CN112377127A - 一种具备井眼清洁功能的送钻工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油天然气水平井钻井工程中使用的具备井眼清洁功能的送钻工具。它解决水平井钻柱送进困难，岩屑沉积的问题。其技术方案是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，下筒体下端和下部钻柱丝扣连接；上筒体上端和上接头下端丝扣连接，上筒体下端和下筒体上端丝扣连接；螺旋转子置入橡胶定子内腔；芯轴上端和螺旋转子下端丝扣连接，芯轴下端和防掉帽丝扣连接；螺纹摩擦筒可以在下筒体外圆上灵活旋转，螺纹摩擦筒外圆设置有传动螺纹；芯轴可以在下筒体内腔内灵活转动。本发明采用钻井液动力驱动，采用磁力非接触式传动，避免了密封失效引起的泄漏风险，能自主推动钻具下行，动力来源方便，适应钻井需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种水平井钻井工程中使用的具备井眼清洁功能的送钻工具。
背景技术
自来80年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来。我国水平井钻井在90年代以来也取得了很大发展，胜利油田已完成各种类型水平井百余口，水平井钻井水平和速度不断提高。水平井是最大井斜角达到或接近90°，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。有时为了某种特殊的需要，井斜角可以超过90°。水平井主要用于碳酸盐岩裂缝油藏、带气顶或底水的油藏、薄层油藏、低渗透油藏、稠油油藏和高含水人工注水油藏等的开发。水平井的造价虽然高于垂直井，但对非裂缝性油藏其产量大约是垂直井的3倍，对具有天然裂缝的油藏产量可达到垂直井的12倍，对含水开采的油田，油气采收率要比垂直井提高很多。
而水平井钻进面临技术问题同样非常突出，尤其由于其井斜角很大，导致钻柱无法像竖直井一样送钻，钻柱和井眼之间的摩擦力非常大，上部钻压无法有效施加给前端钻柱和钻头，导致钻头脱压，钻进缓慢甚至无法钻进。而针对上述技术难点，目前运用较多的解决方案有使用滚轮式扶正器，在扶正器上增加滚轮，将钻柱和井眼之间的滑动摩擦力转变为滚动摩擦力，大大减小摩阻，帮助钻柱送进，然而该工具结构复杂，滚轮有卡滞和掉落风险；还有一种方法是在钻柱上增加水力振荡器，其利用水锤原理，在整个钻柱上增加水力震动，使钻柱“跳起来”，同样减小了钻柱和井眼之间的摩擦阻力，然而该工具产生的水锤作用，对钻柱伤害很大，使钻井泵负荷增加，对井控设备同样有很大的不良影响。同时，水平井井眼内钻井液携带岩屑能力弱，岩屑沉积的问题同样突出。
针对上述技术背景，本发明特提供一种具备井眼清洁功能的送钻工具，克服上述技术难点。
发明内容
本发明的目的是：为了解决水平井钻柱送进困难，岩屑沉积的问题，特提供一种具备井眼清洁功能的送钻工具。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具备井眼清洁功能的送钻工具，是由上接头、轴承a、螺旋转子、橡胶定子、上筒体、上封盖、轴承b、轴承c、内磁钢、外磁钢、螺纹摩擦筒、轴承d、轴承e、下封盖、下筒体、防掉帽和芯轴构成；其结构特征是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，下筒体下端和下部钻柱丝扣连接；上筒体上端和上接头下端丝扣连接，上筒体下端和下筒体上端丝扣连接；螺旋转子外圆中部设置为螺旋叶片，螺旋转子外圆上部设置一圈凸起台阶，螺旋转子上部周向均匀设置三个通孔连通内外腔空间，螺旋转子下部周向均匀设置两个通孔连通内外腔空间；橡胶定子固定在上筒体内壁，螺旋转子置入橡胶定子内腔，轴承a安装在螺旋转子外圆上部凸起台阶上；芯轴上端和螺旋转子下端丝扣连接，芯轴下端和防掉帽丝扣连接；轴承b安装在芯轴外圆上部台阶上，轴承e安装在芯轴外圆下部台阶上；内磁钢具有强磁性，内磁钢安装在芯轴外圆中部，内磁钢的N极和S极依次紧密连接构成一个圆环，内磁