CN113266310A - 一种凸轮式岩屑清理工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种凸轮式岩屑清理工具，属水平井岩屑清理设备技术领域，壳体一端螺纹安装有上接头，壳体另一端螺纹安装有下接头，壳体沿轴向方向偏心设置有中心孔，中心孔内通过上轴承件和下轴承件活动装有偏心轴，与上轴承件和下轴承件之间的偏心轴对应的壳体圆周上对称设置有装配槽，装配槽内装有清理机构，清理机构与偏心轴接触连接。该工具的扰流板具有定向清理岩屑功能，扰流板旋转到环空底部时，自动伸出对岩屑床进行清理，使环空底部岩屑被该装置刮到环空上部高速区，并且该装置旋转到环空上部高速区时，扰流板自动缩回，防止将上部高速区岩屑刮到环空底部，同时扰流板不会有泥包现象，有效提高了钻井的效率和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种凸轮式岩屑清理工具，属水平井岩屑清理设备技术领域。
背景技术
水平井钻井过程中，由于岩屑所受重力方向与钻井液推举力方向之间存在夹角甚至垂直，重力在介质流动垂直方向的分量使岩屑向下井壁方向运动，同时此井段的钻具躺于下井壁上，加之钻柱接头外径较大，外环空面积较小，以及接头坡面对岩屑的阻挡，钻井产生的岩屑颗粒会沉积在环空井筒下部低速区，被钻井液运移一段时间后容易形成岩屑床。
现阶段人们主要是提高水平井段岩屑的悬浮能力，调整钻井液的流变性，短起下钻清除岩屑床的方式对井眼进行净化用以阻碍岩屑床的形成，但以上方法均不能高效清除岩屑床，岩屑床的高度依旧会不断增加，最终导致钻杆被埋没岩屑难以运移、钻杆扭矩增大、卡钻等井下事故；同时如果采用传统岩屑清理工具，在岩屑床清理过程中，该工具容易形成泥包现象，严重影响钻井的效率和经济效益，因此有必要对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单、使用方便，具有定向清理岩屑功能，防止将上部高速区岩屑刮到环空底部，同时不会出现泥包现象的凸轮式岩屑清理工具。
本发明的技术方案如下：
一种凸轮式岩屑清理工具，包括上接头、下接头、壳体、偏心轴、上轴承件、下轴承件和清理机构，其特征在于：壳体一端螺纹安装有上接头，壳体另一端螺纹安装有下接头，壳体沿轴向方向偏心设置有中心孔，中心孔内通过上轴承件和下轴承件活动装有偏心轴，与上轴承件和下轴承件之间的偏心轴对应的壳体圆周上对称设置有装配槽，装配槽内装有清理机构，清理机构与偏心轴接触连接。
所述的偏心轴中心位置上沿轴向方向贯穿设置有中心流道。
所述的上轴承件和下轴承件之间的偏心轴圆周上间隔对称设置有重力块，重力块之间的偏心轴圆周上设置有凸轮，凸轮与清理机构接触连接。
所述的上轴承件和下轴承件结构相同，分别包括径向轴承和推力球轴承，推力球轴承套装在偏心轴上，推力球轴承与壳体接触连接，推力球轴承的两端分别设置有径向轴承，两个径向轴承分别套装在偏心轴上。
所述的壳体为圆筒状，中心孔内壁上阶梯状设置有凸台。
所述的清理机构包括扰流板、挡盖、复位弹簧和限位杆，扰流板活动插装在壳体的装配孔内，扰流板两端端头分别固装有滑块，滑块上方设置有挡盖，滑块上径向设置有滑孔，与滑孔对应的挡盖上固装有限位杆，限位杆贯穿滑孔与壳体接触连接，滑块与挡盖之间的限位杆上套装有复位弹簧，复位弹簧分别与滑块与挡盖抵触连接。
所述的挡盖为截面呈“L”字形的矩形块，挡盖上径向设置有装配孔，挡盖通过装配孔与螺栓配合固装在壳体的装配槽内。
所述的扰流板为矩形板状体，扰流板的上端或下端边缘处呈弧形，扰流板的弧形边缘端与偏心轴的凸轮接触连接。
所述的上接头和下接头为筒状结构，上接头和下接头一端端头分别沿轴向方向分别设置有接头端口，上接头和下接头另一端端头分别偏心设置有接头中间孔，接头中间孔与接头端口连通，上接头的接头中间孔为直通孔，下接头的接头中间孔为变径孔。
