CN114439391B - 一种岩屑床清除工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种岩屑床清除工具,涉及石油钻井机械技术领域,该岩屑床清除工具包括壳体,壳体内具有导流腔和多个导流通道,导流腔沿水平方向贯通壳体,各导流通道的一端与导流腔相连通,各导流通道的另一端贯通至壳体的外壁,多个导流通道沿导流腔的圆周方向顺序间隔排列,各导流通道内分别安装有仅允许流体向下流动的控制组件。本发明提出的岩屑床清除工具,能够有效清除井下岩屑床,保证水平井、大位移井的正常、高效地运行。

Description

一种岩屑床清除工具
技术领域
本发明涉及石油钻井机械技术领域,特别涉及一种岩屑床清除工具。
背景技术
水平井、大位移井是石油开采中的先进技术,可有效增大储层泄油面积,提高油气采收率。在海洋油气田开发、老油田稳产增产和低渗透油气田开发等领域,水平井、大位移井被广泛使用。但现场实践和实验研究均表明,倾斜井段钻井液携带岩屑效率低,特别是滑动定向钻进过程中,由于钻柱自身不旋转,易堆积形成岩屑床,岩屑床一旦形成,后续钻井过程中极易导致钻杆高摩阻、高扭矩、拖压等问题。严重时,岩屑床可能会引发井下卡钻、钻具断落等井眼安全事故。
目前,增大钻井液排量和使用清除工具是水平井、大位移井钻井过程中常用的岩屑床清除手段,但清除效果并不十分理想。具体的,提高钻井液排量能降低岩屑床厚度、加快岩屑运移,但是在定向段和水平段钻进时,钻柱受自身重力作用而贴近井眼低边,导致低边井壁处流速小、携岩困难,在当前机泵能力有限的情况下,即便增加机泵成本投入仍然很难获得满意的清除效果;另外,现有岩屑床清除工具主要是外接钻杆或者直接在钻杆加厚处开孔,通过钻杆旋转直接破坏环空底部岩屑床或改变清除工具周围钻井液流态来清除岩屑床,但是,滑动定向钻进时由于钻杆不旋转,环空底部岩屑床根本得不到有效破坏,而钻杆加厚处开孔的方法会使钻井液一直从钻杆内连续不断喷向环空,由于水平井段岩屑床在环空底部,喷射在环空上部的钻井液并不能对岩屑床进行有效清除,且会产生较大压耗,不利于钻井的快速高效的进行。
有鉴于此,本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验,经过反复试验设计出一种岩屑床清除工具,以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种岩屑床清除工具,能够有效清除井下岩屑床,保证水平井、大位移井的正常、高效地运行。
为达到上述目的,本发明提出一种岩屑床清除工具,其中,所述岩屑床清除工具包括壳体,所述壳体内具有导流腔和多个导流通道,所述导流腔沿水平方向贯通所述壳体,各所述导流通道的一端与所述导流腔相连通,各所述导流通道的另一端贯通至所述壳体的外壁,多个所述导流通道沿所述导流腔的圆周方向顺序间隔排列,各所述导流通道内分别安装有仅允许流体向下流动的控制组件。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,所述控制组件包括翻板、转动轴和两个限位销,所述翻板通过所述转动轴能转动地安装在所述导流通道内,所述转动轴平行于所述导流腔的轴线设置,所述翻板位于所述转动轴的一侧为第一部,所述翻板位于所述转动轴的另一侧为第二部,所述第一部的质量大于所述第二部的质量,两个所述限位销分别位于所述转动轴的两侧并分别固定连接在所述导流通道的内壁上,所述第一部的端部密封抵靠于位于所述限位销背向所述导流腔的一侧,所述第二部的端部密封抵靠于另一所述限位销朝向所述导流腔的一侧。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,各所述导流通道的沿所述导流腔的径向设置。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,各所述导流通道的横截面呈矩形,所述翻板为矩形板,所述转动轴平行于所述翻板的轴线设置且所述转动轴与所述翻板的轴线具有间隔。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,所述壳体具有内筒体和外筒体,所述内筒体的内腔形成所述导流腔,所述外筒体套设在所述内筒体外并与所述内筒体通过连接件固定连接,所述外筒体和所述内筒体之间具有间隔并形成环形的工作腔,所述工作腔内设置有多个导流管,各所述导流管的一端与所述内筒体固定连接,各所述导流管的另一端与所述外筒体固定连接,所述导流管的内腔形成所述导流通道。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,所述内筒体的侧壁上开设有与所述导流通道相连通的第一贯通孔,所述外筒体的侧壁上开设有与所述导流通道相连通的第二贯通孔。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,所述外筒体的外壁上设置有多个叶片,多个所述叶片沿所述外筒体的圆周方向均布。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,所述内筒体和所述外筒体通过上接头固定连接,所述上接头呈筒状并插装在所述工作腔的一端,所述外筒体与所述上接头的外壁固定连接,所述内筒体与所述上接头的内壁固定连接。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,所述工作腔的另一端插装有底堵,所述底堵与所述内筒体或所述外筒体固定连接。
如上所述的岩屑床清除工具,其中,所述内筒体背向所述上接头的一端凸出于所述外筒体形成下接头,所述下接头的外壁上开设有用于连接的外螺纹。
与现有技术相比,本发明具有以下特点和优点:
本发明提出的岩屑床清除工具使用时随钻杆一并下入井内,钻井液通过壳体的导流腔进入导流通道,再经导流通道内的控制组件流至壳体的外壁并喷射至井眼环空内,用于清除岩屑床。当滑动定向钻进时,壳体横向设置,由于导流通道内的控制组件仅允许钻井液向下流动,钻井液便不会向导流腔上方流出,而仅能通过位于导流腔下方(井眼环空低边部位)的导流通道向下流动至井眼环空中,进而实现对井眼低边岩屑床的定向清除。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的,而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外,图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的,用于帮助对本发明的理解,并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下,可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明提出的岩屑床清除工具的结构示意图;
图2为本发明提出的岩屑床清除工具的剖视图;
图3为本发明中控制组件的结构示意图;
图4为本发明中控制组件的俯视图;
图5为本发明中壳体的结构示意图。
附图标记说明:
100、岩屑床清除工具; 10、壳体;
11、导流腔; 12、导流通道;
13、内筒体; 14、外筒体;
15、工作腔; 16、导流管;
17、叶片; 18、上接头;
19、底堵;
20、控制组件; 21、翻板;
211、第一部; 212、第二部;
22、转动轴; 23、限位销。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述,能够更加清楚地了解本发明的细节。但是,在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形,这些都应被视为属于本发明的范围。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者可能存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。
本文中所述的方位用语“上”、“下”、“顶”、“底”以图2所示为准,该些方位用语,仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的,而不应该认为是具有限制性的。
如图1至图5所示,本发明提出的岩屑床清除工具100具有壳体10,壳体10内设有导流腔11和多个导流通道12,导流腔11沿水平方向贯通壳体10,各导流通道12的一端与导流腔11相连通,各导流通道12的另一端贯通至壳体10的外壁,多个导流通道12沿导流腔11的圆周方向顺序间隔排列,各导流通道12内分别安装有仅允许流体向下流动的控制组件20。