钢和芯轴用高温胶粘连；螺纹摩擦筒外圆周向均匀设置六条凸起筋条，凸起筋条上设置有空间上连续的螺纹；外磁钢具有强磁性，外磁钢安装在螺纹摩擦筒内腔中部，外磁钢的N极和S极依次紧密连接构成一个圆环，外磁钢和螺纹摩擦筒用高温胶粘连；轴承c安装在螺纹摩擦筒内腔上部台阶内，轴承d安装在螺纹摩擦筒内腔下部台阶内，上封盖和螺纹摩擦筒上端丝扣连接，下封盖和螺纹摩擦筒下端丝扣连接；螺纹摩擦筒套在下筒体外圆上部，螺纹摩擦筒可以在下筒体外圆上灵活旋转，芯轴置入下筒体内腔上部，芯轴可以在下筒体内腔内灵活转动，下筒体用不导磁材料构成；安装完成后，外磁钢和正对位置处的内磁钢极性相反，呈相互吸引的状态；外磁钢和正对位置处相邻的内磁钢极性相同，呈相互排斥的状态。
本发明一种具备井眼清洁功能的送钻工具钻进过程中，钻井液作用在螺旋转子中部的螺旋叶片上，推动螺旋转子旋转，螺旋转子驱动芯轴和内磁钢旋转；内磁钢和外磁钢在磁力异性吸引、同性排斥的作用下，内磁钢驱动外磁钢旋转，外磁钢驱动螺纹摩擦筒旋转；螺纹摩擦筒凸起筋条上设置有空间上连续的螺纹，螺纹摩擦筒在旋转过程中，凸起筋条上的空间上连续的螺纹与井眼产生摩擦力，该摩擦力在轴向上产生推动钻柱前进的分力，达到螺纹旋进的效果；同时，在螺纹摩擦筒旋转的过程中，凸起筋条搅动井床沉积的岩屑充分混入钻井液中，达到清洁井眼的效果。
本发明的有益效果是：（1）采用钻井液动力驱动，能自主推动钻具下行，动力来源方便，适应钻井需求；（2）采用磁力非接触式传动，完全避免了密封失效引起的泄漏风险；（3）安全可靠，在失效情况下仍然不会带来新的井下事故。
附图说明
图1是本发明一种具备井眼清洁功能的送钻工具的结构示意图。
图2是图1A-A截面的剖视图。
图3是螺纹摩擦筒的三维结构示意图。
图中：1—上接头、2—轴承a、3—螺旋转子、4—橡胶定子、5—上筒体、6—上封盖、7—轴承b、8—轴承c、9—内磁钢、10—外磁钢、11—螺纹摩擦筒、12—轴承d、13—轴承e、14—下封盖、15—下筒体、16—防掉帽、17—芯轴。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明一种具备井眼清洁功能的送钻工具，是由上接头1、轴承a2、螺旋转子3、橡胶定子4、上筒体5、上封盖6、轴承b7、轴承c8、内磁钢9、外磁钢10、螺纹摩擦筒11、轴承d12、轴承e13、下封盖14、下筒体15、防掉帽16和芯轴17构成；其结构特征是：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，下筒体15下端和下部钻柱丝扣连接；上筒体5上端和上接头1下端丝扣连接，上筒体5下端和下筒体15上端丝扣连接；螺旋转子3外圆中部设置为螺旋叶片，螺旋转子3外圆上部设置一圈凸起台阶，螺旋转子3上部周向均匀设置三个通孔连通内外腔空间，螺旋转子3下部周向均匀设置两个通孔连通内外腔空间；橡胶定子4固定在上筒体5内壁，螺旋转子3置入橡胶定子4内腔，轴承a2安装在螺旋转子3外圆上部凸起台阶上；芯轴17上端和螺旋转子3下端丝扣连接，芯轴17下端和防掉帽16丝扣连接；轴承b7安装在芯轴17外圆上部台阶上，轴承e13安装在芯轴17外圆下部台阶上；内磁钢9具有强磁性，内磁钢9安装在芯轴17外圆中部，内磁钢9的N极和S极依次紧密连接构成一个圆环，内磁钢9和芯轴17用高温胶粘连；螺纹摩擦筒11外圆周向均匀设置六条凸起筋条，凸起筋条上设置有空间上连续的螺纹；外磁钢10具有强磁性，外磁钢10安装在螺纹摩擦筒11内腔中部，外磁钢10的N极和S极依次紧密连接构成一个圆环，外磁钢10和螺纹摩擦筒11用高温胶粘连；轴承c8安装在螺纹摩擦筒11内腔上部台阶内，轴承d12安装在螺纹摩擦筒11内腔下部台阶内，上封盖6和螺纹摩擦筒11上端丝扣连接，下封盖14和螺纹摩擦筒11下端丝扣连接；螺纹摩擦筒11套在下筒体15外圆上部，螺纹摩擦筒11可以在下筒体15外圆上灵活旋转，芯轴17置入下筒体15内腔上部，芯轴17可以在下筒体15内腔内灵活转动，下筒体15用不导磁材料构成；安装完成后，外磁钢10和正对位置处的内磁钢9极性相反，呈相互吸引的状态；外磁钢10和正对位置处相邻的内磁钢9极性相同，呈相互排斥的状态。
