CN110344772A - 一种反循环钻井循环通道切换短节 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种反循环钻井循环通道切换短节，属于钻井工具领域，包括上接头、橡胶塞和换向芯轴；上接头具有相对设置的第一端和第二端；橡胶塞套设在上接头外侧，第一端与橡胶塞之间形成排出环空，第二端与橡胶塞之间形成流入环空；上接头内设置有连通钻井液供给通道的导流空间；换向芯轴设置在导流空间内，将导流空间分离成换向芯轴与导流空间内壁之间的入流通道，和换向芯轴内部的出流通道；入流通道、流入环空、出流通道和排出环空依次连通。可实现裸眼段的反循环钻井，地面设备不需要更改调整，对常规钻井施工工艺无影响，井底裸眼段环空无岩屑，降低钻进摩阻，有利于提速、降低成本，保障钻井安全。
Description
技术领域
本发明涉及钻井工具领域，具体而言，涉及一种反循环钻井循环通道切换短节。
背景技术
反循环钻井技术是为了解决低压、低渗透、易漏油气藏钻探难题，降低钻进摩阻、保护储层和提高钻井安全性而发展起来的一项钻井技术。该技术一般应用双壁钻杆，通过在钻杆环空注入循环介质，在井底清洗钻头和携带岩屑后，携带岩屑的钻井流体流入钻杆内通道上返至地面，在钻井过程中，破碎的岩屑不进入钻杆与井眼环空，环空中为经过净化处理、性能稳定的钻井流体，压力稳定，能够有效保护储层，保持井壁稳定，降低钻柱摩阻等。但是，由于双壁钻杆成本和生产难度较高，还需要与双壁钻杆配套的地面旋转头防喷器、井下反循环马达、井斜监测工具、井下防喷器和钻头等装备和工具，限制了该技术的应用。
发明内容
本发明提供了一种反循环钻井循环通道切换短节，该短节与常规单壁钻杆配套，除需更换常规钻头为反循环钻头外，其余装备和工具均可正常应用，对常规钻井施工工艺亦无影响。
旨在解决现有技术中反循环钻井循环通道切换短节存在的上述问题。
本发明是这样实现的：
一种反循环钻井循环通道切换短节，包括上接头、橡胶塞和换向芯轴；
所述上接头具有相对设置的第一端和第二端；
所述橡胶塞套设在所述上接头外侧，所述橡胶塞用于设置在套管内部将所述套管内部的环形流道隔离成出液段和入液段，所述橡胶塞最大外径大于所述套管内对应位置的套管内径；
所述第一端与所述橡胶塞之间形成与所述出液段连通的排出环空，所述第二端与所述橡胶塞之间形成与所述入液段连通的流入环空；所述上接头内设置有连通钻井液供给通道的导流空间；
所述换向芯轴设置在所述导流空间内，将所述导流空间分离成所述换向芯轴与所述导流空间内壁之间的入流通道，和所述换向芯轴内部的出流通道；
所述入流通道、所述流入环空、所述出流通道和所述排出环空依次连通；其中，所述流入环空经过井底与所述出流通道流连通。
在本发明的一种实施例中，所述橡胶塞上与所述流入环空的位置形成第一凸环，所述第一凸环用于紧贴所述套管内壁，隔离所述出液段和所述入液段；
在本发明的一种实施例中，所述橡胶塞上与所述排出环空的位置形成第二凸环，所述第二凸环用于紧贴所述套管内壁，隔离所述出液段和所述入液段。
在本发明的一种实施例中，所述导流空间靠近所述第一端的一端形成连接所述钻井液供给通道的入口端，所述换向芯轴具有与所述入口端对应的换向端，所述换向芯轴的环向外侧与所述导流空间的内壁之间形成所述环向导流道，所述换向端与所述入口端紧贴设置并设置有连通所述钻井液供给通道和所述环向导流道的多个导流槽。
在本发明的一种实施例中，所述换向端与所述入口端紧贴设置的面形成密封面，所述换向端与所述密封面对应的位置设置有第一通孔，所述上接头与所述密封面对应的位置设置有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔贯通形成连通所述出流通道和所述排出环空的第一导流孔。
在本发明的一种实施例中，所述导流空间具有靠近所述第二端的出口端，所述上接头在所述出口端设置有连通所述环向导流道和所述流入环空的第二导流孔。
在本发明的一种实施例中，在所述入口端的环向设置有多个接入槽，相邻两个所述接入槽之间形成密封脊，所述换向端设置与所述密封脊紧贴的所述密封面，所述密封面和所述密封脊之间设置有用于加强密封的密封垫。
在本发明的一种实施例中，所述换向芯轴在远离所述入口端的一端设置有防转键，所述上接头内设置有与所述防转键配合的防转槽。
在本发明的一种实施例中，还包括下接头，所述下接头设置在所述第二端，所述下接头具有与所述出流通道同轴的延长通道。
在本发明的一种实施例中，所述橡胶塞在所述上接头外表面整体硫化成形。
