CN110700762A - 随钻钻头泥包冲洗辅助器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及随钻钻头泥包冲洗辅助器，包括上接头和下接头，下接头可伸缩地套设在上接头下部，上接头上端与钻柱通过丝扣相连，下接头下端与钻头通过丝扣相连；所述上接头沿轴心开有中心管道，中心管道分别与钻具的中心孔、钻头的内孔相通，中心管道的侧壁开有分流孔；下接头的下端安装有可更换压盖，压盖上可以安和钻头排屑槽数量相同的喷嘴数，当上接头分流孔和下接头的引流孔的相通时，从外部对钻头进行清洗，当正常钻进时引流孔和分流孔关闭，钻井液完全从钻头通过。本发明达到的有益效果是：在未对钻头加钻压时，对准钻头排屑槽从上往下冲洗，冲洗效果好、易清除泥包，纯机械结构设计，可靠性高，且通过安装过滤网塞防止钻头水眼堵塞。
Description
技术领域
本发明涉及井下钻井设备技术领域，尤其是属于石油、天然气、及煤层气和地质勘探开发钻井的井下工具，特别适宜解决因油气勘探地质钻井中钻头的泥包问题和钻头水眼被堵的问题。
背景技术
在油气或天然气开采时，在钻进、起下钻的过程中都会发生钻头泥包和水眼被堵塞的情况，这是无法避免的情况。以实际情况为例，2019年由新疆某钻探公司承钻的四川西南油气田的某井，在500~1000m时，使用5~6刀翼钻头，钻压在8~14吨，，密度为1.2~1.45g/cm3，漏斗粘度为50S的氯化钾聚合物钻井液，对砂岩夹泥岩钻井；在井眼钻进过程中，发生的钻头泥包事件多达5次；具体表现为，钻时基本在3~10分钟一米，突然变慢至30~60分钟一米，到后来则更加慢，直到打不动，被迫起钻，起出钻头严重泥包，严重影响油气勘探开发的速度。
泥包产生的因素，有很多种原因，大致分为地质因素、泥浆性能因素、工程技术及操作因素，钻头选型因素等。当出现泥包时，钻头受泥包影响牙齿“吃入”地层程度减小，导致其钻取力不能正常发挥，钻速变慢，严重时钻不动，没有进尺，只能被迫起钻，增加成本和劳动强度。起下钻出现“拔活塞”现象；起钻灌不进泥浆，产生抽吸，造成井下液柱压力降低，地层的油气水进入井筒内，造成井下垮塌，严重引起井喷着火的恶果；同时污染泥浆；下钻时又容易造成井下压力波动，井壁不稳定产生掉块及压漏地层造成井漏。发生钻头泥包后，还有可能造成环空阻塞从而引起卡钻事故。
另外，当泥浆泵的活塞和凡尔胶皮、水龙带及螺杆的胶皮及泥浆中的杂物将钻头水眼堵塞时，也可能造成钻头泥包，还可能造成泥浆泵钻具憋压损坏。
目前，无论国内还是国外在处理钻头泥包时，都是在井眼不同深度及不同方向处，反复空转和大排量循环，将泥包脱去。但是这种方式效果非常差，泥包在何时脱去、会不会脱去，全都是未知的，因此整个处理泥包的过程非常漫长。
而有的公司采用在钻头排屑槽处设置水眼，对排屑处的泥包进行冲洗，但是这些方式都是理论上的，缺乏实际经验，实际使用过程中没有效果。这是因为当一个排屑槽处的水眼被泥包堵塞时，用以冲洗的钻井液完全可以从其他未泥包的排屑槽的流出，因此被堵塞的排屑槽处的水眼并不会有多大力度的冲洗。
为此，申请人根据自身多年以来的实际工作经验和技术积累，设计一种随钻钻头泥包冲洗辅助器，力求实用，以解决上述难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供对准钻头排屑槽从上往下冲洗、易清除泥包、冲洗效果好、又防钻头泥包、纯机械结构设计、是可靠性高的随钻钻头泥包冲洗辅助器。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：随钻钻头泥包冲洗辅助器，包括上接头和下接头，下接头可伸缩地套设在上接头下部，上接头上端与钻柱相连，下接头下端与钻头相连；
