CN111691840A - 一种大口径反循环钻进用侧排渣装置 - Google Patents

Abstract

一种大口径反循环钻进用侧排渣装置，包括排渣体和中心体，排渣体为短圆柱体形，中心体穿过排渣体，二者转动配合，中心体为空心结构，排渣体为空腔结构，中心体和排渣体之间形成环状空腔，排渣体设有排渣口，排渣口沿切线方向位于沿排渣体侧部，排渣口与排渣体的环状空腔连通；中心体内的设有内堵，内堵将中心体上部封闭，中心体的侧壁设有中心体气道，内堵上部设有连通中心体气道的内堵气道，中心体中部设有侧窗口，侧窗口连通环形空腔。普通动力头钻机和转盘钻机安装本发明装置，即可用于大口径反循环钻井施工，可以极大的提高施工效率，降低生产成本。本发明不仅适合于通径小的动力头钻机，也可用于石油钻井、工程钻井的转盘钻机。

Description

一种大口径反循环钻进用侧排渣装置

技术领域

本发明涉及一种用于钻机的排渣装置，特别是大口径反循环钻进用侧排渣装置。

背景技术

反循环钻进是冲洗介质由钻具与孔壁之间的环状空间流向孔底，携带岩屑再由钻具内孔返回地表的钻进方法。小口径气举反循环钻井技术利用钻井设备(如动力头钻机、转盘钻机)采用反循环钻井技术进行小口径深水井及勘探井钻进，在目前是较为先进的钻井技术。其排渣方式是用空压机将压缩的空气通过供气管、气盒子、双壁钻杆的环状空间送至钻具中的混合室，然后进入双壁钻杆内管内，使其与内管里的冲洗液及岩屑岩粉混合，形成比重小于冲洗液的混合物，使钻杆内液柱压力降低，在钻杆内外形成压力差，在钻杆柱外侧冲洗液压力的作用下，钻杆内的混合物上升，通过动力头(水龙头)的通孔，再经排渣管排出孔外送至振动筛，振动筛将岩屑岩粉分离出来，冲洗液重新流至孔内形成循环。目前，大部分动力头钻机的动力头及上部弯头的通孔直径、转盘钻机水龙头通孔设计的较小，这是因为在小直径反循环施工中，携带岩屑的上返泥气混合液流速较小，岩渣较少，如直接用于大口径反循环钻进施工，动力头(水龙头)比下部钻杆通孔小很多，携带岩屑的上返泥气混合液在动力头(水龙头)处的流速将成倍增长，增大了对动力头(水龙头)部件的磨损，也很容易造成堵塞。如增大所述通孔的直径，需要对钻机动力头(水龙头)进行大幅度的改动，困难很大，成本也很高；此外，油田深井钻探时，如采用反循环钻井工艺，由于反循环上返的气液混合物流速过快，必将增加对泥浆管汇系统的磨损，因此，在油田上禁止反循环泥浆进入泥浆管汇系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之弊端，提供一种大口径反循环钻进用侧排渣装置，采用所述排渣装置，在不改变现有小口径钻机动力头或水龙头结构的情况下，可以大幅度提高钻进效率。

本发明所述问题是由下述技术方案解决的：

一种大口径反循环钻进用侧排渣装置，包括排渣体和中心体，排渣体为短圆柱体形，中心体穿过排渣体，二者转动配合，中心体为空心结构，排渣体为空腔结构，中心体和排渣体之间形成环状空腔，排渣体设有排渣口，排渣口沿切线方向位于沿排渣体侧部，排渣口与排渣体的环状空腔连通；中心体内设有内堵，内堵将中心体上部封闭，中心体的侧壁设有中心体气道，内堵上部设有连通中心体气道的内堵气道，中心体中部设有侧窗口，侧窗口连通环形空腔。

上述大口径反循环钻进用侧排渣装置，中心体的上口和下口分别设有圆锥螺纹孔，中心体的上口经外锥接头连接转盘钻机的水龙头或动力头钻机的动力头，中心体的下口连接双壁钻杆，中心体气道连通双壁钻杆之间的环状缝隙。

上述大口径反循环钻进用侧排渣装置，内堵顶部设有凹槽，四条内堵气道均布在内堵上，内堵气道的入口设置在凹槽壁上，内堵气道相对轴向倾斜设置；内堵设有缓冲室，缓冲室与中心体的内孔对接，内堵下部与中心体之间设有密封圈。

上述大口径反循环钻进用侧排渣装置，缓冲室的直径与中心体的内孔直径匹配，缓冲室的高度H为80-120mm。

上述大口径反循环钻进用侧排渣装置，中心体上设置两个侧窗口。

上述大口径反循环钻进用侧排渣装置，排渣体上下部与中心体之间设有轴承，各轴承外端设有端盖，端盖与中心体之间设有密封圈。

本发明装置将混合液从排渣装置的侧排渣口，不再经过动力头(水龙头)，动力头(水龙头)仅仅作为进气通道，实现了气液分离。采用所述装置可以大大增加排渣量、提高排渣速度，在不改变现有钻探设备的前提下解决了大口径钻进施工中上返混合液对动力头(水龙头)部件的磨损和堵塞等难题，提高了钻进效率。目前大量的普通动力头钻机和转盘钻机，采用本发明装置后即可用于大口径反循环钻井施工，可以极大的提高施工效率，降低生产成本。本发明不仅适合于通径小的动力头钻机，也可用于石油钻井、工程钻井的转盘钻机。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图(图2的A-A剖视图)；