本发明的有益效果是：通过本发明提供的反循环钻井循环通道切换短节可以实现裸眼段的反循环钻井，地面设备不需要更改调整，对常规钻井施工工艺无影响，井底裸眼段环空无岩屑，降低钻进摩阻，有利于提速、降低成本，保障钻井安全。这种反循环钻井循环通道切换短节流道通过橡胶塞可以与套管的配合实现套管的分段，而使得单根套管内的出液段和入液段分别具有不同的流向，既可以实现钻井液的供给，也可以实现带岩屑钻井液的回流。橡胶塞与排出环空和流入环空对应的位置分别设置用于紧贴套管内壁的第一凸环和第二凸环。由于排出环空和流入环空内均形成一定的液压，因此还可以进一步推动第一凸环和第二凸环对套管内壁形成挤压力，加强密封性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的反循环钻井循环通道切换短节的第一视角的结构示意图；
图2是图1中A-A向的剖视图；
图3是本发明实施方式提供的反循环钻井循环通道切换短节的第二视角的结构示意图；
图4是图3中B-B向的剖视图；
图5本发明实施方式提供的上接头的结构示意图；
图6是图5中C-C向的剖视图；
图7是本发明实施方式提供的换向芯轴的结构示意图；
图8是本发明实施方式提供的密封垫的结构示意图；
图9是本发明实施方式提供的橡胶塞的结构示意图；
图10是图9中D-D向的剖视图；
图11是本发明实施方式提供的反循环钻井循环通道切换短节安装到套管内时的流体流动方向示意图；
图12是图11中反循环钻井循环通道切换短节部分的流体流动方向示意图。
图标：001-反循环钻井循环通道切换短节；100-上接头；200-橡胶塞；300-换向芯轴；400-下接头；101-第一端；103-第二端；110-排出环空；130-流入环空；150-导流空间；310-入流通道；330-出流通道；301-换向端；350-导流槽；331-第一通孔；111-第二通孔；370-第一导流孔；170-第二导流孔；500-密封垫；303-防转键；410-延长通道；430-密封圈；190-扶正块；191-耐磨硬质合金柱；210-定位孔；600-套管；610-工作孔；611-出液段；613-入液段；700-钻杆；800-钻头；810-钻头水眼；230-第一凸环；250-第二凸环。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
本实施例提供了一种反循环钻井循环通道切换短节001，请参阅图1、图2、图3和图4，这种反循环钻井循环通道切换短节001包括上接头100、橡胶塞200、换向芯轴300和下接头400。
请参阅图11和图12，这种反循环钻井循环通道切换短节001安装在套管600内。具体的，套管600内设置有工作孔610，工作孔610内安装钻杆700和反循环钻井循环通道切换短节001，套管600与钻杆700之间形成环形流道，而由于橡胶塞200与工作孔610的内壁紧贴设置，即橡胶塞200最大外径大于套管600内对应位置的套管600内径，通过橡胶塞200将环形通道隔离成出液段611和入液段613。进一步的，这种反循环钻井循环通道切换短节001的一个通道与入液段613相通向裸眼内供给钻井液，然后通过同一段反循环钻井循环通道切换短节001隔离出的另一个通道与出液段611相通用于钻井液的回流。
请参阅图5和图6，在本实施例中，上接头100具有相对设置的第一端101和第二端103；橡胶塞200套设在上接头100外侧，第一端101与橡胶塞200之间形成排出环空110，排出环空110与出液段611直接连通，第二端103与橡胶塞200之间形成流入环空130，流入环空130与入液段613直接连通；上接头100内设置有连通钻杆700形成的钻井液供给通道的导流空间150；换向芯轴300设置在导流空间150内，将导流空间150分离成换向芯轴300与导流空间150内壁之间的入流通道310，和换向芯轴300内部的出流通道330；在与出流通道330连通的钻杆700的端头还设置有用于钻井的钻头800，钻头800上设置有钻头水眼810。入流通道310、流入环空130、入流通道310和排出环空110依次连通，其中，流入环空130经过井底通过钻头水眼810后与入流通道310间接连通。
总体的钻井液流动通道为：从钻井液供给通道经由入流通道310流入到流入环空130中，由流入环空130进入到入液段613，再从入液段613带到裸眼中，裸眼中带入部分岩屑的钻井液通过钻头水眼810后，再经过与出流通道330连通的钻杆700内部进入到出流通道330，最后从出流通道330经由排出环空110进入到出液段611，最后再从出液段611排出。