本发明一种具备井眼清洁功能的送钻工具钻进过程中，钻井液作用在螺旋转子3中部的螺旋叶片上，推动螺旋转子3旋转，螺旋转子3驱动芯轴17和内磁钢9旋转；内磁钢9和外磁钢10在磁力异性吸引、同性排斥的作用下，内磁钢9驱动外磁钢10旋转，外磁钢10驱动螺纹摩擦筒11旋转；螺纹摩擦筒11凸起筋条上设置有空间上连续的螺纹，螺纹摩擦筒11在旋转过程中，凸起筋条上的空间上连续的螺纹与井眼产生摩擦力，该摩擦力在轴向上产生推动钻柱前进的分力，达到螺纹旋进的效果；同时，在螺纹摩擦筒11旋转的过程中，凸起筋条搅动井床沉积的岩屑充分混入钻井液中，达到清洁井眼的效果。
Claims (2)
1.一种具备井眼清洁功能的送钻工具，是由上接头（1）、轴承a（2）、螺旋转子（3）、橡胶定子（4）、上筒体（5）、上封盖（6）、轴承b（7）、轴承c（8）、内磁钢（9）、外磁钢（10）、螺纹摩擦筒（11）、轴承d（12）、轴承e（13）、下封盖（14）、下筒体（15）、防掉帽（16）和芯轴（17）构成；其特征是：上接头（1）上端和上部钻柱丝扣连接，下筒体（15）下端和下部钻柱丝扣连接；上筒体（5）上端和上接头（1）下端丝扣连接，上筒体（5）下端和下筒体（15）上端丝扣连接；螺旋转子（3）外圆中部设置为螺旋叶片，螺旋转子（3）外圆上部设置一圈凸起台阶，螺旋转子（3）上部周向均匀设置三个通孔连通内外腔空间，螺旋转子（3）下部周向均匀设置两个通孔连通内外腔空间；橡胶定子（4）固定在上筒体（5）内壁，螺旋转子（3）置入橡胶定子（4）内腔，轴承a（2）安装在螺旋转子（3）外圆上部凸起台阶上；芯轴（17）上端和螺旋转子（3）下端丝扣连接，芯轴（17）下端和防掉帽（16）丝扣连接；轴承b（7）安装在芯轴（17）外圆上部台阶上，轴承e（13）安装在芯轴（17）外圆下部台阶上；内磁钢（9）具有强磁性，内磁钢（9）安装在芯轴（17）外圆中部，内磁钢（9）的N极和S极依次紧密连接构成一个圆环，内磁钢（9）和芯轴（17）用高温胶粘连；螺纹摩擦筒（11）外圆设置有传动螺纹，螺纹摩擦筒（11）外圆传动螺纹上周向均匀设置有轴向凹槽，轴向凹槽将传动螺纹沿周向均匀隔断；外磁钢（10）具有强磁性，外磁钢（10）安装在螺纹摩擦筒（11）内腔中部，外磁钢（10）的N极和S极依次紧密连接构成一个圆环，外磁钢（10）和螺纹摩擦筒（11）用高温胶粘连；轴承c（8）安装在螺纹摩擦筒（11）内腔上部台阶内，轴承d（12）安装在螺纹摩擦筒（11）内腔下部台阶内，上封盖（6）和螺纹摩擦筒（11）上端丝扣连接，下封盖（14）和螺纹摩擦筒（11）下端丝扣连接；螺纹摩擦筒（11）套在下筒体（15）外圆上部，螺纹摩擦筒（11）可以在下筒体（15）外圆上灵活旋转，芯轴（17）置入下筒体（15）内腔上部，芯轴（17）可以在下筒体（15）内腔内灵活转动，下筒体（15）用不导磁材料构成；
安装完成后，外磁钢（10）和正对位置处的内磁钢（9）极性相反，呈相互吸引的状态；外磁钢（10）和正对位置处相邻的内磁钢（9）极性相同，呈相互排斥的状态；钻井液作用在螺旋转子（3）中部的螺旋叶片上，推动螺旋转子（3）旋转，螺旋转子（3）驱动芯轴（17）和内磁钢（9）旋转；内磁钢（9）和外磁钢（10）在磁力异性吸引、同性排斥的作用下，内磁钢（9）驱动外磁钢（10）旋转，外磁钢（10）驱动螺纹摩擦筒（11）旋转；螺纹摩擦筒（11）外圆上设置有传动螺纹，螺纹摩擦筒（11）在旋转过程中，外圆上的传动螺纹与井眼产生摩擦力，该摩擦力在轴向上产生推动钻柱前进的分力，达到螺纹旋进的效果；同时，在螺纹摩擦筒（11）旋转的过程中，外圆上的传动螺纹搅动井床沉积的岩屑充分混入钻井液中，达到清洁井眼的效果。
2.根据权利要求1所述的具备井眼清洁功能的送钻工具，所述下筒体（15）也可以采用弱磁材料构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210219 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |