CN113882825A - 随钻碎屑回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种随钻碎屑回收装置，包括具有第一端和相对的第二端的杆体，所述杆体内部沿其轴向限定出从所述第一端到所述第二端贯通的通孔，所述通孔具有靠近所述第一端的第一内径段和在所述第一内径段与所述第二端之间并相对于所述第一内径段缩窄的第二内径段，所述杆体的围绕所述第二内径段的周壁上限定出开口背向所述第一端的碎屑回收筒。

Description

随钻碎屑回收装置

技术领域

本发明涉及油田开发生产技术领域，尤其涉及随钻碎屑回收装置。

背景技术

随着油田生产技术的进一步发展，油田作业区域不断扩展，钻完井作业工况日趋复杂，尤其是超深井钻井工况逐年增多。超深井钻井作业中碎屑返出一直是困扰作业顺利进行的重要因素，尤其是在接立柱间隙或其他作业间隙，未返出的碎屑快速沉积或者井壁不稳定导致掉块较多，极易掩埋钻具，造成复杂情况甚至钻井事故。

目前已知的一些油井碎屑回收装置都存在一些问题。例如2015年6月17日公开的标题为“大尺寸落物打捞杯”的中国发明申请CN104712278A中，提出了在杯体的下杯杆上设有相对于下杯杆偏心设置扇形捞杯，捞杯围绕下杯杆并与下杯杆之间形成碎屑回容置空间。这种捞杯主要适用于单次打捞作业，需要开泵形成冲击压力配合才能工作，对作业环境要求较高。此外，这种捞杯围绕下杯杆的设计，容易造成机械性能低下且捞杯偏心结构强度较低，脱落风险很高，无法满足随钻钻井要求。

再例如2015年7月8日公开的标题为“偏心捞杯磨鞋”的中国实用新型专利CN204457546U中，提出了将捞杯套在磨鞋本体外侧并在捞杯与磨鞋本体之间形成收集碎屑的腔室。这种捞杯主要针对磨铣作业，且与CN104712278A相似，偏心结构是通过捞杯套作为外筒壁相对于磨鞋本体偏置而实现的，机械性能低下，偏心部位脱落风险很高，无法满足随钻钻井要求。

又例如2017年11月14日公开的标题为“浮动式随钻捞杯”的中国实用新型专利CN206636526U中，提出了在接头上设置外工作筒和内工作筒，并在内外工作筒之间形成收集碎屑的沉屑腔。这种捞杯主要适用于套管钻井，且结构复杂、可回收碎屑体积受限。

上述常规的随钻捞杯在工具机械强度、碎屑回收效率、可回收碎屑直径方面都存在一定问题，尤其在当前超深井钻井作业情况下，无法满足现场作业需求。

发明内容

本发明旨在提供一种至少能解决上述部分技术问题的随钻碎屑回收装置。

根据本发明的实施例，提供了一种随钻碎屑回收装置，包括具有第一端和相对的第二端的杆体，所述杆体内部沿其轴向限定出从所述第一端到所述第二端贯通的通孔，所述通孔具有靠近所述第一端的第一内径段和在所述第一内径段与所述第二端之间并相对于所述第一内径段缩窄的第二内径段，所述杆体的围绕所述第二内径段的周壁上限定出开口背向所述第一端的碎屑回收筒。

在一些实施例中，所述第一内径段与所述杆体同轴，而所述第二内径段相对于所述第一内径段偏心设置，所述杆体的围绕所述第二内径段的周壁的一侧的厚度大于另一侧的厚度，所述碎屑回收筒形成在所述周壁的厚度较大的一侧中。

在一些实施例中，所述第二内径段的偏心结构构造成从所述杆体的轴向截面看，第二内径段的一侧内周面与第一内径段的同侧内周面平齐，而另一侧的内周面相对于所述第一内径段的同侧内周面内缩，第二内径段的内缩的内周面与所述杆体的外周面之间限定出所述周壁的厚度较大的一侧。

