CN115628021B - 一种随钻井底清砂工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种随钻井底清砂工具，主要由转换接头、双壁管内接头、双臂管外接头、上胶筒座、扩张式胶筒、胶筒中心管、内管、下胶筒座、活塞等组成。当钻井液流经胶筒中心管与内管环空时分为两部分，一部分冲刷孔底，一部分推动活塞，活塞用来剪断剪切销钉、推动弹簧。当剪切销钉未被剪断，钻井液携带岩屑沿与孔壁环空上返形成正循环；当剪切销钉被剪断，打开钻井液到扩张式胶筒的通道，扩张式胶筒遇水膨胀堵住与孔壁环空形成反循环；当钻井液压力降低，弹簧推动活塞关闭钻井液到扩张式胶筒的通道再次形成正循环。本发明提供了一种随钻井底清砂工具，通过调节钻井液压力可实现近钻头返循环工艺，随钻井底清砂。
Description
技术领域
本发明涉及一种随钻井底清砂工具，属于石油钻探技术领域。
背景技术
正循环清砂是钻井液经钻杆内通孔冲刷井底，携带岩屑经钻杆和孔壁环空上返，钻杆内径小，而环空空间大，钻井液从钻头喷出后过流面积增大，导致泥浆流速瞬间降低，不易扰动井底岩屑。因此，正循环清砂携岩能力差，存在井底岩屑堆积情况；反循环清砂是钻井液经环空通道冲刷井底，携带岩屑从钻杆内通孔上返，钻井液从钻头喷出后过流面积减小，钻井液压力增大，携岩能力强，上返速度快。正循环钻进没有真空负压，能始终保持相对稳定的水头高度和钻井液密度，但正循环清砂能力差，而反循环清砂能力强，正循环、反循环工艺各有优缺点，适合不同地质条件，但不论正循环还是反循环工艺，只能通过起钻更换装置来转换正、反循环，现有装置无法在井下钻进过程中实现正、反循环的相互切换。因此，亟需提供一种井下装置，在钻进过程中切换正、反循环清砂工艺，综合正、反循环工艺的优点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种随钻井底清砂工具，运用活塞、扩张胶筒、双壁结构，实现通过调节钻井液压力可切换正、反循环清砂工艺，解决在井下钻进时无法切换正、反循环清砂工艺的难题，使钻进过程综合正、反循环工艺的优点。
为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：
一种随钻井底清砂工具，由自密封轴承、弹簧、剪切销钉、活塞、端盖筒、固定销钉、密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ、内管、密封圈Ⅲ、密封圈Ⅳ、密封圈Ⅴ、下胶筒座、胶筒中心管、扩张式胶筒、上胶筒座、双壁管外接头、双壁管内接头、密封圈Ⅵ、转换接头、钻杆组成；转换接头内部阶梯孔与左斜通孔、右斜通孔轴线夹角全为135°，左斜通孔与右斜通孔轴线夹角90°，上环通孔与下环通孔圆心角为120°呈对称分布，转换接头上部与钻杆螺纹连接，下部与双壁管外接头螺纹连接，内部阶梯孔与双壁管内接头过渡配合，内部阶梯孔与双壁管内接头由密封圈Ⅵ环形密封；双壁管外接头内三爪卡孔与双壁管内接头外三爪为矩形花键连接，下部与胶筒中心管螺纹连接；双壁管内接头内通孔与内管螺纹连接；扩张式胶筒由上胶筒座与下胶筒座固定；上胶筒座被4个固定销钉固定在胶筒中心管上；下胶筒座被4个固定销钉固定在端盖筒上；胶筒中心管内通孔与内管形成环空，胶筒中心管下部设置4个环向均匀分布的固定销钉盲孔、4个环向均匀分布的活塞通道孔、2个环形密封槽、4个环向均匀分布矩形槽，上部设置4个环向均匀分布的固定销钉盲孔、2个环形密封槽；内管内通孔与双壁管内接头内通孔同轴心且直径相同；端盖筒被4个固定销钉固定在胶筒中心管上；活塞在由下胶筒座、端盖筒、胶筒中心管所围成的密闭环形空间内运动，活塞上端用剪切销钉暂时固定在下胶筒座上，活塞在轴向由弹簧、端盖筒限制位移。
进一步的，双壁管外接头内三爪孔与内三爪卡孔间隔60°；双壁管内接头外三爪互为120°，与双壁管外接头内三爪卡孔实现周向固定、且轴向定位。
进一步的，上胶筒座内壁设置限位凸台，中部设置4个环向均匀分布的固定销钉孔，且与胶筒中心管由密封圈Ⅴ环形密封，上端由双壁管外接头轴向定位。
进一步的，下胶筒座内壁设置限位凸台，中部设置4个环向均匀分布的剪切销钉孔，下部设置4个环向均匀分布的固定销钉孔，2个环形密封槽，且与端盖筒由密封圈Ⅱ环形密封，下端由端盖筒轴向定位。