本发明提出的岩屑床清除工具100使用时随钻杆一并下入井内,钻井液通过壳体10的导流腔11进入导流通道12,再经导流通道12内的控制组件20流至壳体10的外壁并喷射至井眼环空内,用于清除岩屑床。当滑动定向钻进时,壳体10横向设置,由于导流通道12内的控制组件20仅允许钻井液向下流动,钻井液便不会向导流腔11上方流出,而仅能通过位于导流腔11下方(井眼环空低边部位)的导流通道12向下流动至井眼环空中,进而实现对井眼低边岩屑床的定向清除。
本发明提出的岩屑床清除工具100在滑动定向钻进时,钻井液只由壳体10的低边喷入井眼环空,更有利于低边岩屑床的清除,克服了现有钻杆开孔清除岩屑床方法上下同喷出以及现有清除岩屑床方法只能在钻杆旋转情况下才能正常工作的不足。
在本发明一个可选的实施方式中,控制组件20包括翻板21、转动轴22和两个限位销23,翻板21通过转动轴22能转动地安装在导流通道12内,转动轴22平行于导流腔11的轴线设置,翻板21位于转动轴22的一侧为第一部211,翻板21位于转动轴22的另一侧为第二部212,第一部211的质量大于第二部212的质量,两个限位销23分别位于转动轴22的两侧并分别固定连接在导流通道12的内壁上,翻板21的第一部211端部密封抵靠于限位销23背向导流腔11的一侧;第二部212的端部密封抵靠于另一限位销23朝向导流腔12的一侧。翻板21在重力的作用下,质量大的第一部211向下转动,位于壳体10上边的导流通道12内的翻板21其第一部211向下转动后被限位销23阻挡,使得翻板21处于关闭状态;位于壳体10下边的导流通道12内的翻板21其第一部211向下转动后不会被限位销阻挡,使得翻板21处于开启状态,钻井液可由导流腔11进入导流通道12中,并经导流通道12喷射至井眼环空内,用于清除岩屑床。钻进结束起钻时,岩屑床清除工具100停止工作,并随钻杆一并起出。
在本发明一个可选的实施方式中,各导流通道12的横截面和翻板21均呈矩形,转动轴22平行于翻板21的轴线设置且转动轴22与翻板21的轴线具有间隔,即转动轴22偏心设置。采用上述结构,翻板21其位于转动轴22两侧的宽度不同,位于转动轴22两侧的质量也就不同,即在翻板21的两侧中,其宽度大(侧边距离转动轴22远)的一侧为第一部211,宽度小(侧边距离转动轴22近)的另一侧为第二部212。
在该实施方式中,翻板21的外缘可以与导流通道12的内壁密封滑动配合;翻板21的外缘也可以与导流通道12的内壁具有间隙,当翻板21的外缘与导流通道12的内壁具有间隙时,虽然钻井液也可以从上述间隙流出,但大部分钻井液仍然会向低处定向流出,不会影响岩屑床清除工具100的定向清除效果。
在该实施方式中,岩屑床清除工具100随钻杆一同下入井下,在旋转钻进时壳体10随钻杆一同旋转,翻板21处于开启状态,钻井液可以由导流通道12流向环空。
在该实施方式一个可选的例子中,壳体10具有内筒体13和外筒体14,内筒体13的内腔形成导流腔11,外筒体14套设在内筒体13外并与内筒体13通过连接件固定连接,外筒体14和内筒体13之间具有间隔并形成环形的工作腔15,工作腔15内设置有多个导流管16,导流管16的一端与内筒体13固定连接,导流管16的另一端与外筒体14固定连接,导流管16的内腔形成导流通道12。
优选的,内筒体13的侧壁上开设有与导流通道12相连通的第一贯通孔,导流腔11内的钻井液由第一贯通进入导流通道12中,外筒体的侧壁上开设有与导流通道12相连通的第二贯通孔。第二贯通孔形成向外喷水的孔眼,导流通道12中的钻井液通过第二贯通孔(孔眼)进入井眼环空,以实现对岩屑床的清除。
在一个可选的例子中,外筒体14的外壁上设置有多个叶片17,多个叶片17沿外筒体14的圆周方向均布。当壳体10随钻杆转动时,壳体10外壁的叶片17会随之转动并对岩屑床进行破坏。
优选的,叶片17为螺旋叶片,以更好的破坏岩屑床。
在一个可选的例子中,连接件为一上接头18,上接头18呈筒状并插装在工作腔15的一端,外筒体14与上接头18的外壁固定连接,内筒体13与上接头18的内壁固定连接。