在一些实施例中，所述杆体的围绕所述第二内径段的周壁形成背向所述杆体的中心轴线敞开的凹槽，所述碎屑回收筒与所述凹槽相连通。

在一些实施例中，所述凹槽靠近所述杆体的第二端形成，所述碎屑回收筒由从所述凹槽的侧壁沿所述杆体的轴线向所述杆体的第一端延伸的孔构成。

在一些实施例中，所述杆体是一体成型的。

在一些实施例中，所述碎屑回收筒的外壁面具有通向所述碎屑回收筒的开口的导流槽。

在一些实施例中，所述导流槽是沿所述碎屑回收筒的外壁面成螺旋状延伸的旋转导流槽。

在一些实施例中，所述杆体的通孔还具有与所述第二内径段相连接的第三内径段，所述第一内径段限定出所述通孔的出口，所述第三内径段限定出所述通孔的进口。

在一些实施例中，所述第三内径段与所述杆体同轴设置。

本发明涉及的随钻碎屑回收装置利用杆体内部通孔不同部段之间的内径差形成碎屑回收筒，并可以进一步将碎屑回收筒偏心设置。通过合理计算内径差可以确保碎屑回收筒容量及可回收碎屑直径最大化。通过内径差设计而成的碎屑回收筒具有可靠的结构强度，随钻作业下无脱落风险。此外，这种碎屑回收装置可以由一体成型工艺加工而成，例如利用一体式深孔加工成型工艺，有效提高工具的机械强度。在碎屑回收筒外壁上的导流槽能够有效提高碎屑的上返效果，而碎屑沿碎屑回收筒外壁上升到杆体的凹槽部位形成的环空返速差又可以促进碎屑回落至碎屑回收筒内，提高碎屑回收效率。

本发明的优选特征部分在下文描述，部分可通过阅读本文而明白。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本公开的实施例，其中：

图1是根据本发明的实施例的随钻碎屑回收装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，下面结合具体实施方式和附图，对本发明做详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1示出了根据本发明实施例的随钻碎屑回收装置。如图所示，该随钻碎屑回收装置包括长条状的杆体1，杆体1具有中心轴线X。杆体1内具有通孔2，通孔2沿轴线X方向从杆体1的第一端11延伸到杆体1的第二端12，从而贯通管杆体1。通孔2是变径的，即在不同部段之间形成内径差，该内径差用于形成碎屑回收筒3。如图所示，通孔2在靠近杆体1的第一端形成第一内径段21，该第一内径段21的中心轴线与杆体1的中心轴线X重合。与第一内径段21连接的是通孔2的第二内径段22，该第二内径段22位于第一内径段21与杆体2的第二端之间，且第二内径段22的直径小于第一内径段21的直径。相对于第一内径段21缩窄的第二内径段22使得杆体1的围绕第二内径段22的周壁能够限定出用于收集碎屑的碎屑回收筒3。

通过第一内径段21和第二内径段22之间的直径差，能够实现碎屑回收筒3相对于杆体1的中心轴线X偏心设置，有助于随钻头转动情况下对翻起的碎屑的收集打捞。而且，通过合理计算第一内径段21与第二内径段22之间的直径差，可以保证碎屑回收筒3的回收容量以及内径足以实现可回收碎屑直径的最大化。经过验证，利用本发明的方案形成的碎屑回收装置，可回收碎屑的极限直径相较于传统捞杯能够回收的碎屑极限直径可以提升35％，大大提高了碎屑回收能力。

在所示出的实施例中，碎屑回收筒3的开口31朝向杆体1的第二端12，受到杆体1的第一端11冲出的流体冲击而向杆体1的第二端翻起的碎屑可以经碎屑回收筒3的开口31落入筒内。