所述的装配槽截面为阶梯状。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该凸轮式岩屑清理工具实用性好、结构简单在钻进过程中，扰流板具有定向清理岩屑功能，该工具上的扰流板旋转到环空底部时，自动伸出对岩屑进行清理，使环空底部岩屑被该装置刮到环空上部高速区，并且该装置旋转到环空上部高速区时，扰流板自动缩回，防止将上部高速区岩屑刮到环空底部，同时扰流板不会有泥包现象，有效提高了钻井的效率和经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A-A向的剖视结构示意图；
图3为图1中B-B向的剖视结构示意图；
图4为图1中C-C向的剖视结构示意图；
图5为图1中D处的放大结构示意图；
图6为本发明中扰流板和滑块的立体结构示意图；
图7为本发明中挡盖和限位杆的立体结构示意图。
图中：1、上接头；2、下接头；3、壳体；4、偏心轴；5、接头端口；6、接头中间孔；7、中心孔；8、中心流道；9、径向轴承；10、推力球轴承；11、重力块；12、凸轮；13、装配槽；14、扰流板；15、挡盖；16、复位弹簧；17、限位杆；18、滑块；19、螺栓。
具体实施方式
如附图1-7所示
该凸轮式岩屑清理工具包括上接头1、下接头2、壳体3、偏心轴4、上轴承件、下轴承件和清理机构，壳体3为圆筒状，壳体3一端螺纹安装有上接头1，壳体3另一端螺纹安装有下接头2，上接头1和下接头2为筒状结构，上接头1和下接头2一端端头分别沿轴向方向分别设置有接头端口5，上接头1的接头端口5内壁圆周上设置有内螺纹，下接头2的接头端口5外圆上设置有外螺纹，上接头1和下接头2的接头端口5处的螺纹方便该清理工具连接钻井工具。
上接头1和下接头2另一端端头分别偏心设置有接头中间孔6，接头中间孔6分别与上接头1和下接头2的接头端口5连通，上接头1的接头中间孔6为直通孔，下接头2的接头中间孔6为变径孔，上接头1和下接头2的接头中间孔6端口处的外圆上设置有外螺纹。
壳体3沿轴向方向偏心设置有中心孔7，中心孔7内壁上阶梯状设置有凸台，壳体3的中心孔7与接头中间孔6连通，壳体3的中心孔7两端口内壁圆周上设置有内螺纹，壳体3的中心孔7两端口内壁圆周上的内螺纹分别与上接头1和下接头2的接头端口5处的外螺纹配合连接。
壳体3的中心孔7内通过上轴承件和下轴承件活动装有偏心轴4，偏心轴4中心位置上沿轴向方向贯穿设置有中心流道8。
上轴承件和下轴承件结构相同，分别包括径向轴承9和推力球轴承10，上轴承件和下轴承件的推力球轴承10套装在偏心轴4上，推力球轴承10与壳体3接触连接，推力球轴承10的两端分别设置有径向轴承9，两个径向轴承9通过装配环分别套装在偏心轴4上，上轴承件通过上接头1和壳体3的凸台配合形成限位，下轴承件通过下接头2和壳体3的凸台配合形成限位。
上轴承件和下轴承件之间的偏心轴4圆周上间隔对称设置有重力块11，重力块11目的是：使偏心轴4的重心始终向下朝地心方向，重力块11之间的偏心轴4圆周上设置有凸轮12，工作中，在重力块11的自身重力作用下，凸轮12的重心始终向下朝地心方向。
与上轴承件和下轴承件之间的偏心轴4的凸轮12对应的壳体3圆周上对称设置有装配槽13，装配槽13截面为阶梯状。
装配槽13内装有清理机构，清理机构包括扰流板14、挡盖15、复位弹簧16和限位杆17，扰流板14为矩形板状体，扰流板14活动插装在壳体3的装配孔内，扰流板14的上端或下端边缘处呈弧形，扰流板14的弧形边缘端与偏心轴4的凸轮12接触连接，工作中，扰流板14的弧形边缘端有效减少扰流板14转动时与偏心轴4的凸轮12之间的摩擦阻力。