进一步的，端盖筒上部设置4个环向均匀分布的固定销钉盲孔，下部设置4个环向均匀分布的固定销钉孔、2个环形密封槽，且与胶筒中心管由密封圈Ⅰ环形密封。
进一步的，活塞为阶梯筒，活塞与下胶筒座、胶筒中心管分别由密封圈Ⅲ、密封圈Ⅳ环形密封。
进一步的，扩张式胶筒扩张后直径略小于孔壁直径，扩张式胶筒橡胶材料为耐磨材料，自密封轴承允许扩张式胶筒与上胶筒座、下胶筒座存在转动误差，使上胶筒座、下胶筒座承受单向扭力，延长使用寿命。
进一步的，钻井液经转换接头上环通孔和下环通孔、双壁管外接头内三爪孔、胶筒中心管与内管环形空间流到孔底。
进一步的，内管内通孔、双壁管内接头内通孔、转换接头内部阶梯孔、转换接头左右斜通孔为上返通道。
本发明的有益成果
1)本发明提供了一种随钻井底清砂工具，运用活塞、扩张式胶筒、双壁结构、弹簧，实现通过调节钻井液压力可切换正、反循环清砂工艺，解决了在井下钻进时无法切换正、反循环清砂工艺的难题。
2)正循环清砂携岩能力差，存在井底岩屑堆积，而反循环清砂钻井液压力大，携岩能力强，上返速度快，但正循环钻进没有真空负压，能始终保持相对稳定的水头高度和钻井液密度，正、反循环工艺各有优缺点，本发明使钻进过程综合正、反循环工艺的优点。
附图说明
图1为本发明的转换接头剖视图；
图2为本发明的双壁管外接头剖视图；
图3为本发明的双壁管内接头示意图；
图4为本发明的胶筒中心管示意图；
图5为本发明的内管剖视图；
图6为本发明的上胶筒座剖视图；
图7为本发明的下胶筒座剖视图；
图8为本发明的端盖筒剖视图；
图9为本发明的活塞剖视图；
图10为本发明的一种随钻井底清砂工具剖视图；
图中：1-自密封轴承、2-弹簧、3-剪切销钉、4-活塞、5-端盖筒、6-固定销钉、7-密封圈Ⅰ、8-密封圈Ⅱ、9-内管、10-密封圈Ⅲ、11-密封圈Ⅳ、12-下胶筒座、13-胶筒中心管、14-扩张式胶筒、15-上胶筒座、16-密封圈Ⅴ、17-双壁管外接头、18-双壁管内接头、19-密封圈Ⅵ、20-转换接头、21-钻杆、1203-剪切销钉孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1到图10所示：一种随钻井底清砂工具，由自密封轴承(1)、弹簧(2)、剪切销钉(3)、活塞(4)、端盖筒(5)、固定销钉(6)、密封圈Ⅰ(7)、密封圈Ⅱ(8)、内管(9)、密封圈Ⅲ(10)、密封圈Ⅳ(11)、下胶筒座(12)、胶筒中心管(13)、扩张式胶筒(14)、上胶筒座(15)、密封圈Ⅴ(16)、双壁管外接头(17)、双壁管内接头(18)、密封圈Ⅵ(19)、转换接头(20)、钻杆(21)组成；转换接头(20)内部阶梯孔(2001)与左斜通孔(2002)、右斜通孔(2003)轴线夹角全为135°，左斜通孔(2002)与右斜通孔(2003)轴线夹角90°，上环通孔(2004)与下环通孔(2005)圆心角为120°呈对称分布，转换接头(20)上部与钻杆(21)螺纹连接，下部与双壁管外接头(17)螺纹连接，内部阶梯孔(2001)与双壁管内接头(18)过渡配合，内部阶梯孔(2001)与双壁管内接头(18)由密封圈Ⅵ(19)环形密封；双壁管外接头(17)内三爪卡孔(1701)与双壁管内接头(18)外三爪(1801)为矩形花键连接，下部与胶筒中心管(13)螺纹连接；双壁管内接头(18)内通孔(1802)与内管(9)螺纹连接；扩张式胶筒(14)由上胶筒座(15)与下胶筒座(12)固定；上胶筒座(15)被4个固定销钉(6)固定在胶筒中心管(13)上；下胶筒座(12)被4个固定销钉(6)固定在端盖筒(5)上；胶筒中心管(13)内通孔(1305)与内管(9)形成环空，胶筒中心管(13)下部设置4个环向均匀分布的固定销钉盲孔(1301)、4个环向均匀分布的活塞通道孔(1302)、2个环形密封槽(1307)、4个环向均匀分布矩形槽(1303)，上部设置4个环向均匀分布的固定销钉盲孔(1304)、2个环形密封槽(1306)；内管(9)内通孔(901)与双壁管内接头(18)内通孔(1802)同轴心且直径相同；端盖筒(5)被4个固定销钉(6)固定在胶筒中心管(13)上；活塞(4)在由下胶筒座(12)、端盖筒(5)、胶筒中心管(13)所围成的密闭环形空间内运动，活塞上端(401)用剪切销钉(3)暂时固定在下胶筒座(12)上，活塞(4)在轴向由弹簧(2)、端盖筒(5)限制位移。
