CN111577173A - 一种自旋式-磁传动的井下岩屑床清除工具 - Google Patents

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解聪
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Abstract

一种自旋式‑磁传动的井下岩屑床清除工具,包括由切削齿、切削筒和长条永磁体组成的切削装置,切削装置通过深沟球轴承固定在钻杆外部;固定座、固定筒、涡轮部件、旋转筒和长条永磁体组成动力装置,旋转筒通过深沟球轴承固定于钻杆内部,固定座通过镶嵌的方式固定于钻杆内部;本发明通过磁体进行传动,动力装置通过涡轮装置实现旋转,解决了现有技术存在的由于在钻杆上钻孔,导致在钻进过程中钻井液的泄漏问题;解决了现有技术存在的机械连接导致的零件腐蚀失效的问题;解决了现有技术存在的钻杆滑动前进时,清洁工具无法运行的问题。

Description

一种自旋式-磁传动的井下岩屑床清除工具
技术领域
本发明属于石油与天然气开发油气钻井技术领域,特别涉及一种自旋式-磁传动的井下岩屑床清除工具。
背景技术
目前海洋石油天然气、页岩气开采常采用大斜度井、水平井、大位移井等复杂结构井来提高井眼泄油面积,最大限度提高单井产量。在井斜角大于45°的井段,由于重力作用,钻具在这些井段中靠向下端井壁,整个钻杆在环空中造成“偏心环空”。由此造成岩屑的沉降、运移与直井、小位移定向井相比存在较大差距,岩屑会出现向低边沉降的趋势。由于“偏心环空”造成环空流速的不均匀,即宽间隙处阻力小、流速快;窄间隙处阻力大、流速小,使岩屑易沉向井壁且不易清除,形成岩屑床,在一定条件下还会发成岩屑床的滑移、堆积。尤其在停泵期间,钻井液停止循环,加速了岩屑在井眼低边沉积,给下一施工带来了巨大的威胁。由于岩屑床的存在,增大了环空中钻井液的固相含量,减少了环空间隙,容易引起蹩泵;而且岩屑床的存在会使钻具下部扶正器产生相当大的扭矩或造成扶正器泥包,导致卡钻。
针对目前岩屑清除苦难的问题,钻井现场普遍采用以下四种方法进行井眼清洁:提高钻井液返速、改善钻井液流变性能、短期下钻具和使用带有切削装置的井眼清洁工具。
提高钻井液返速的主要方式是通过提高钻井液的排量,但是随着钻井液排量的增加,会导致松软地层垮塌或掉块,增加井下作业的风险;改善钻井液流变性能,前提是调整钻井液的配方,或者研发新的配方,但是改善钻井液携岩和悬浮的能力是有限的;定期定时定井段的短起下钻具、倒划眼等措施清除岩屑床,但是影响正常的作业周期,提高了钻进成本;使用带有切削装置的井眼清洁工具是一种机械的岩屑床清除工具,利用边钻、边旋转的办法,能够有效地搅动岩屑床,改变流场。
结合以上,目前现场应用的岩屑床清除工具,都是随着钻柱的旋转而旋转,但是在水平井段、高造斜井段,绝大部分情况是钻柱躺在下井壁上,并且钻井过程中多应用井下动力钻具,钻柱不旋转,不能带动清洁工具旋转,工具不能发挥刮削岩屑床的功能,所以继续发明一种井下自动旋转的岩屑床清除工具极为迫切。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种自旋式-磁传动的井下岩屑床清除工具,克服了现有技术存在的滑动钻进构成中,钻杆不旋转时的清洁工具不运行的问题;也克服了现有技术存在的岩屑床清除工具与钻杆之间由于机械连接,存在的钻井液泄漏的问题。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样的实现的:
一种自旋式-磁传动的井下岩屑床清除工具,包括钻杆本体1,切削筒4,微“V”字型切削齿3,外深沟球轴承2和内深沟球轴承6,外长条永磁体5和内长条永磁体7,旋转筒8,涡轮转子9和涡轮定子13构成的涡轮部件,固定座10和固定筒11;
所述的切削筒4,其外部以环形阵列的形式分布“V”字型切削齿3;在切削筒4内壁上以镶嵌的方式环形阵列分布有外长条永磁体5;切削筒4顶底两端以开槽的方式均装配有外深沟球球轴承2,切削筒4固定在钻杆1上,其中,外深沟球球轴承2的外圈固定于切削筒4上,内圈固定于钻杆1上,钻杆1内部通过两个固定座10安装有固定筒11;固定筒11顶底两端分别开凿有水眼12;
所述的涡轮部件由多级涡轮组成,每一级涡轮由一个涡轮定子13和一个涡轮转子9组成;其中涡轮定子13与涡轮转子9交错排布在旋转筒4与固定筒11之间的间隙内,涡轮定子13固定在固定筒11上,涡轮转子9固定于旋转筒8内部;在旋转筒8外部环形阵列布置有内长条永磁体7,在旋转筒8顶底两端分别装配有内深沟球轴承6,内深沟球轴承6的内圈固定于旋转筒8外部,外圈固定于钻杆1内部。
“V”字型切削齿3整体为厚度渐变的微“V”字型,顶底两端截面小,中轴线位置大。