扰流板14两端端头分别固定安装有滑块18，滑块18上径向设置有滑孔，滑块18上方设置有挡盖15，挡盖15为截面呈“L”字形的矩形块，挡盖15上径向设置有装配孔，挡盖15通过装配孔与螺栓19配合固定安装在壳体3的装配槽13内。
与滑孔对应的挡盖15上固定安装有限位杆17，限位杆17贯穿滑孔与壳体3接触连接，限位杆17与滑孔配合滑动接触连接，滑块18与挡盖15之间的限位杆17上套装有复位弹簧16，复位弹簧16分别与滑块18与挡盖15抵触连接。
该凸轮式岩屑清理工具使用时，首先将该清理工具的上接头1和下接头2的接头端口5处连接钻井工具，使该清理工具和钻井工具一起下入水平井中，并通入钻井液，钻井液通过钻杆由上接头1的接头中间孔6流进，经偏心轴4的中心孔7由下接头2的接头中间孔6流出，并由该清理工具与井壁的环空层返回至地面。
当钻杆带动该清理工具的壳体3发生旋转时，壳体3同步带动扰流板14发生转动，这一过程中，由于扰流板14的弧形边缘端与凸轮12接触连接，扰流板14的弧形边缘端在凸轮12圆周上滑动，由于重力块11质量较大，扰流板14相对与凸轮12发生滑动的过程中，偏心轴4不会产生较大偏心距而发生旋转，同时，在重力块11的自身重力作用下，偏心轴4的凸轮12重心始终向下朝地心方向，目的是：有助于扰流板14对岩屑床进行清理作业。
当第一块扰流板14运动至凸轮12的上方时，复位弹簧16在滑块18与挡盖15之间产生一个弹力，使滑块18和扰流板14与挡盖15相对运动，在复位弹簧16的作用下，第一块扰流板14回缩到壳体3的装配槽13内，第一块扰流板14顶端与挡盖15并齐，第一块扰流板14与该清理工具上部环空内的岩屑不产生接触，有效避免上部岩屑被扰流板14携带到环空下部，导致二次岩屑床的形成。
当第二块扰流板14运动至凸轮12的下方时，由于凸轮12的凸起部分始终朝下，凸轮12的凸起部分使扰流板14沿壳体3的装配槽13向外伸出并处于最大伸出状态，此时滑块18与挡盖15之间相对移动，复位弹簧16被压缩并产生一个预紧力，第二块扰流板14与该清理工具下部环空内的岩屑产生接触，从而对岩屑床进行清理，避免岩屑床的产生。
随着壳体3带动两块扰流板14在凸轮12上不停发生转动，当扰流板14由凸轮12的顶部逐步滑移至凸轮12的底部时，扰流板14沿壳体3的装配槽13处于最大伸出状态，再由凸轮12的底部滑移至凸轮12的顶部时，扰流板14沿壳体3的装配槽13回缩至其内部，通过扰流板14这两种状态的不断变换，该清理工具将其下部环空内的岩屑床中的岩屑刮到其上部环空的高速区，扰流板14不会出现泥包现象，由此实现该清理工具对岩屑床进行清理作业。
同时该清理工具仅仅只对其下部环空内的岩屑床进行刮搅，产生的搅动使得岩屑与钻井液混合更加充分，对钻井液带出岩屑起到积极作用，避免了岩屑堆积在该清理工具下部环空内形成岩屑床，即，完成了整个岩屑床的清理作业。
该凸轮式岩屑清理工具实用性好、结构简单在钻进过程中，扰流板14具有定向清理岩屑功能，该工具上的扰流板14旋转到环空底部时，自动伸出对岩屑进行清理，使环空底部岩屑被该装置刮到环空上部高速区，并且该装置旋转到环空上部高速区时，扰流板14自动缩回，防止将上部高速区岩屑刮到环空底部，同时扰流板14不会有泥包现象，有效提高了钻井的效率和经济效益。
Claims (10)
1.一种凸轮式岩屑清理工具，包括上接头（1）、下接头（2）、壳体（3）、偏心轴（4）、上轴承件、下轴承件和清理机构，其特征在于：壳体（3）一端螺纹安装有上接头（1），壳体（3）另一端螺纹安装有下接头（2），壳体（3）沿轴向方向偏心设置有中心孔（7），中心孔（7）内通过上轴承件和下轴承件活动装有偏心轴（4），与上轴承件和下轴承件之间的偏心轴（4）对应的壳体（3）圆周上对称设置有装配槽（13），装配槽（13）内装有清理机构，清理机构与偏心轴（4）接触连接。
2.根据权利要求1所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的偏心轴（4）中心位置上沿轴向方向贯穿设置有中心流道（8）。
3.根据权利要求1所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的上轴承件和下轴承件之间的偏心轴（4）圆周上间隔对称设置有重力块（11），重力块（11）之间的偏心轴（4）圆周上设置有凸轮（12），凸轮（12）与清理机构接触连接。
4.根据权利要求1所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的上轴承件和下轴承件结构相同，分别包括径向轴承（9）和推力球轴承（10），推力球轴承（10）套装在偏心轴（4）上，推力球轴承（10）与壳体（3）接触连接，推力球轴承（10）的两端分别设置有径向轴承（9），两个径向轴承（9）分别套装在偏心轴（4）上。
5.根据权利要求1所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的壳体（3）为圆筒状，壳体（3）的中心孔（7）内壁上阶梯状设置有凸台。
6.根据权利要求1所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的清理机构包括扰流板（14）、挡盖（15）、复位弹簧（16）和限位杆（17），扰流板（14）活动插装在壳体（3）的装配孔内，扰流板（14）两端端头分别固装有滑块（18），滑块（18）上方设置有挡盖（15），滑块（18）上径向设置有滑孔，与滑孔对应的挡盖（15）上固装有限位杆（17），限位杆（17）贯穿滑孔与壳体（3）接触连接，滑块（18）与挡盖（15）之间的限位杆（17）上套装有复位弹簧（16），复位弹簧（16）分别与滑块（18）与挡盖（15）抵触连接。
7.根据权利要求6所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的挡盖（15）为截面呈“L”字形的矩形块，挡盖（15）上径向设置有装配孔，挡盖（15）通过装配孔与螺栓（19）配合固装在壳体（3）的装配槽（13）内。
8.根据权利要求6所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的扰流板（14）为矩形板状体，扰流板（14）的上端或下端边缘处呈弧形，扰流板（14）的弧形边缘端与偏心轴（4）的凸轮（12）接触连接。
9.根据权利要求1所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的上接头（1）和下接头（2）为筒状结构，上接头（1）和下接头（2）一端端头分别沿轴向方向分别设置有接头端口（5），上接头（1）和下接头（2）另一端端头分别偏心设置有接头中间孔（6），接头中间孔（6）与接头端口（5）连通，上接头（1）的接头中间孔（6）为直通孔，下接头（2）的接头中间孔（6）为变径孔。
10.根据权利要求1所述的一种凸轮式岩屑清理工具，其特征在于：所述的装配槽（13）截面为阶梯状。
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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 | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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