在本实施例中，导流空间150靠近第一端101的一端形成连接钻井液供给通道的入口端，换向芯轴300具有与入口端对应的换向端301，换向芯轴300的环向外侧与导流空间150的内壁之间形成环向导流道，换向端301与入口端紧贴设置并设置有连通钻井液供给通道和环向导流道的多个导流槽350。
钻井液从钻井液供给通道经过导流槽350进入环向导流道内，环形导流道形成上述的入流通道310。
请参阅图1和图7，具体的，换向芯轴300的换向端301与导流空间150的入口端的内壁紧贴设置的面形成密封面，换向端301与密封面对应的位置设置有第一通孔331，上接头100与密封面对应的位置设置有第二通孔111，第一通孔331和第二通孔111贯通形成连通出流通道330和排出环空110的第一导流孔370。
第一导流孔370由于设置在密封面内，因此与导流槽350直接隔离。通过第一导流孔370，可以将出流通道330和排出环空110连通。由于第一导流孔370和导流槽350的隔离设计即直接实现了换向芯轴300设置在导流空间150内，将导流空间150分离成换向芯轴300与导流空间150内壁之间的入流通道310，和换向芯轴300内部的出流通道330；进一步使得入流通道310和出流通道330具有完全相反的两个流向。位于换向芯轴300外环的环向导流道与钻井液供给通道直接连通，因此，可以使得钻井液的供给通过外侧的环向导流道完成，而钻井液的收集由换向芯轴300内部的出流通道330完成。
具体的，导流空间150具有靠近第二端103的出口端，上接头100在出口端设置有连通环向导流道和流入环空130的第二导流孔170。
在本实施例中，为了提高橡胶塞200对工作孔610密封性能，保证工作时出液段611和入液段613保持直接的隔离，橡胶塞200靠近第一端101的位置形成第一凸环230，即橡胶塞200在与排出环空110对应的外侧形成第一凸环230，第一凸环230紧贴工作孔610内壁。橡胶塞200靠近第二端103的位置形成第二凸环250，即橡胶塞200在与流入环空130对应的外侧形成第一凸环230，第二凸环250用于紧贴工作孔610内壁。由于排出环空110和流入环空130内均形成一定的液压，因此还可以进一步推动第一凸环230和第二凸环250对工作孔610内壁形成挤压力，加强密封性能。
因此，请参阅图11和图12，具体的钻井液流动通道为：从钻井液供给通道通过导流槽350进入到环向导流道形成的入流通道310内，再从由入流通道310经由第二导流孔170流入到流入环空130中，由流入环空130进入到入液段613，再从入液段613带到裸眼中，再从裸眼带入部分岩屑通过钻头水眼810后，再经过与出流通道330连通的钻杆700内部进入到出流通道330，最后从出流通道330经由第一导流孔370进入到排出环空110，从排出环空110进入到出液段611，最后再从出液段611排出。
请参阅图7和图8，在本实施例中，在导流空间150内壁的入口端的环向设置有多个接入槽，相邻两个接入槽之间形成密封脊，换向端301设置与密封脊紧贴的密封面，密封面和密封脊之间设置有用于加强密封的密封垫500，密封垫500的设置可以加强密封效果。
需要说明的是，在部分替换实施例中，也可以将接入槽设置到换向芯轴300的换向端301的周向上，而在导流空间150内壁的入口端平滑设置。这样的设置可以达到类似的效果，但是会使得换向芯轴300的换向端301整体强度急速下降，降低使用寿命。
由于第一通孔331和第二通孔111需要精确对位，且在使用过程中不得位移错位。因此在换向芯轴300在远离入口端的一端设置有防转键303，上接头100内设置有与防转键303配合的防转槽，防转键303和防转槽配合设置可以避免换向芯轴300转动错位。
下接头400设置在第二端103，下接头400具有与出流通道330同轴的延长通道410。下接头400的一端插入上接头100第二端103设置的安装孔中。
在换向芯轴300远离入口端的一端与上接头100之间设置有两个密封圈430。通过密封圈430提高密封性能，避免钻井液从环向导流道经由安装孔流出。
请参阅图5、图9和图10，为了提高的整个反循环钻井循环通道切换短节001的耐磨性，也为了安装橡胶塞200后橡胶塞200的定位，上接头100的外环上周向设置有多个扶正块190，橡胶塞200设置有与扶正块190对应的定位孔210。扶正块190从定位孔210伸出，可以对橡胶塞200进行定位，而扶正块190直接接触工作孔610的内壁，在使用过程中反循环钻井循环通道切换短节001与工作孔610内壁相对位移时，通过扶正块190提高反循环钻井循环通道切换短节001的整体耐磨性。