进一步的,外筒体14与上接头18之间、内筒体13和上接头18之间分别通过丝扣连接。
在一个可选的例子中,工作腔15的另一端插装有底堵19,底堵19与内筒体13或外筒体14固定连接。
进一步的,内筒体13背向上接头18的一端凸出于外筒体14形成下接头,下接头的外壁上开设有用于连接的外螺纹。
在一个可选的例子中,上接头18、下接头分别连接钻杆,当钻杆转动时,内筒体13、外筒体14和上接头18一同随钻杆转动。
本发明提出的岩屑床清除工具100通过设置在导流通道12内的控制组件20控制钻井液喷射及其喷射区域;本发明提出的岩屑床清除工具100随钻杆一同下入井下,克服了现有技术中钻杆开孔清除岩屑床方法只能使钻井液一直从钻杆内连续不断喷向环空的不足;本发明提出的岩屑床清除工具100在滑动定向钻进时钻井液由低边喷入井眼环空进行清理,克服了现有叶片清除岩屑床方法须依靠钻杆旋转的不足。
针对上述各实施方式的详细解释,其目的仅在于对本发明进行解释,以便于能够更好地理解本发明,但是,这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制,特别是,在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合,从而组成其他实施方式,除了有明确相反的描述,这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中,而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (9)

1.一种岩屑床清除工具,其特征在于,所述岩屑床清除工具包括壳体,所述壳体内具有导流腔和多个导流通道,所述导流腔沿水平方向贯通所述壳体,各所述导流通道的一端与所述导流腔相连通,各所述导流通道的另一端贯通至所述壳体的外壁,多个所述导流通道沿所述导流腔的圆周方向顺序间隔排列,各所述导流通道内分别安装有仅允许流体向下流动的控制组件;
所述控制组件包括翻板、转动轴和两个限位销,所述翻板通过所述转动轴能转动地安装在所述导流通道内,所述转动轴平行于所述导流腔的轴线设置,所述翻板位于所述转动轴的一侧为第一部,所述翻板位于所述转动轴的另一侧为第二部,所述第一部的质量大于所述第二部的质量,两个所述限位销分别位于所述转动轴的两侧并分别固定连接在所述导流通道的内壁上,所述第一部的端部密封抵靠于所述限位销背向所述导流腔的一侧,所述第二部的端部密封抵靠于另一所述限位销朝向所述导流腔的一侧。
2.如权利要求1所述的岩屑床清除工具,其特征在于,各所述导流通道的沿所述导流腔的径向设置。
3.如权利要求2所述的岩屑床清除工具,其特征在于,各所述导流通道的横截面呈矩形,所述翻板为矩形板,所述转动轴平行于所述翻板的轴线设置且所述转动轴与所述翻板的轴线具有间隔。
4.如权利要求1所述的岩屑床清除工具,其特征在于,所述壳体具有内筒体和外筒体,所述内筒体的内腔形成所述导流腔,所述外筒体套设在所述内筒体外并与所述内筒体通过连接件固定连接,所述外筒体和所述内筒体之间具有间隔并形成环形的工作腔,所述工作腔内设置有多个导流管,各所述导流管的一端与所述内筒体固定连接,各所述导流管的另一端与所述外筒体固定连接,所述导流管的内腔形成所述导流通道。
5.如权利要求4所述的岩屑床清除工具,其特征在于,所述内筒体的侧壁上开设有与所述导流通道相连通的第一贯通孔,所述外筒体的侧壁上开设有与所述导流通道相连通的第二贯通孔。
6.如权利要求5所述的岩屑床清除工具,其特征在于,所述外筒体的外壁上设置有多个叶片,多个所述叶片沿所述外筒体的圆周方向均布。
7.如权利要求5所述的岩屑床清除工具,其特征在于,所述内筒体和所述外筒体通过上接头固定连接,所述上接头呈筒状并插装在所述工作腔的一端,所述外筒体与所述上接头的外壁固定连接,所述内筒体与所述上接头的内壁固定连接。
8.如权利要求7所述的岩屑床清除工具,其特征在于,所述工作腔的另一端插装有底堵,所述底堵与所述内筒体或所述外筒体固定连接。
9.如权利要求7所述的岩屑床清除工具,其特征在于,所述内筒体背向所述上接头的一端凸出于所述外筒体形成下接头,所述下接头的外壁上开设有用于连接的外螺纹。
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