所述上接头沿轴心开有中心管道，中心管道分别与钻柱的中心孔、钻头的冲洗孔相连通，中心管道的侧壁开有分流孔；
所述下接头的周向开有与钻头排屑槽位置相对的引流孔，在未给钻头加压时（即钻头离开井底时）上接头与下接头为伸缩状态时分流孔孔与引流孔连通从而实现对钻头排屑槽处的冲洗，在给钻头加压钻进中上接头与下接头为压缩状态时分流孔关闭，钻井液全部从钻头水眼流出不影响钻进。
进一步地，所述的下接头以花键结构套设在上接头上，且两者之间设置有实现上下伸缩的弹簧A。
优选地，所述的上接头的外侧面具有上肩台和下肩台，上接头中心管道的进口处还设置有过滤网塞；下接头回缩时抵在下肩台处，且弹簧A设置在下肩台和下接头上端面之间。
进一步地，所述的下接头呈管壳体状，其内孔分为上部、中部和下部三部分且三者内径依次增大，上部和中部连接处为阶梯孔状，中部和下部连接处为锥孔状；
所述内孔，上部为花键结构且和上接头上下滑动、能传递扭矩配合安装，下部通过内螺纹与钻头配合安装。
进一步地，所述的中心管道下部的侧壁处还设置有伸缩滑杆，伸缩滑杆通过弹簧B抵在内孔锥面状的阶梯台上，当上提钻具时上接头的中心管带动伸缩滑杆向内移动时减小中心管道流向钻头水眼的流量。
进一步地，所述的中心管道下部的侧壁处还设置有伸缩滑杆，内孔的锥孔处开有榫形状的滑槽，伸缩滑杆的外端头呈榫头状且与滑槽配合安装，伸缩滑杆通过套设弹簧B实现伸缩，当上接头向上移动时伸缩滑杆向内移动减小中心管道流向钻头水眼的流量。
所述的下接头的引流孔的出口处还设置有喷嘴，喷嘴与钻头排屑槽位置相对。
进一步地，所述的下接头下端外部拧有压盖，压盖下壁开有与钻头排屑槽对应的多个水孔；压盖为常用更换件，可设4-8个安装喷嘴的孔，现场可根据钻头排屑槽数量选用，引流孔的出口为大径安装孔，喷嘴安装在其内且从水孔伸出。
优先地，所述的喷嘴的上部外套设有压盘，喷嘴外柱面套设有弹簧C，弹簧C分别抵在压盖和压盘之间，引流孔有冲洗液时压盘将喷嘴往下压从而使喷嘴更靠近钻头排屑槽。
优选地，所述的引流孔的进口处为阔口状。
本发明具有以下优点：
（1）正对钻头排屑槽处的冲洗的结构方式，即便在在下钻中形成泥包也能良好地冲洗及时处理钻头泥包恢复正常钻进；在接单根时，能很好的预防钻头泥包，其实用性好，冲洗效果好；
（2）上接头和下接头的伸缩设计结构巧妙，下钻时不冲洗，而每次提钻时分流孔自动与引流孔连通，实现对钻头拍屑槽处的冲洗，不仅能冲洗泥包而且能避免泥包的形成，这些都是通过纯机械机构来实现的，对于深度很深的井眼而言，可靠性更高；
（3）上接头和下接头直接设置在钻具和钻头之间，且分别与钻柱本身的中心孔、钻头本身的中心孔相连通，本方案适用于现在市面上的各种钻具，无需对钻具进行改进，通用性高；
（4）伸缩滑杆和下接头内锥面阶梯的设置，当提钻时冲洗排屑槽处，能减小流入钻头的流量，增大喷嘴处的冲洗压力，避免钻头泥包；
（5）喷嘴的结构设计成能伸缩时，当冲洗时，更靠近钻头排屑槽，提高冲洗的力度，进一步保证冲洗的效果。
附图说明
图1 为上下接头处于压缩状态的结构示意图；
图2 为下接头下部处的结构示意图；
图3 为喷嘴处的安装结构示意图；
图4 为上接头的结构示意图；
图5 为下接头的结构示意图；
图中：1-上接头，101-中心管道，102-分流孔，2-下接头，201-引流孔，3-弹簧A，4-缓冲限位块，5-伸缩滑杆，6-弹簧B，7-反扣锁紧螺母，8-喷嘴，9-压盖，10-压盘，11-弹簧C，12-过滤网塞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1~5图所示，随钻钻头泥包冲洗辅助器，其设置在钻具和钻头之间，在钻头上方对准钻头的排屑槽处进行冲洗。所述的冲洗辅助器能伸缩，冲洗时出水孔口更靠近钻头排屑槽；且冲洗辅助器的上接头1和下接头2之间设置的伸缩滑杆5能伸缩将上接头中心管水道减小，冲洗时，能减小通过钻头水眼的流量，而增加流入下接头2的分流孔102的流量，加大从上往下对钻头排屑槽的冲洗力。