在本实施例中，橡胶塞200使用模具通过硫化工艺直接成型在上接头100的外侧。在成型后形成定位孔210。
在本实施例中，扶正块190内至少镶嵌一根耐磨硬质合金柱191，耐磨硬质合金柱191从扶正块190远离导流空间150的一端伸出。通过耐磨硬质合金柱191可以进一步提高耐磨性。
通过本发明提供的反循环钻井循环通道切换短节001可以实现裸眼段的反循环钻井，地面设备不需要更改调整，对常规钻井施工工艺无影响，井底裸眼段环空无岩屑，降低钻进摩阻，有利于提速、降低成本，保障钻井安全。这种反循环钻井循环通道切换短节001通过橡胶塞200可以与套管600的配合实现套管600的分段，而使得单根套管600内的出液段611和入液段613分别具有不同的流向，既可以实现钻井液的供给，也可以实现带岩屑钻井液的回流。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，包括上接头、橡胶塞和换向芯轴；
所述上接头具有相对设置的第一端和第二端；
所述橡胶塞套设在所述上接头外侧，所述橡胶塞用于设置在套管内部将所述套管内部的环形流道隔离成出液段和入液段，所述橡胶塞最大外径大于所述套管内对应位置的套管内径；
所述第一端与所述橡胶塞之间形成与所述出液段连通的排出环空，所述第二端与所述橡胶塞之间形成与所述入液段连通的流入环空；所述上接头内设置有连通钻井液供给通道的导流空间；
所述换向芯轴设置在所述导流空间内，将所述导流空间分离成所述换向芯轴与所述导流空间内壁之间的入流通道，和所述换向芯轴内部的出流通道；
所述入流通道、所述流入环空、所述出流通道和所述排出环空依次连通；其中，所述流入环空经过井底与所述出流通道流连通。
2.根据权利要求1所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，所述橡胶塞上与所述流入环空的位置形成第一凸环，所述第一凸环用于紧贴所述套管内壁，隔离所述出液段和所述入液段。
3.根据权利要求1所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，所述橡胶塞上与所述排出环空的位置形成第二凸环，所述第二凸环用于紧贴所述套管内壁，隔离所述出液段和所述入液段。
4.根据权利要求1所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，所述导流空间靠近所述第一端的一端形成连接所述钻井液供给通道的入口端，所述换向芯轴具有与所述入口端对应的换向端，所述换向芯轴的环向外侧与所述导流空间的内壁之间形成组成所述入流通道的环向导流道，所述换向端与所述入口端紧贴设置并设置有连通所述钻井液供给通道和所述环向导流道的多个导流槽。
5.根据权利要求4所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，所述换向端与所述入口端紧贴设置的面形成密封面，所述换向端与所述密封面对应的位置设置有第一通孔，所述上接头与所述密封面对应的位置设置有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔贯通形成连通所述出流通道和所述排出环空的第一导流孔。
6.根据权利要求4所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，所述导流空间具有靠近所述第二端的出口端，所述上接头在所述出口端设置有连通所述环向导流道和所述流入环空的第二导流孔。
7.根据权利要求5所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，在所述入口端的环向设置有多个接入槽，相邻两个所述接入槽之间形成密封脊，所述换向端设置与所述密封脊紧贴的所述密封面，所述密封面和所述密封脊之间设置有用于加强密封的密封垫。
8.根据权利要求4所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，所述换向芯轴在远离所述入口端的一端设置有防转键，所述上接头内设置有与所述防转键配合的防转槽。
9.根据权利要求1所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，还包括下接头，所述下接头设置在所述第二端，所述下接头具有与所述出流通道同轴的延长通道。
10.根据权利要求1所述的反循环钻井循环通道切换短节，其特征在于，所述橡胶塞在所述上接头外表面整体硫化成形。
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