根据本发明的随钻碎屑回收装置，在超深井钻井作业中能够随钻下入，实现碎屑随钻同步回收，降低作业风险，提高安全系数。

在所示出的实施例中，杆体1的通孔2的第二内径段22相对于杆体1偏心设置。如图1中示出的杆体1的横截面清楚的显示，第二内径段22的一侧内周面与第一内径段21的同侧内周面平齐，而第二内径段22的另一侧内周面相对于第一内径段21的同侧内周面向靠近杆体1的中心轴线X的方向内缩。这样，在杆体1的围绕第二内径段22的周壁中，一侧的壁厚小于另一侧的壁厚，而碎屑回收筒3形成在该壁厚较大的一侧。

在一个未示出的实施例汇总，第二内径段22的中心轴线与杆体1的中心轴线重合，而第二内径段22相对于第一内径段21内缩，从而杆体1的围绕第二内径段22的周壁形成一定壁厚，第一内径段21与第二内径段22的直径差设计成使得该壁厚足以形成碎屑回收筒3。

在一些实施例中，通孔2的第三内径段23连接至第二内径段22并位于杆体1的第二端12。第三内径段23的中心轴线可以与杆体1的中心轴线X重合。第三内径段23限定出通孔2的进口，而第一内径段21限定出通孔2的出口。流体经通孔2的进口被引入通孔2，在依次流经第三内径段23、第二内径段22和第一内径段21后从通孔2的出口流出，并冲击井底的碎屑向上翻起。当碎屑经过碎屑回收筒3的开口31上方时，因环空面积的突然增加导致流体运动速度降低，使得碎屑开始下落并在与碎屑回收筒3对正时落入筒内，或者碎屑在碰触旋转中的碎屑回收筒3的开口处筒壁时，会被筒壁拨动向筒中心移动，也可以落入筒内形成打捞。

如图1清楚的示出，杆体1在碎屑回收筒3的上方形成有向中心轴线X下沉的凹槽13，凹槽13的开口背向中心轴线X敞开并形成相对于碎屑回收筒3增大的环空空间，与开口相对的是凹槽13的底壁，在底壁相对两侧的是凹槽13的侧壁。碎屑回收筒3的开口31形成在凹槽13的侧壁上，使得碎屑回收筒3可以与外界连通，接收翻起的碎屑。

在所示出的实施例中，第二内径段22相对于杆体1的中心轴线X偏心设置，而凹槽13通过在杆体1的围绕第二内径段22的周壁中的较厚一侧的壁上加工而成，并可以在凹槽13的侧壁上沿杆体1的轴向向杆体1的第一端加工出长孔，以该长孔作为碎屑回收筒3。在本发明的随钻碎屑回收装置中，借助于凹槽13在碎屑回收筒3的开口上方形成大的环空空间，从而提高碎屑上翻过程中的环空返速差，有助于碎屑尽可能的沉积在碎屑回收筒3内。

杆体1的在碎屑回收筒3的筒壁处的直径与在凹槽13处的直径的差值显著提高，相较于现有技术可以增大20％，大大提高了环空返速差，碎屑更易沉淀进入结构3碎屑回收筒，碎屑回收效率更高。

在一些实施例中，在碎屑回收筒3的外壁上形成导流槽。导流槽有助于引导流体携带碎屑朝向碎屑回收筒3的开口31运动，提高碎屑上返效果。导流槽可以是在碎屑回收筒的外壁上螺旋延伸的旋转导流槽。或者，导流槽可以是沿直线延伸的线型导流槽。

根据本发明的随钻碎屑回收装置，杆体1可以是一体成型的，例如通过一体式深孔加工工艺成型，工具具有很高的机械强度。一体式设计可以实现在满足工况条件下随钻碎屑回收装置的机械性能最优，杆体1的位于第二端的连接接头和形成凹槽13的部位均可以做到机械强度的最优设计，提高随钻碎屑回收装置整体的机械强度，提高工具整体安全系数。经验证，根据本发明的随钻碎屑回收装置，抗拉强度和抗扭强度可以提升30％，充分满足超深井作业需求。

本发明的随钻碎屑回收装置，通过一体式变径实现偏心设计，能够在钻井作业碎屑上返过程中在偏心部位形成较大环空返速差，碎屑自动沉积进入碎屑回收筒。考虑偏心因素影响，实现一体加大了碎屑回收环空间隙和碎屑回收效率的同时提高了机械性能强度，实现超深井随钻碎屑回收，解决了超深井钻井作业，尤其是在井壁不稳定井况下碎屑回收难题，具备广阔应用前景。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)随钻碎屑回收装置的机械强度更高，满足超深井随钻作业需求；

(2)随钻碎屑回收装置可回收的碎屑尺寸更大，满足井壁碎屑掉块回收要求；

(3)增加紊流效果，改善碎屑上返效果。

虽然本申请主要基于石油开采领域进行示例性描述，但本领域技术人员将理解，本申请的随钻碎屑回收装置可以应用于其它领域，例如矿井开采等。

在本文中，针对本发明的多个实施例进行了描述，但为简明起见，各实施例的描述并不是详尽的，各个实施例之间相同相似的特征或部分可能会被省略。在本文中，各实施例的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其变体意在涵盖式，而非穷尽式，从而包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备可包括这些要素，而不排除还可包括没有明确列出的其他要素。

已参考上述实施例具体示出并描述了本发明的示例性系统及方法，其仅为实施本系统及方法的最佳模式的示例。本领域的技术人员可以理解的是可以在实施本系统及/或方法时对这里描述的系统及方法的实施例做各种改变而不脱离界定在所附权利要求中的本发明的精神及范围。所附权利要求意在界定本系统及方法的范围，故落入这些权利要求中及与其等同的系统及方法可被涵盖。对本系统及方法的以上描述应被理解为包括这里描述的全部的新的及非显而易见的元素的结合，而本申请或后续申请中可存在涉及任何新的及非显而易见的元素的结合的权利要求。此外，上述实施例是示例性的，对于在本申请或后续申请中可以要求保护的全部可能特征及元素组合中，没有一个单一特征或元素是必不可少的。

Claims (10)

1.一种随钻碎屑回收装置，其特征在于，包括具有第一端和相对的第二端的杆体，所述杆体内部沿其轴向限定出从所述第一端到所述第二端贯通的通孔，所述通孔具有靠近所述第一端的第一内径段和在所述第一内径段与所述第二端之间并相对于所述第一内径段缩窄的第二内径段，所述杆体的围绕所述第二内径段的周壁上限定出开口背向所述第一端的碎屑回收筒。

2.根据权利要求1所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述第一内径段与所述杆体同轴，而所述第二内径段相对于所述第一内径段偏心设置，所述杆体的围绕所述第二内径段的周壁的一侧的厚度大于另一侧的厚度，所述碎屑回收筒形成在所述周壁的厚度较大的一侧中。

3.根据权利要求2所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述第二内径段的偏心结构构造成从所述杆体的轴向截面看，第二内径段的一侧内周面与第一内径段的同侧内周面平齐，而另一侧的内周面相对于所述第一内径段的同侧内周面内缩，第二内径段的内缩的内周面与所述杆体的外周面之间限定出所述周壁的厚度较大的一侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述杆体的围绕所述第二内径段的周壁形成背向所述杆体的中心轴线敞开的凹槽，所述碎屑回收筒与所述凹槽相连通。

5.根据权利要求4所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述凹槽靠近所述杆体的第二端形成，所述碎屑回收筒由从所述凹槽的侧壁沿所述杆体的轴线向所述杆体的第一端延伸的孔构成。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述杆体是一体成型的。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述碎屑回收筒的外壁面具有通向所述碎屑回收筒的开口的导流槽。

8.根据权利要求7所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述导流槽是沿所述碎屑回收筒的外壁面成螺旋状延伸的旋转导流槽。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述杆体的通孔还具有与所述第二内径段相连接的第三内径段，所述第一内径段限定出所述通孔的出口，所述第三内径段限定出所述通孔的进口。

10.根据权利要求9所述的随钻碎屑回收装置，其特征在于，所述第三内径段与所述杆体同轴设置。

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