本方案采用可伸缩的上接头1和下接头2，下接头2可伸缩地套设在上接头1下部，上接头1上端与钻具通过丝扣相连，下接头2下端与钻头通过丝扣相连。下接头2周向设置有多个引流孔201，引流孔201的出口对准钻头的排屑槽，当排屑槽中有泥包时可进行冲洗。如图1所示。
由于钻具本身具有中心孔、钻头也具有中心孔，钻头的水眼与钻头的中心孔相连通。因此本方案中，上接头1沿轴心开有中心管道101，中心管道101与钻柱中心孔相连；下接头2与上接头1形成的空腔与下接头2的中心孔相连通。即液体从钻柱的中心孔流入中心管道101中，再流入上接头1和下接头2的空腔中，然后流入钻头的中心孔中，最后从钻头的水眼流出，如图1所示。
为了实现引流孔201的冲洗，中心管道101的侧壁开有分流孔102，每一个分流孔102对应一个引流孔201，如图2所示。当上接头1与下接头2为伸缩状态时分流孔102与引流孔201连通从而实现对钻头排屑槽处的冲洗；当上接头1与下接头2为压缩状态时分流孔102被下接头2内侧壁关闭。为了便于进水，引流孔201的进口处为阔口状，且上接头1和下接头2的侧壁上在引流孔201进口的上下位置还可以设置密封件（图中未画出）。
本方案中，下接头2呈管壳体状，其内孔分为上部、中部和下部三部分且三者内径依次增大，上部和中部连接处为阶梯孔状，中部和下部连接处为锥孔状。
具体地，所述内孔，上部为花键结构且和上接头1上下滑动，并且这些花键结构还用于传递扭矩，下部通过内螺纹与钻头配合安装。
在中心管道101下部的侧壁处还设置有伸缩滑杆5，内孔的锥孔处开有榫形状的滑槽，伸缩滑杆5的外端头呈榫头状且与滑槽配合安装，伸缩滑杆5通过套设弹簧B6实现伸缩，当上接头1向上移动时伸缩滑杆5向内移动减小中心管道101流向钻头水眼的流量。
本方案中，如图1和图2所示，上接头1的下部呈中心管状，且下部外套有防止下接头2掉落的缓冲限位块4，缓冲限位块4经螺纹拧在上接头下部的反扣锁紧螺母7锁死，缓冲限位块4和下接头2之间还设置有弹簧D（如图1和图2所示）。
在引流孔201的出口处还设置有能伸缩的喷嘴8，喷嘴8伸出时更靠近钻头排屑槽。
优选地，下接头2下端外部拧有压盖9，压盖9下壁开有多个水孔（具有不同水孔数量型号的压盖9可随时根据钻头排屑槽数量4个孔—9个孔进行更换并固定在下接头2处），引流孔201的出口为大径安装孔，喷嘴8安装在引流孔201的大径安装孔内且从水孔伸出；喷嘴8的上部外套设有压盘10，喷嘴8外柱面套设有弹簧C11，弹簧C11分别抵在压盖9和压盘10之间。引流孔201有冲洗液时将喷嘴8往下压从而使喷嘴8更靠近钻头排屑槽。
本实施例中，上接头1的外侧面具有上肩台和下肩台，上接头1中心管道101的进口处还设置有过滤网塞12；下接头2回缩时抵在下肩台处，且弹簧A3设置在下肩台和下接头2上端面之间。上接头1的下肩台的面上和下接头2上端面上均用于容纳弹簧A3的槽孔，弹簧A3可以如图1所示一个弹簧套设设置，也可以多个小径的弹簧A3沿辅助器轴线周向设置。
同时上接头1的下肩台底面、下接头2的上端面之间采用凹凸的台阶面进行接触，保证位置精度。
以上实施例仅表达了本发明的几种优选的方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对本领域技术人员而言，在不脱离本本实用新构思的前提下，所作出的若干变形和改进，均属于本本实用新的保护范围。
Claims (10)
1.随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：设置在钻柱和钻头之间，未加钻压时从上往下对准钻头的排屑槽进行冲洗。
