CN112761558B - 一种直井用环空增速旋流器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直井用环空增速旋流器，包括内筒体、橡胶叶轮和外筒体；内筒体是由两个可拆卸连接的半筒体拼合而成，内筒体的中部设有胶桶槽，内筒体的上下两端均设有外螺纹部，并且两端的外螺纹部上均螺纹连接有锁紧螺帽；内筒体的内壁上设有一组钳牙槽，钳牙槽内放置有适配的钳牙；橡胶叶轮包括胶桶和径向连接在胶桶外周的一组叶片，胶桶套装在胶桶槽内；外筒体套装在内筒体的外侧，并且通过锁紧螺帽将外筒体和内筒体固定，外筒体设有一组让叶片伸出的叶片槽，并且叶片槽与叶片之间留有活动间隙。本发明利用橡胶叶轮的旋转，在井下环空处对钻井液施加横向的剪切应力，提高钻井液的流速，从而对井眼内堆积留存的岩屑掉块的区域起到清除作用。
Description
技术领域
本发明涉及石油装备技术领域，具体涉及一种直井用环空增速旋流器。
背景技术
在石油钻探施工过程中，往往会由于多种原因导致井壁失稳垮塌，进而形成不规则井径，若失稳垮塌情况未得到有效控制，则井眼的不规则程度加剧，极易形成“糖葫芦”或者“大肚子”井眼。
在这类不规则井径段，由于环空返速的大幅降低以及钻井液流体区域流动轨迹的变化，钻井液对岩屑或者岩石掉块的携带能力也随着大幅降低，部分岩屑或者岩石掉块在“大肚子”井段进行重复的上升与滑落运动，并且在远离钻具、远离高流速区逐渐堆积留存。当停止循环后，“大肚子”井段内堆积留存的岩屑或者掉块则因重力原因开始沿井筒下滑，若滑落至某一相对较规则井段后留存或者堆积则引起起下钻遇阻遇卡，对此若处理不当甚至容易造成卡钻事故；此外若岩屑或者掉块滑落至井底则形成沉砂，引起无法顺利下钻到底，需划眼循环予以清除，延长施工周期；若岩屑或者掉块未能清除，当其下滑后再次被钻井液携带着上行至井径规则井段则易再次引起蹩泵、蹩顶驱及遇阻遇卡的现象。
因此当出现井径不规则并形成“糖葫芦”、“大肚子”井眼时，钻井液在该井段对岩屑或者掉块的携带效果变差，不仅降低钻井时效，延长施工周期，增加钻井成本，而且给施工安全带来较大隐患。
目前，为了清除该类井段留存堆积的岩屑或者掉块，现场多采用调整钻井液流变性的方法，即采用稠浆或者重稠浆的方法，该方法主要通过提高钻井液的粘度与切力以及对岩屑或者掉块的浮力实现对岩屑或者掉块的悬浮与携带，但“大肚子”内远离钻具的边缘区域内的岩屑或者掉块则因流速与流动轨迹的原因很难被流体冲刷启动再被带离该区域，因此清除效率非常低，效果较差，往往需要多次稠浆/重稠浆循环、多次短起下钻进行处理，即增加了钻井液费用，也延长了钻井周期。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种直井用环空增速旋流器，本发明利用橡胶叶轮的旋转，在井下“大肚子”、“糖葫芦”等不规则井段处对钻井液施加横向的剪切应力，提高钻井液的流速，从而对其所留存或堆积的岩屑掉块予以清除，确保井筒清洁，井眼通畅，避免岩屑掉块引起的起下钻遇阻、遇卡甚至卡钻事故。
本发明的技术方案是：
一种直井用环空增速旋流器，包括内筒体、橡胶叶轮和外筒体；
所述内筒体是由两个可拆卸连接的半筒体拼合而成，所述内筒体的中部呈收腰状，并形成胶桶槽，所述内筒体的上下两端均设有外螺纹部，并且两端的外螺纹部上均螺纹连接有锁紧螺帽；
所述内筒体的内壁上设有一组钳牙槽，所述钳牙槽内放置有适配的钳牙，并且钳牙的齿面朝向内筒体的圆心处；
所述橡胶叶轮包括胶桶和径向连接在胶桶外周的一组叶片，所述胶桶套装在胶桶槽内，所述叶片的横截面呈锥状；
所述外筒体套装在内筒体的外侧，并且通过锁紧螺帽将外筒体和内筒体进行限位固定，所述外筒体上设有一组与叶片适配的叶片槽，叶片的自由端从叶片槽内伸出，所述叶片槽与叶片之间留有活动间隙。
优选的，所述两个半筒体相对的端面上分别设有一组相互配合的键凸和键槽，所述键凸和键槽上对应设有销孔，并且销孔内安装有销钉。
优选的，所述销孔内设有内螺纹，所述销钉上设有与销孔配合的外螺纹。
优选的，所述内筒体的外壁上设有定位凸，所述外筒体的内壁上设有与定位凸适配的纵向定位槽。
优选的，所述定位凸为两组，并且分布在内筒体外壁的上下两端。
优选的，所述钳牙槽内设有贯穿内筒体的螺纹孔，并且螺纹孔内螺纹连接有顶丝。
优选的，所述内筒体内壁的上下两端均设有环槽，所述环槽内设有O型密封圈。
优选的，所述叶片和叶片槽的横截面均呈梯形。
优选的，所述锁紧螺帽的外周间隔设有多条呈倾斜布置的凸肋。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：