本发明的有益效果:
1.解决了现有技术存在的由于在钻杆上钻孔,通过在这些钻孔中设置传动装置,依靠机械连接实现传动的目的,导致在钻进过程中钻井液的泄漏问题,本发明采用永磁体进行传动,不需要在钻杆上进行钻孔安装机械设备实现切削装置与动力装置之间的动力传递,在钻进过程中钻井液流过此处不会因为在钻杆上存在钻孔而产生泄露。
2.解决了现有技术存在的机械连接在运行过程中零件腐蚀和破坏带来的清洁装置失效的问题。一般的岩屑床清洁工具依靠钻杆上打孔来实现切削装置与动力装置机械连接和机械传动,在钻井过程中由于钻井液矿化度高,造成孔眼腐蚀破坏钻杆的完整性;当钻井液中的固相物质附着于孔眼时甚至将孔眼堵塞,造成传动失效。本发明采用永磁体进行传动,不需要依靠机械装置实现传动,保证了钻杆的完整性。传统的岩屑床清除装置,依靠安装于钻杆上连接切削装置和动力装置的机械设备实现传动,由于机械设备的存在必然会在钻杆进行钻孔。在钻井过程中由于钻井液矿化度高,会对暴露于钻井液中的钻孔进行腐蚀,更严重时钻井液中的固相物质附着于孔眼时甚至将孔眼堵塞,造成传动失效。
3.解决了现有技术存在的清洁不彻底的问题。该装置的切削齿为厚度渐变的微“V”字型切削齿,切削齿整体呈“V”字型,并且沿着钻杆轴线方向,切削齿厚度两边薄中间厚。这样的结构,当装置遇到岩屑床时,可以将岩屑床由薄到厚逐渐切削,避免造成由于切削深度过大造成切削齿脱落和泥包的问题;同时由于切削齿整体呈呈“V”字型,在旋转过程中将会产生旋流,扰动清洁装置附近环空中的钻井液流动形态,产生紊流方便钻井液的携带切削下来悬浮在环空中的钻井液上返至地面。
附图说明
图1为本发明的部件示意图。
图2为本发明的整体外观示意图。
图3为本发明的沿钻杆的轴向示意图。
图4为本发明的涡轮定子、固定轴、固定座的装配示意图。
图5为本发明的涡轮转子、旋转筒、外长条永磁体、外深沟球轴承的示意图。
图6为本发明的动力装置示意图。
图7为本发明的切削装置示意图。
图8为本发明的两组深沟球轴承示意图。
图中:1.钻杆;2.外深沟球轴承;3.“V”字型切削齿;4.切削筒;5.外长条永磁体;6.内深沟球轴承;7.内长条永磁体;8.旋转筒;9.涡轮转子;10.固定座;11.固定筒;12.水眼;13.涡轮定子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述。
结合图1~8所示,一种自旋式-磁传动的井下岩屑床清除工具,包括钻杆本体1,一个切削筒4,五个厚度渐变的微“V”字型切削齿3,两组深沟球轴承分别为外深沟球轴承2和内深沟球轴承6,两组长条永磁体分别为外长条永磁体5和内长条永磁体7,一个旋转筒8,涡轮转子9和涡轮定子13构成的涡轮部件,两个固定座10和一个固定筒11。
所述的切削筒4,其外部以环形阵列的形式分布五个“V”字型切削齿3,切削整体呈环状分布,在旋转过程中,对环空中的钻井液流动具有一定扰动作用,保证了钻井液在环空中的紊流状态,岩屑可以悬浮在环空中,直至旋转至高边间隙,最终被运移出井眼;在切削筒4内壁上以镶嵌的方式环形阵列分布有六个外长条永磁体5;切削筒4顶底两端以开槽的方式均装配有外深沟球球轴承2,切削筒4固定在钻杆1上,其中,外深沟球球轴承2的外圈固定于切削筒4上,内圈固定于钻杆1上,钻杆1内部通过两个固定座10安装有固定筒11;固定筒11顶底两端分别开凿有六个水眼12,顶部水眼便于钻井流入涡轮部件中,通过涡轮定子13叶片转向后驱动涡轮转子9叶片旋转,最终由顶部水眼12流出;
所述的涡轮部件由多级涡轮组成,每一级涡轮由一个涡轮定子13和一个涡轮转子9组成;其中涡轮定子13与涡轮转子9交错排布在旋转筒4与固定筒11之间的间隙内,按照需求排布有多级涡轮,涡轮定子13固定在固定筒11上,涡轮转子9固定于旋转筒8内部;在旋转筒8外部环形阵列布置有六个内长条永磁体7,在旋转筒8顶底两端分别装配有内深沟球轴承6,内深沟球轴承6的内圈固定于旋转筒8外部,外圈固定于钻杆1内部。
“V”字型切削齿3整体为厚度渐变的微“V”字型,顶底两端截面小,中轴线位置大,在钻井过程中,可是对岩屑床实现逐渐切削的目的,即对岩屑床的切削从顶部逐渐切削至底部,同时,在切削过程中,岩屑床被切削的端面始终暴露于流动的钻井液中。
本发明整体以短节的形式安装于钻杆上,在钻井液流至该岩屑床清洁装置时,钻井液有固定筒11的上端的水眼12流入涡轮中,钻井液在涡轮定子13的流动中进行分流,冲击涡轮转子9,涡轮转子9在冲击力的作用下进行旋转,由于涡轮转子9的旋转带动旋转筒8的旋转,旋转筒8外部装配有内长条永磁体7,内长条永磁体7与外长条永磁体5相对,之间通过通磁力传动,由于外长条永磁体5安装于切削筒4的内部,在磁力的作用下,内长条永磁体7的旋转带动外长条永磁体5的旋转,从而实现切削齿3对岩屑床的旋转切削。

Claims (2)

1.一种自旋式-磁传动的井下岩屑床清除工具,其特征在于,包括钻杆本体(1),切削筒(4),微“V”字型切削齿(3),外深沟球轴承(2)和内深沟球轴承(6),外长条永磁体(5)和内长条永磁体(7)),旋转筒(8),涡轮转子(9)和涡轮定子(13)构成的涡轮部件,固定座(10)和固定筒(11);
所述的切削筒(4),其外部以环形阵列的形式分布“V”字型切削齿(3);在切削筒(4)内壁上以镶嵌的方式环形阵列分布有外长条永磁体(5);切削筒(4)顶底两端以开槽的方式均装配有外深沟球球轴承(2),切削筒(4)固定在钻杆(1)上,其中,外深沟球球轴承(2)的外圈固定于切削筒(4)上,内圈固定于钻杆(1)上,钻杆(1)内部通过两个固定座(10)安装有固定筒(11);固定筒(11)顶底两端分别开凿有水眼(12);
所述的涡轮部件由多级涡轮组成,每一级涡轮由一个涡轮定子(13)和一个涡轮转子(9)组成;其中涡轮定子(13)与涡轮转子(9)交错排布在旋转筒(4)与固定筒(11)之间的间隙内,涡轮定子(13)固定在固定筒(11)上,涡轮转子(9)固定于旋转筒(8)内部;在旋转筒(8)外部环形阵列布置有内长条永磁体(7),在旋转筒(8)顶底两端分别装配有内深沟球轴承(6),内深沟球轴承(6)的内圈固定于旋转筒(8)外部,外圈固定于钻杆(1)内部。
2.根据权利要求1所述的一种自旋式-磁传动的井下岩屑床清除工具,其特征在于,“V”字型切削齿(3)整体为厚度渐变的微“V”字型,顶底两端截面小,中轴线位置大。
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