2.根据权利要求1所述的随钻随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的冲洗辅助器能伸缩，冲洗时出水孔口更靠近钻头排屑槽。
3.根据权利要求2所述的随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的冲洗辅助器，冲洗时，能减小钻头本身水眼的流量。
4.根据权利要求3所述的随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的冲洗辅助器能伸缩，包括上接头（1）和下接头（2），下接头（2）可伸缩地套设在上接头（1）下部，上接头（1）上端与钻柱相连，下接头（2）下端与钻头相连；
所述上接头（1）沿轴心开有分别与钻具的中心孔、钻头的内孔相连通的中心管道（101），中心管道（101）的侧壁开有分流孔（102）；
所述下接头（2）的周向开有与钻头排屑槽位置相对的引流孔（201），当上接头（1）与下接头（2）为伸缩状态时分流孔（102）与引流孔（201）连通从而实现对钻头排屑槽处的冲洗，当上接头（1）与下接头（2）为压缩状态时分流孔（102）被下接头（2）内侧壁堵塞。
5.根据权利要求4所述的随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的下接头（2）以花键结构套设在上接头（1）上，且两者之间设置有实现上下伸缩的弹簧A（3）。
6.根据权利要求5所述的随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的上接头（1）的外侧面具有上肩台和下肩台，上接头（1）中心管道（101）的进口处还设置有过滤网塞（12）；
下接头（2）回缩时抵在下肩台处，且弹簧A（3）设置在下肩台和下接头（2）上端面之间。
7.根据权利要求5或6所述的随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的下接头（2）呈管壳体状，其内孔分为上部、中部和下部三部分且三者内径依次增大，上部和中部连接处为阶梯孔状，中部和下部连接处为锥孔状；
所述内孔，上部为花键结构且和上接头（1）上下滑动、能传递扭矩配合安装，下部通过内螺纹与钻头配合安装。
8.根据权利要求7所述的随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的中心管道（101）下部的侧壁处还设置有伸缩滑杆（5），内孔的锥孔处开有榫形状的滑槽，伸缩滑杆（5）的外端头呈榫头状且与滑槽配合安装，伸缩滑杆（5）通过套设弹簧B（6）实现伸缩，当上接头（1）向上移动时伸缩滑杆（5）向内移动减小中心管道（101）流向钻头水眼的流量。
9.根据权利要求8所述的随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的上接头（1）的下部呈中心管状，且下部外套有防止下接头（2）掉落的缓冲限位块（4），缓冲限位块（4）经螺纹拧在上接头下部的反扣锁紧螺母（7）锁死，缓冲限位块（4）和下接头（2）之间还设置有弹簧D。
10.根据权利要求8或9所述的随钻钻头泥包冲洗辅助器，其特征在于：所述的下接头（2）下端外部拧有压盖（9），压盖（9）下壁开有与钻头排屑槽对应的多个水孔；
引流孔（201）的出口为大径安装孔，大径安装孔内设置有喷嘴（8），喷嘴（8）的上部具有压盘（10），喷嘴（8）从水孔中伸出，压盘（10）和压盖（9）之间的喷嘴（8）外套设有实现喷嘴（8）伸缩的弹簧C（11）；
压盘（10）上开有与喷嘴（8）相连通的孔。
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