本发明利用橡胶叶轮的旋转，在井下环空对钻井液施加横向的剪切应力，提高环空钻井液的流速，改变其流态，从而起到对“糖葫芦”、“大肚子”井眼内堆积留存的岩屑掉块的清除作用，确保井筒清洁，井眼通畅，避免岩屑掉块引起的起下钻遇阻、遇卡甚至卡钻事故。
通过顶丝的推动，迫使钳牙更加紧密的贴近钻杆，从而利用钳牙内侧的齿面咬住钻杆本体，使内筒体与钻杆更加牢固的固定在一起。
通过叶片槽与叶片之间的活动间隙，在叶片旋转时，所受离心力的作用下，使叶片略微外伸，增加旋转半径，提高环空流体增加的速度，而当钻杆静止且上下活动时，出现遇阻情况的下，叶轮可向内侧压缩，且由于材质选用橡胶，具有一定的变形能力，因此便于本发明安全通过遇阻管段。
通过内筒体的定位凸与外筒体的定位槽配合，进一步提高外筒体和内筒体、以及橡胶叶轮同步旋转的可靠性，从而改变环空流体流态，增大流体流速，实现环空旋流增速。
本发明能安装在任意井深的钻杆本体上，不改变钻具结构，不改变钻具受力情况，安装与拆卸、维护与保养简便快捷。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为半筒体的结构示意图；
图3为内筒体的结构示意图；
图4为钳牙的结构示意图；
图5为外筒体的结构示意图；
图6为橡胶叶轮的结构示意图；
图中：1、内筒体，2、外筒体，3、橡胶叶轮，4、锁紧螺帽，5、钻杆，101、半筒体，102、螺纹孔，103、钳牙槽，104、销孔，105、键槽，106、键凸，107、环槽，108、外螺纹部，109、定位凸，110、钳牙，201、叶片槽，202、定位槽，301、胶桶，302、叶片，401、凸肋。
具体实施方式
下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
参见图1至图6所示，一种直井用环空增速旋流器，包括内筒体1、橡胶叶轮3和外筒体2。
内筒体1是由两个可拆卸连接的半筒体101拼合而成，可拆卸连接的结构可以是在两个半筒体101相对的端面上，分别设有一组相互配合的键凸106和键槽105，键凸106和键槽105上对应设有销孔104，并且销孔104内安装有销钉。
另外，还可以在销孔104内设有内螺纹，销钉上设有与销孔104配合的外螺纹，通过销钉与销孔104配合后，使拼合后的内筒体1更加牢固。
内筒体1的中部呈收腰状并形成胶桶301槽，内筒体1的上下两端均设有外螺纹部108，并且两端的外螺纹部108上均螺纹连接有锁紧螺帽4。
内筒体1的内壁上设有一组钳牙槽103，钳牙槽103内放置有适配的钳牙110，并且钳牙110的齿面朝向内筒体1的圆心处。
橡胶叶轮3包括胶桶301和径向连接在胶桶301外周的一组叶片302，胶桶301套装在胶桶301槽内，叶片302的横截面呈锥状结构。
外筒体2套装在内筒体1的外侧，并且通过锁紧螺帽4将外筒体2和内筒体1限位固定，外筒体2设有一组与叶片302适配的叶片槽201，并且叶片302的自由端从叶片槽201内伸出，叶片槽201与叶片302之间留有活动间隙。
本发明在使用时：首先将钳牙110安装在内筒体1对应的钳牙槽103口内，钳牙110数量可根据整个工具装置的重量及与钻杆5本体的咬合力大小进行确定。
然后将内筒拼装在钻杆5上，并利用钳牙110将内筒体1和钻杆5紧密的固定在一起，再将橡胶叶轮3安装在外筒体2内，并使每个叶片302在外筒体2的叶片槽201内伸出。
最后将外筒体2套在内筒体1的外侧，使胶桶301正好套装在内筒体1中部的胶桶槽内，并通过拧紧上下两端的锁紧螺帽4，使外筒体2与内筒体1之间相对固定。
本发明通过钻杆5带动橡胶叶轮3旋转，在井下环空处对钻井液施加横向的剪切应力，提高钻井液的流速，从而对“糖葫芦”、“大肚子”井眼内堆积留存的岩屑掉块的清除作用，确保井筒清洁，井眼通畅，避免岩屑掉块引起的起下钻遇阻、遇卡甚至卡钻事故。
通过该在叶片302和叶片槽201之间的间隙，在叶片302旋转时，所受离心力的作用下，使叶片302略微外伸，增加旋转半径，提高环空流体增加的速度，而当钻杆5静止且上下活动时，或出现遇阻情况的下，叶片302可向内侧压缩，且由于材质选用橡胶，具有一定的变形能力，因此便于本发明安全通过遇阻管段，另外叶片302和叶片槽201的横截面均可以设计为梯形，从而更加便于叶片302在叶片槽201内伸展和收缩。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，具体是：
内筒体1的外壁上设有定位凸109，外筒体2的内壁上设有与定位凸109适配的纵向定位槽202，其中定位凸109可以为两个，并且分布在内筒体1外壁的上下两端。