图2是图1的俯视图；

图3是内堵的剖视示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明用于动力头钻机的示意图；

图6是本发明用于转盘钻机的示意图。

图中各标号为：1、中心体；1-1、中心体气道，1-2、侧窗口，2、内堵，2-1、内堵气道，3、端盖，4、轴承，5、排渣体，5-1、环状空腔，6、排渣口，7、双壁钻杆，7-1、环状缝隙，8、外锥接头，9、动力头钻机，10、转盘钻机。

具体实施方式

参看图1-图4，本发明包括排渣体5和中心体1，排渣体外形为短圆柱体形，中心体为中空结构的圆柱体形，中心体穿过排渣体，二者转动配合。中心体的上口和下口分别设有圆锥螺纹孔，中心体的上口可经外锥接头8与钻机连接，中心体的下口连接双壁钻杆7。排渣体为空腔结构，中心体和排渣体之间形成环状空腔5-1，排渣体设有排渣口6，排渣口沿切线方向位于排渣体的侧部，排渣口与排渣体的环状空腔连通。中心体内的设有内堵2，内堵将中心体内孔的上部封闭，由内堵封闭泥气混合液上行的通道。中心体中部设有两个侧窗口1-2，侧窗口连通环形空腔，由双壁钻杆内孔携带岩屑的上返泥气混合液自排渣体、排渣口排出。中心体的侧壁设有传输气体的中心体气道1-1。内堵设有内堵气道2-1，内堵的顶部设有凹槽，四条内堵气道均布在内堵上，内堵气道的入口设置在凹槽壁上，内堵气道相对轴向倾斜设置。每条内堵气道分别对应一条中心体气道，中心体气道连通双壁钻杆之间的环状缝隙7-1。上述结构把气体由中心体上口输送至双壁钻杆的环形缝隙。内堵设有凹进的缓冲室2-2，缓冲室与中心体的内孔对接，缓冲室的直径与中心体的内孔直径匹配，缓冲室的高度尺寸为80-120mm。设置缓冲室，可以使上返的流体在此处形成缓冲。内堵下部与中心体紧密配合并设置密封圈密封。排渣体的上下部与中心体之间设有轴承，以便减小转动摩擦，各轴承外端设有端盖3，端盖与中心体之间设有密封圈。

参看图5、图6，本发明使用时安装在动力头钻机9的动力头与双壁钻杆之间，或安装在转盘钻机10的水龙头与双壁钻杆之间，钻机的动力头或水龙头进气孔做为反循环钻进的进气通道，侧排渣装置做为上返钻井液的排出通道，实现渣气分离。这样既能避开动力头或水龙头通孔过小易堵塞的问题，也能高效率顺畅排渣。

本发明的工作原理如下：高压空气通过动力头(水龙头)中心孔进入排渣装置，通过中心体气道、内堵气道进入双壁钻杆内外环状间隙；钻具内上返的固气液混合液由中心体的侧窗口进入排渣体环形腔体；由于中心体旋转产生离心力，竖直方向的流体转变为水平方向的旋转流体，并通过旋转加快流体的排出速度，使固气液混合液加速进入排渣口，由排渣口排出。

本发明用于传统的动力头钻机或转盘钻机后，混合液不再经过动力头(水龙头)排出，动力头(水龙头)仅仅作为进气通道，实现了气液分离，大大增加排渣量，提高了排渣速度，在不改变现有钻探设备的前提下解决了大口径施工中上返液对动力头(水龙头)部件的磨损和堵塞等难题，提高了钻进效率。

Claims (6)

1.一种大口径反循环钻进用侧排渣装置，其特征在于：包括排渣体(5)和中心体(1)，排渣体为短圆柱体形，中心体穿过排渣体，二者转动配合，中心体为空心结构，排渣体为空腔结构，中心体和排渣体之间形成环状空腔(5-1)，排渣体设有排渣口(6)，排渣口沿切线方向位于沿排渣体侧部，排渣口与排渣体的环状空腔连通；中心体内设有内堵(2)，内堵将中心体上部封闭，中心体的侧壁设有中心体气道(1-1)，内堵上部设有连通中心体气道的内堵气道(2-1)，中心体中部设有侧窗口(1-2)，侧窗口连通环形空腔。

2.根据权利要求1所述的大口径反循环钻进用侧排渣装置，其特征在于：中心体的上口和下口分别设有圆锥螺纹孔，中心体的上口经外锥接头连接转盘钻机的水龙头或动力头钻机的动力头，中心体的下口连接双壁钻杆(7)，中心体气道连通双壁钻杆之间的环状缝隙(7-1)。

3.根据权利要求2所述的大口径反循环钻进用侧排渣装置，其特征在于：内堵顶部设有凹槽，四条内堵气道均布在内堵上，内堵气道的入口设置在凹槽壁上，内堵气道相对轴向倾斜设置；内堵设有缓冲室(2-2)，缓冲室与中心体的内孔对接，内堵下部与中心体之间设有密封圈。

4.根据权利要求3所述的大口径反循环钻进用侧排渣装置，其特征在于：缓冲室的直径与中心体的内孔直径匹配，缓冲室的高度H为80-120mm。

5.根据权利要求4所述的大口径反循环钻进用侧排渣装置，其特征在于：中心体上设置两个侧窗口。

6.根据权利要求5所述的大口径反循环钻进用侧排渣装置，其特征在于：排渣体上下部与中心体之间设有轴承，各轴承外端设有端盖(3)，端盖与中心体之间设有密封圈。

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