斜向射流孔，形成喷设射流，将会形成力偶矩，促使旋转盘6旋转，从而形成旋转的喷射射流，便于清理岩屑，进行岩屑床的清洗。

转换轴承2安装在旋转盘6和外壳接头1之间，有助于减少旋转盘6在水射流下旋转时产生的摩擦。

本发明的工作过程为：

1. 正常钻井时，液体正常通过。射流式井眼清洗工具由于压力不足处于正常状态。

2. 当岩屑床沉积较多，钻井阻力较大时，停钻，投球憋压，随着压力上升，橡胶开关7在液压的作用下径向移动，液体流经橡胶开关7的进液槽20和阀门块3的进水孔18，进入到储液腔10中。液流从旋转盘6的旋转射流孔21喷射出来，形成力偶距。在力偶距的作用下一边喷射一边旋转。

3. 当岩屑床清洗完成后，再次投球憋压，滑动块4的液压承受面22承受着来流的液压，发生轴向运动，堵住了上接头的橡胶存放孔，阻碍了流体流入到储液腔10中。由于没有液体的流动，射流式井眼清洗工具不再旋转。

4. 射流式井眼清洗工具中的启动弹簧5和进水弹簧8的弹性系数不同，且k启动弹簧大于k进水弹簧。k进水弹簧决定着射流式井眼清洗工具的开启，k启动弹簧决定着射流式井眼清洗工具的关闭系统的开启。因此射流式井眼清洗工具具有一个运行压力范围。通过在井口调控压力值，即可让任意的喷射装置工作，从而清洗任意井段的岩屑。

5. 每一个旋转喷射装置都存在运行压力范围。我们利用这个范围，通过井口的压力控制，可以智能的打开需要清洗岩屑床的井段，对任意井段进行清洗；也可以通过压力的依次增加，实现旋转喷射装置的依次打开和关闭，从而实现对全井段进行清洗。

Claims (8)

1.一种射流式井眼清洗工具，其特征在于：这种射流式井眼清洗工具包括外壳接头（1）、阀门块（3）、滑动块（4）、橡胶开关（7）、旋转盘（6）和下接头（9）；阀门块（3）包括上阀门块、下阀门块，下接头（9）紧固在外壳接头（1）下端，旋转盘（6）设置在外壳接头（1）的台阶与下接头（9）上端面之间，旋转盘（6）两端与外壳接头（1）之间分别安装转换轴承（2），上阀门块、下阀门块分别固定在旋转盘（6）与外壳接头（1）之间的环形腔内，上阀门块、下阀门块分别相接于一个转换轴承（2），两个阀门块（3）之间的环形腔为储液腔（10），储液腔（10）相对应的旋转盘（6）上均匀设置旋转射流孔（21），上阀门块、下阀门块分别成对设置进水孔（18）与橡胶槽（17），各进水孔（18）均与储液腔（10）相通，各橡胶槽（17）分别与外壳接头（1）上相应的橡胶孔（11）相通，各橡胶孔（11）均与外壳内腔相通，橡胶开关（7）的开关头位于橡胶槽（17）内，橡胶开关（7）的开关杆位于橡胶孔（11）内，开关杆上均匀设置轴向的进液槽（20），开关头与橡胶槽（17）之间设置进水弹簧（8）；外壳接头（1）内壁设置两个滑动块（4），滑动块（4）为圆筒形，每个滑动块（4）向下滑动时分别将其下方的一组橡胶孔（11）堵住，每个滑动块（4）上端外壁均匀设置滑块突起（23），每个滑块突起（23）位于外壳接头内壁的滑动槽（13）中，滑块突起（23）的下端面与滑动槽（13）之间设置启动弹簧（5）。

2.根据权利要求1所述的射流式井眼清洗工具，其特征在于：所述的每个滑动槽（13）的下端均设置一个滑道（14），各滑道（14）沿外壳接头（1）内壁轴向设置，并延伸到外壳接头（1）下端口。

3.根据权利要求2所述的射流式井眼清洗工具，其特征在于：所述的上阀门块、下阀门块均为两段式空心圆柱结构，其外凸起的外径与旋转盘（6）的内部台阶相匹配，阀门块（3）被旋转盘（6）卡住。

4.根据权利要求3所述的射流式井眼清洗工具，其特征在于：所述的滑动块（4）是一个两段式空心圆柱结构，滑动块（4）内径小于外壳接头（1）内径，形成一个液压承受面（22）。

5.根据权利要求4所述的射流式井眼清洗工具，其特征在于：所述的旋转盘（6）为一个三段式空心圆柱接头，内径分为三段，首尾两端内径相同，中间段内径小于首尾两端内径。

6.根据权利要求5所述的射流式井眼清洗工具，其特征在于：所述的旋转盘（6）设置有1-4个旋转射流孔（21），旋转射流孔（21）为斜向的。

7.根据权利要求6所述的射流式井眼清洗工具，其特征在于：所述的上阀门块上端内壁设置润滑槽（19），润滑槽（19）延伸至上阀门块上端口；下阀门块下端内壁设置润滑槽（19），润滑槽（19）延伸至下阀门块下端口。

8.根据权利要求7所述的射流式井眼清洗工具，其特征在于：所述的上阀门块有1-4个橡胶槽（17），1-4个进水孔（18），与上阀门块橡胶槽（17）相应的橡胶孔（11）为1-4个；下阀门块有1-4个橡胶槽（17），1-4个进水孔（18），与下阀门块橡胶槽（17）相应的橡胶孔（11）为1-4个。

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