通过定位凸109与定位槽202配合，进一步提高外筒体2和内筒体1、以及橡胶叶轮3装配后，同步旋转的稳定性，从而在工作时改变环空流体流态，增大流体流速，实现环空旋流增速。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，具体是：
钳牙槽103内设有贯穿内筒体1的螺纹孔102，并且螺纹孔102内螺纹连接有顶丝。
通过旋转调节顶丝，能够迫使钳牙110更加紧密的贴在钻杆5上，从而利用钳牙110内侧的齿面咬住钻杆5本体，使内筒体1与钻杆5更加牢固的固定在一起。
实施例4
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，具体是：
内筒体1内壁的上下两端均设有环槽107，环槽107内设有O型密封圈。
通过在内筒体1上下两端安装的O型密封圈，不仅能够起到一定的密封作用，还可以缓冲工作时内筒体1与钻杆5之间产生的振动。
实施例5
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，具体是：
锁紧螺帽的外周间隔设有多条呈倾斜布置的凸肋401。
通过在两端锁紧螺帽上设计的凸肋401，在随钻杆5旋转的过程中，凸肋401首先与井壁凸块或掉落的岩屑发生碰撞，并将其碾压破碎，从而利于井眼的清洁，进而对外筒体2以及橡胶叶轮3起到一定的保护作用。
Claims (9)
1.一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：包括内筒体、橡胶叶轮和外筒体；
所述内筒体是由两个可拆卸连接的半筒体拼合而成，所述内筒体的中部呈收腰状，并形成胶桶槽，所述内筒体的上下两端均设有外螺纹部，并且两端的外螺纹部上均螺纹连接有锁紧螺帽；
所述内筒体的内壁上设有一组钳牙槽，所述钳牙槽内放置有适配的钳牙，并且钳牙的齿面朝向内筒体的圆心处；
所述橡胶叶轮包括胶桶和径向连接在胶桶外周的一组叶片，所述胶桶套装在胶桶槽内，所述叶片的横截面呈锥状；
所述外筒体套装在内筒体的外侧，并且通过锁紧螺帽将外筒体和内筒体进行限位固定，所述外筒体上设有一组与叶片适配的叶片槽，叶片的自由端从叶片槽内伸出，所述叶片槽与叶片之间留有活动间隙。
2.根据权利要求1所述的一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：所述两个半筒体相对的端面上分别设有一组相互配合的键凸和键槽，所述键凸和键槽上对应设有销孔，并且销孔内安装有销钉。
3.根据权利要求2所述的一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：所述销孔内设有内螺纹，所述销钉上设有与销孔配合的外螺纹。
4.根据权利要求1所述的一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：所述内筒体的外壁上设有定位凸，所述外筒体的内壁上设有与定位凸适配的纵向定位槽。
5.根据权利要求4所述的一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：所述定位凸为两组，并且分布在内筒体外壁的上下两端。
6.根据权利要求1所述的一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：所述钳牙槽内设有贯穿内筒体的螺纹孔，并且螺纹孔内螺纹连接有顶丝。
7.根据权利要求1所述的一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：所述内筒体内壁的上下两端均设有环槽，所述环槽内设有O型密封圈。
8.根据权利要求1所述的一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：所述叶片和叶片槽的横截面均呈梯形。
9.根据权利要求1所述的一种直井用环空增速旋流器，其特征在于：所述锁紧螺帽的外周间隔设有多条呈倾斜布置的凸肋。
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Shuyong Inventor before: Wang Shuyong Inventor before: Li Wenming Inventor before: Zhang Gaofeng |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |