CN112761525B - 水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构及清除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构，包括井架；大钩的底部设置水龙头，水龙头底部设置自激振荡装置，自激振荡装置底部设置钻杆，钻杆底部设置井筒，井筒底部水平环空段存在岩屑床，钻头位于岩屑床后方或被覆盖，井架设置于大钩、水龙头、自激振荡装置以及钻杆的外部；水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除方法，包括以下步骤：步骤S1：关闭泥浆泵，断开水龙头与钻杆连接；步骤S2：安装自激振荡装置；步骤S3：开启泥浆泵，形成压力脉冲波；解决了水平井钻进时，一旦因岩屑堆积遇卡，在钻杆上已安装的岩屑床清除工具将无法发挥作用的问题。

Description

水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构及清除方法
技术领域
本发明涉及领域，特别是水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构及清除方法。
背景技术
在水平井钻进过程中如果岩屑床厚度过大，则可能导致高摩阻、高扭矩、卡钻和憋泵等情况的发生，影响钻具的使用寿命和钻进安全，延迟工程工期。岩屑床也可引起测井工具入井难、下套管固井难、固井质量差等问题。因此，采用合理的方法清除水平井段的岩屑床对水平钻井的安全作业有着重要意义。
G.Swielik在其申请的专利(U.S.Patent 006223840B1)中设计了一种直楞叶片井眼工具，叶片与工具轴线平行。工具旋转时，直楞叶片可以使钻井液产生井筒径向上的力，在井筒钻井液向顶部运动的一端产生向上的力减缓岩屑颗粒的沉降；在井筒钻井液向底部运动的一端产生向下的力，使岩屑颗粒产生碰撞、反弹移动。同时，由于工具旋转增大了环空钻井液的紊流强度，使处于岩屑床层上的岩屑被搅动起来，增大了岩屑被启动的概率，且把运移中的岩屑带入环空高速核区，增大了岩屑单位时间内运动距离，从而实现环空岩屑的有效运移。陈锋，狄勤丰等人设计了高效岩屑床清除钻杆(EHCDP)，并利用计算流体力学(CFD)仿真模拟技术对EHCDP作用下环空流场的流动特性展开研究，研究结果表明,在EHCDP作用下，流体在槽道附近形成了涡流结构，改变了偏心环空中流体的流动特性，使流体从小环空往大环空运动,将岩屑输送到大环空，而槽道附近的涡则将岩屑卷入槽道中,并利用钻杆转动所产生的离心力将岩屑“甩入”大环空，达到有效清除井眼低边岩屑床的目的。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构及清除方法；解决了水平井钻进时，一旦因岩屑堆积遇卡，在钻杆上已安装的岩屑床清除工具将无法发挥作用的问题。
本发明提供了水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构，包括井架、水龙带、振动筛、泥浆泵、钻杆、水龙头、大钩、自激振荡装置、井筒、岩屑床和钻头；大钩的底部设置水龙头，水龙头底部设置自激振荡装置，自激振荡装置底部设置钻杆，钻杆底部设置井筒，井筒底部水平环空段存在岩屑床，钻头位于岩屑床后方或被覆盖，井架设置于大钩、水龙头、自激振荡装置以及钻杆的外部，大钩与水龙头连接处设置水龙带的一端，水龙带的另一端设置泥浆泵，泥浆泵连接振动筛，振动筛与井口环空端相连。
优选地，自激振荡装置包括内部装置和外壳；外壳设置于内部装置的外部，内部装置包括导流口、上喷嘴、下喷嘴和振荡腔室；导流口底部设置上喷嘴，上喷嘴底部设置振荡腔室，振荡腔室底部设置下喷嘴。
优选地，水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除方法，包括以下步骤：
步骤S1：关闭泥浆泵，断开水龙头与钻杆连接；
步骤S2：安装自激振荡装置；
步骤S3：开启泥浆泵，形成压力脉冲波；
步骤S4：观察振动筛岩屑返出量；
步骤S5：判断岩屑返出量是否明显增加；若是，则上下活动钻具，观察是否解卡；若否，则增大泥浆排量，返回步骤S4；
步骤S6：卸下自激振荡装置，继续钻进。
本发明水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构及清除方法的有益效果如下：
针对水平井钻进作业因岩屑床堆积遇卡时清除岩屑床的要求，本专利不仅可以清除水平井段任意位置的岩屑床，也能够在因岩屑床堆积遇卡后，迅速开展岩屑床清除作业，做到随取随用。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明方法流程图；
图3为本发明自激振荡装置结构图。
附图标记：1-井架、2-水龙带、3-振动筛、4-泥浆泵、5-钻杆、6-水龙头、7-大钩、8-自激振荡装置、9-井筒、10-岩屑床、11-钻头、81-外壳、82-导流口、83-上喷嘴、84-下喷嘴、85-振荡腔室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构，包括井架1、水龙带2、振动筛3、泥浆泵4、钻杆5、水龙头6、大钩7、自激振荡装置8、井筒9、岩屑床10和钻头11；所述大钩7的底部设置水龙头6，所述水龙头6底部设置自激振荡装置8，所述自激振荡装置8底部设置钻杆5，所述钻杆5底部设置井筒9，所述井筒9底部水平环空段存在岩屑床10，所述钻头11位于岩屑床10后方或被覆盖，所述井架1设置于大钩7、水龙头6、自激振荡装置8以及钻杆5的外部，所述大钩7与水龙头6连接处设置水龙带2的一端，所述水龙带2的另一端设置泥浆泵4，所述泥浆泵4连接振动筛3，所述振动筛3与井口环空端相连。
自激振荡装置8包括内部装置和外壳81；外壳81设置于内部装置的外部，所述内部装置包括导流口82、上喷嘴83、下喷嘴84和振荡腔室85；导流口82底部设置上喷嘴83，所述上喷嘴83底部设置振荡腔室85，所述振荡腔室85底部设置下喷嘴84。
优选地，水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除方法，包括以下步骤：
步骤S1：关闭泥浆泵，断开水龙头与钻杆连接；
步骤S2：安装自激振荡装置；
步骤S3：开启泥浆泵，形成压力脉冲波；
步骤S4：观察振动筛岩屑返出量；
步骤S5：判断岩屑返出量是否明显增加；若是，则上下活动钻具，观察是否解卡；若否，则增大泥浆排量，返回步骤S4；
步骤S6：卸下自激振荡装置，继续钻进。
本实施方案在实施时，如图1所示，水平井钻进作业时，因岩屑堆积导致卡钻且未出现蹩压情况时，应关闭泥浆泵，断开水龙头与钻杆的连接；随后上提大钩，在水龙头和钻杆之间安装自激振荡脉冲装置；开启泥浆泵，调至正常循环排量，使钻井液流过自激振荡射流装置以产生脉冲压力波，压力波经过钻杆传导至水平环空，冲刷岩屑床；循环一段时间后，在振动筛处观察井口岩屑返出量，如岩屑返出量没有明显增多，则增大钻井液循环泵的排量；井口岩屑产出一段时间后，轻微上下活动钻柱，观察是否解卡；如未能解卡，则增大钻井液排量并继续循环钻井液。解卡后，停止循环泵，卸下自激振荡脉冲射流装置，重新连接水龙头与钻杆，继续钻进。具体流程如图2所示。
自激振荡脉冲装置结构如图3所示。钻井液进入上喷嘴后，以较高的初速度喷入轴对称的自激振荡腔室，射流与腔室液体将形成紊流剪切层，并产生涡旋，涡旋以涡环形式随射流运动。与此同时，在腔室内将自然形成一定频率的轴对称扰动，并随射流一起与腔室壁面发生碰撞，诱发一定频率的压力波。压力波又会向上反射，产生新的涡量脉动，该脉动又会被紊流剪切层的放大，与腔室再次碰撞，导致腔室出口流体的阻抗周期性变化，又产生振荡脉冲射流，形成了压力波扰动的不断产生-碰撞-放大和有效反馈，实现了振荡脉冲压力波的周期性产生，压力波传导至水平环空后就能清除堆积的岩屑床。

Claims (1)

1.水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除方法，其特征在于，包括以下步骤：
该方法用于在水平井钻进作业，因岩屑堆积导致卡钻且未出现蹩压的情况下；
步骤S1：关闭泥浆泵，断开水龙头与钻杆连接；
步骤S2：安装自激振荡装置；
步骤S3：开启泥浆泵，形成压力脉冲波；
步骤S4：观察振动筛岩屑返出量；
步骤S5：判断岩屑返出量是否明显增加；若是，则上下活动钻具，观察是否解卡；若否，则增大泥浆排量，返回步骤S4；
步骤S6：卸下自激振荡装置，继续钻进；
其中，水平环空自激振荡脉冲岩屑床清除装置结构，包括井架（1）、水龙带（2）、振动筛（3）、泥浆泵（4）、钻杆（5）、水龙头（6）、大钩（7）、自激振荡装置（8）、井筒（9）、岩屑床（10）和钻头（11）；所述大钩（7）的底部设置水龙头（6），所述水龙头（6）底部设置自激振荡装置（8），所述自激振荡装置（8）底部设置钻杆（5），所述钻杆（5）底部设置井筒（9），所述井筒（9）底部水平环空段存在岩屑床（10），所述钻头（11）位于岩屑床（10）后方或被覆盖，所述井架（1）设置于大钩（7）、水龙头（6）、自激振荡装置（8）以及钻杆（5）的外部，所述大钩（7）与水龙头（6）连接处设置水龙带（2）的一端，所述水龙带（2）的另一端设置泥浆泵（4），所述泥浆泵（4）连接振动筛（3），所述振动筛（3）与井口环空端相连；
所述自激振荡装置（8）包括内部装置和外壳（81）；所述外壳（81）设置于内部装置的外部，所述内部装置包括导流口（82）、上喷嘴（83）、下喷嘴（84）和振荡腔室（85）；所述导流口（82）底部设置上喷嘴（83），所述上喷嘴（83）底部设置振荡腔室（85），所述振荡腔室（85）底部设置下喷嘴（84）。
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