CN110748311A - 一种脉冲射流岩屑清洗工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲射流岩屑清洗工具，属钻井辅助设备技术领域。它由上接头、壳体、中心管和下接头构成，壳体的一端螺纹安装有上接头，壳体的另一端螺纹安装有下接头，壳体内部通过左轴承和右轴承活动安装有中心管；中心管的一端端头与上接头抵触连接并对应连通，中心管的另一端端头与下接头抵触连接并对应连通；左轴承和右轴承之间的中心管上设置有至少两个导流孔，导流孔与中心管的中心孔相互连通，壳体圆周上设置有与导流孔对应的多个射流孔，导流孔与射流孔间歇连通。该清洗工具能对岩屑床进行清理，防止岩屑积沉，同时增强了清洗工具周围钻井液的紊流程度从而使流体产生更好的携岩效果，避免了岩屑积沉过多造成卡钻的风险。

Description

一种脉冲射流岩屑清洗工具

技术领域

本发明涉及一种脉冲射流岩屑清洗工具，属钻井辅助设备技术领域。

背景技术

在大位移水平井、多分支井等复杂结构井进行石油钻井过程中，岩石被钻头钻碎形成岩屑堆积在井眼环空中，通过循环钻井液被不断的携带到地表。但由于有重力、粘滞阻力和冲击力等作用力的影响非常容易产生岩屑床，如果井内沉积岩屑床厚度过高，将会导致一系列严重的井下问题，如钻压无法有效传递、井下钻具组合摩擦阻力及扭矩增大、机械钻速慢、起下钻遇阻严重造成卡钻、扭断钻具等问题，处理这些井下事故将大幅度降低机械钻速，大幅度增加非生产时间和作业成本。需要在复杂结构井的钻井过程中有较高的井眼清洁效率，使岩屑床的影响降到最低，确保钻具与井眼安全。

现有的岩屑清除工具因其结构的原因存有缺陷，缺陷是：一般的岩屑清除工具都是钻杆加欠尺寸扶正器的结构，使用岩屑清除工具时，借助钻杆旋转带动岩屑清除工具发生转动，利用岩屑清除工具的扶正器，引起周围流体发生变化，破坏岩屑床的稳定，并将岩屑通过钻井液的循环携带到地表，由于设备限制及定向井段的作业要求，钻杆的转速往往较低，会在一定程度上影响清除工具的清洗能力，使得岩屑床清理效果十分不理想，同时，该清除工具的扶正器转动时岩屑容易出现积沉，并粘附在清除工具上出现卡钻的情况，降低了清洗工作效率。针对上述的不足，因此有必要对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构合理、使用方便，以解决现有岩屑床清除工具因结构原因，存有的岩屑清洗效果不理想，岩屑容易积沉导致卡钻影响正常清理工作效率等问题的脉冲射流岩屑清洗工具。

本发明的技术方案是：

一种脉冲射流岩屑清洗工具，它由上接头、壳体、中心管和下接头构成，壳体的一端螺纹安装有上接头，壳体的另一端螺纹安装有下接头，其特征在于：壳体内部通过左轴承和右轴承活动安装有中心管，中心管的一端端头与上接头抵触连接并对应连通，中心管的另一端端头与下接头抵触连接并对应连通；所述的左轴承和右轴承之间的中心管上设置有至少两个导流孔，导流孔与中心管的中心孔相互连通，壳体圆周上设置有与导流孔对应的多个射流孔，导流孔与射流孔间歇连通。

所述的导流孔在中心管上呈同轴间隔状设置。

所述的导流孔对应的射流孔在壳体圆周上呈错位状设置。

所述的射流孔在壳体上呈倾斜状。

所述的中心管的截面呈椭圆形。

所述的中心管的中心孔下方的中心管壁厚大于中心孔上方的中心管壁厚。

所述的中心管的中心孔为变径通孔，导流孔与中心管的中心孔细径段对应连通。

本发明的有益效果：

该脉冲射流岩屑清洗工具，结构合理、使用方便，工作中，由于中心管截面呈椭圆状，中心管的重心位于中心管的中心孔下方，在自然状态下，无需外界施加作用力，中心管能时刻保持朝向重力方向，从而使中心管上的导流孔保持径向状态并与壳体上的射流孔间歇配合连通，从而通过高压钻井液能周期性对岩屑床进行脉冲式的清洗；快速喷射出的高压钻井液能改变清洗工具周围的流体方向并且提高了流体速度，流体速度的增加会增强液流的紊流程度，提高了流体携岩和清岩的能力，从而产生更好清除岩屑的效果；清理的岩屑通过环空中上返的钻井液将岩屑带出，该清洗工具能防止岩屑积沉，不会引起清洗工具粘附岩屑发生卡钻的风险。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A向的剖面结构示意图；

图3为图1中B-B向的剖面结构示意图；

图4为图1中的中心管的立体结构示意图；

图5为图4中C-C向的剖面结构示意图。

图中：1、上接头，2、壳体，3、中心管，4、下接头，5、左轴承，6、右轴承，7、中心孔，8、射流孔，9、导流孔。

具体实施方式

该脉冲射流岩屑清洗工具由上接头1、壳体2、中心管3和下接头4构成，壳体2、上接头1和下接头4分别为筒状，上接头的内孔为变径状，壳体2的一端螺纹安装有上接头1，壳体2的另一端螺纹安装有下接头4，壳体2与上接头1和下接头4螺纹安装好后呈直筒状，工作中，上接头1与下接头4用于连接钻杆，下接头4用于安装钻具；当钻井液由上接头1内孔的粗径端向细径端方向流动时，由于上接头1的内孔呈变径状，上接头1对钻井液会产生憋压，使上接头1内的钻井液的液体流速加快，从而作用在钻具上。

壳体2内部通过左轴承5和右轴承6活动安装有中心管3，中心管3的中心孔7为变径通孔，中心管3的一端端头与上接头1抵触连接，中心管3的中心孔7粗径端口与上接头1内孔的细径端大小对应连通，工作中，流进上接头1内孔的钻井液，通过中心孔7的粗径端口流进中心孔7内，并由中心孔7粗径端向中心孔7细径端方向流动，由于中心孔7为变径通孔，中心管3对钻井液产生憋压，使流进中心孔7细径段的钻井液的流速再一次提高。

中心管3的另一端端头与下接头4抵触连接，中心管3的中心孔7细径端端口与下接头4的内孔大小对应连通；工作中，流进中心孔7内的钻井液由中心孔7细径端端头继续向下接头4的内孔方向流动。

壳体2上设置有与导流孔9对应的射流孔8，导流孔9在中心管3上呈垂直设置，射流孔8在壳体2上呈倾斜状，各射流孔8在壳体2圆周上呈错位状设置，其目的在于：一是错位状的射流孔8能够保证壳体2的结构强度，同时错位状的射流孔8与导流孔9配合，能够交替形成不间断的钻井液脉冲流；工作中，当壳体2发生周向转动时，壳体2上的射流孔8与中心管3上的导流孔9间歇连通，导流孔9与射流孔8连通时，导流孔9内的钻井液经射流孔8向壳体2外脉冲式高速喷出，以增加壳体2周围液流的紊流程度，使流体方向在壳体2周围发生变化形成强湍流，由此产生更好的冲洗岩屑床的效果。

该清洗工具的中心管3截面呈椭圆形，中心管3的中心孔7下方的中心管壁厚大于中心孔7上方的中心管壁厚；其目的是使中心管3的重心位于中心管3的中心孔7下方，在自然状态下，无需外界施加作用力，中心管3始终保持重心向下，从而使中心管3上的导流孔9保持位置不变，壳体2的射流孔8只有转动于导流孔9下方时才能与导流孔9连通，由此使经导流孔9、射流孔8喷出的高压射流只能作用至岩屑床上。

该脉冲射流岩屑清洗工具工作时，通过上接头1安装在钻杆上，通过下接头4安装钻具；工作中，在钻杆的作用下整体带动钻具转动，其中，当高压钻井液经上接头1进入至该清洗工具内时，一部分高压钻井液经中心管3的中心孔7下行并作用至钻具上进行大位移水平井钻井作业，另一部分高压钻井液经使经导流孔9、射流孔8喷出对钻井作业产生的岩屑床进行清洗；具体为：

该清洗工具在水平井内形成水平工位状态时，钻杆通过上接头1带动壳体2发生周向转动，在中心管3与左轴承5和右轴承6相互配合下，壳体2相对于中心管3形成空转，壳体2不会带动中心管3发生周向转动，壳体2将动能通过下接头4传递至钻具上，从而带动钻具发生转动。

钻杆内泵入高压钻井液，钻井液通过钻杆流进上接头1的内孔，上接头1的内孔为变径状，上接头1的内孔对钻井液形成憋压，使钻井液在上接头1内提高液体流速，并由上接头1的内孔向中心管3的中心孔7内流动，由于中心管3的中心孔7为变径孔，流进中心管3内的钻井液，在中心孔7内形成第二次憋压，使钻井液在中心管3的中心孔7内再次提高液体流速，中心管3的中心孔7内的部分高压钻井液会流进导流孔9内，并在导流孔9内形成憋压，另外部分高压钻井液会经下接头4向钻头方向流动，从而通过钻头上的射流孔向外喷射进行清洗岩屑作业。

壳体2随着钻头发生周向转动时，由于中心管3截面呈椭圆形，中心管3的中心孔7下方的中心管壁厚大于中心孔7上方的中心管壁厚，在自然状态下，无需外界施加作用力，中心管3的重心位于中心管3的中心孔7下方，中心管3始终保持重心向下，使得导流孔9位于中心管3的中心孔7下方，中心管3上的导流孔9在自然状态下始终保持位置不变，由此中心管3上的导流孔9能与水平井内的岩屑床始终保持对应。

壳体2的圆周上呈错位间隔状设置有射流孔8，壳体2的射流孔8只有转动于导流孔9下方时才能与导流孔9连通，随着壳体2的转动，壳体2上的射流孔8与中心管3上的导流孔9能周期性的形成开、闭合状态。

当射流孔8与导流孔9相互形成开合状态时，导流孔9内的高压钻井液会从射流孔8向壳体2外高速喷出，喷出的钻井液会形成径向脉冲，由于射流孔8在壳体2上呈倾斜状，形成径向脉冲的钻井液能对水平井内的岩屑床进行冲击，这样能有效防止岩屑床发生积沉的情况。

当导流孔9与射流孔8形成闭合状态时，壳体2对导流孔9暂时性形成封堵。随着壳体2不停的周向转动，射流孔8与导流孔9周期性的开、闭合，如此反复，壳体2上的射流孔8能周期性的向外喷出高压钻井液脉冲，能改变该清洗工具周围钻井液液流方向，增强该清洗工具周围钻井液液流的紊流程度，并使钻井液流体由层流转化为强湍流，使钻井液内混合更多的岩屑，从而提高钻井液的携岩能力。

该清洗工具周围钻井液与岩屑混合后，随着由钻具喷出的钻井液从井壁与该清洗工具之间的环空层一起上返至地面，即完成了岩屑床的清除作业。

该脉冲射流岩屑清洗工具，结构合理、使用方便，工作中，由于中心管的凸台部分重心低，在自然状态下，无需外界施加作用力，凸台能时刻保持朝向重力方向，从而使凸台上的射流孔保持径向状态并与壳体上的导流孔间歇配合连通，从而通过高压钻井液能周期性对岩屑床进行脉冲式的清洗；快速喷射出的高压钻井液能改变清洗工具周围的流体方向并且提高了流体速度，流体速度的增加会增强液流的紊流程度，提高了流体携岩和清岩的能力，从而产生更好清除岩屑的效果；清理的岩屑通过环空中上返的钻井液将岩屑带出，该清洗工具能防止岩屑积沉，不会引起岩屑粘附清洗工具发生卡钻的风险。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (7)

1.一种脉冲射流岩屑清洗工具，它由上接头（1）、壳体（2）、中心管（3）和下接头（4）构成，壳体（2）的一端螺纹安装有上接头（1），壳体（2）的另一端螺纹安装有下接头（4），其特征在于：壳体（2）内部通过左轴承（5）和右轴承（6）活动安装有中心管（3），中心管（3）的一端端头与上接头（1）抵触连接并对应连通，中心管（3）的另一端端头与下接头（4）抵触连接并对应连通；所述的左轴承（5）和右轴承（6）之间的中心管（3）上设置有至少两个导流孔（9），导流孔（9）与中心管（3）的中心孔（7）相互连通，壳体（2）圆周上设置有与导流孔（9）对应的射流孔（8），导流孔（9）与射流孔（8）间歇连通。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲射流岩屑清洗工具，其特征在于：所述的导流孔（9）在中心管（3）上呈同轴间隔状设置。

3.根据权利要求2所述的一种脉冲射流岩屑清洗工具，其特征在于：导流孔（9）对应的射流孔（8）在壳体（2）的圆周上呈错位状设置。

4.根据权利要求3所述的一种脉冲射流岩屑清洗工具，其特征在于：所述的射流孔（8）在壳体（2）上呈倾斜状。

5.根据权利要求2所述的一种脉冲射流岩屑清洗工具，其特征在于：所述的中心管（3）的截面呈椭圆形。

6.根据权利要求5所述的一种脉冲射流岩屑清洗工具，其特征在于：中心管（3）的中心孔（7）下方的中心管壁厚大于中心孔（7）上方的中心管壁厚。

7.根据权利要求6所述的一种脉冲射流岩屑清洗工具，其特征在于：中心管（3）的中心孔为变径通孔，导流孔（9）与中心管（3）的中心孔（7）细径段对应连通。

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