本发明的工作过程如下：
正循环：钻井液从钻杆(21)经转换接头(20)上环通孔(2004)和转换接头(20)下环通孔(2005)到双壁管外接头(17)，从双壁管外接头(17)内三爪孔(1702)经内管(9)与胶筒中心管(13)环空到孔底，后携带岩屑从钻杆与井壁环空上返地面形成正循环钻进。
正循环转反循环：钻井液从钻杆(21)经转换接头(20)上环通孔(2004)和转换接头(20)下环通孔(2005)到双壁管外接头(17)，从双壁管外接头(17)内三爪孔(1702)经内管(9)与胶筒中心管(13)环空时，钻井液分为两部分，一部分经内管(9)与胶筒中心管(13)环空直接流到孔底，一部分经胶筒中心管(13)4个环向均匀分布的活塞通道孔(1302)到由活塞(4)、端盖筒(5)、胶筒中心管(13)形成的密闭环形空间，从而推动活塞(4)运动，当由钻井液提供的推力大于剪切销钉(3)许用剪力时，剪切销钉被剪断，钻井液经下胶筒座(12)与胶筒中心管(13)环空到达扩张式胶筒(14)，扩张式胶筒(14)遇水膨胀到井壁位置，携带岩屑的钻井液从该工具与井壁环空上返通道受阻，携带岩屑的钻井液从内管(9)内通孔(901)经双壁管内接头(18)内通孔(1802)到转换接头(20)内部阶梯孔(2001)，从转换接头(20)内部阶梯孔(2001)经转换接头(20)左斜通孔(2002)、右斜通孔(2003)到钻杆与井壁环空上返形成反循环钻进。
再正循环：当弹簧力大于钻井液所提供的推力，弹簧(2)推动活塞(4)关闭钻井液到扩张式胶筒(14)的通道，扩张式胶筒(14)收缩，携带岩屑的钻井液从该工具与井壁环空、钻杆与井壁环空上返到地面再次形成正循环。
Claims (7)
1.一种随钻井底清砂工具，其特征在于，由自密封轴承(1)、弹簧(2)、剪切销钉(3)、活塞(4)、端盖筒(5)、固定销钉(6)、密封圈Ⅰ(7)、密封圈Ⅱ(8)、内管(9)、密封圈Ⅲ(10)、密封圈Ⅳ(11)、下胶筒座(12)、胶筒中心管(13)、扩张式胶筒(14)、上胶筒座(15)、密封圈Ⅴ(16)、双壁管外接头(17)、双壁管内接头(18)、密封圈Ⅵ(19)、转换接头(20)、钻杆(21)组成；所述转换接头(20)内部阶梯孔(2001)与左斜通孔(2002)、右斜通孔(2003)轴线夹角全为135°，左斜通孔(2002)与右斜通孔(2003)轴线夹角90°，上环通孔(2004)与下环通孔(2005)圆心角为120°呈对称分布，转换接头(20)上部与钻杆(21)螺纹连接，下部与双壁管外接头(17)螺纹连接，内部阶梯孔(2001)与双壁管内接头(18)过渡配合，内部阶梯孔(2001)与双壁管内接头(18)由密封圈Ⅵ(19)环形密封；所述双壁管外接头(17)内三爪卡孔(1701)与双壁管内接头(18)外三爪(1801)为矩形花键连接，下部与胶筒中心管(13)螺纹连接；所述双壁管内接头(18)内通孔(1802)与内管(9)螺纹连接；所述扩张式胶筒(14)由上胶筒座(15)与下胶筒座(12)固定；所述上胶筒座(15)被4个固定销钉(6)固定在胶筒中心管(13)上；所述下胶筒座(12)被4个固定销钉(6)固定在端盖筒(5)上；所述胶筒中心管(13)内通孔(1305)与内管(9)形成环空，胶筒中心管(13)下部设置4个环向均匀分布的固定销钉盲孔(1301)、4个环向均匀分布的活塞通道孔(1302)、2个环形密封槽(1307)、4个环向均匀分布矩形槽(1303)，上部设置4个环向均匀分布的固定销钉盲孔(1304)、2个环形密封槽(1306)；所述内管(9)内通孔(901)与双壁管内接头(18)内通孔(1802)同轴心且直径相同；所述端盖筒(5)被4个固定销钉(6)固定在胶筒中心管(13)上；所述活塞(4)在由下胶筒座(12)、端盖筒(5)、胶筒中心管(13)所围成的密闭环形空间内运动，活塞上端(401)用剪切销钉(3)暂时固定在下胶筒座(12)上，活塞(4)在轴向由弹簧(2)、端盖筒(5)限制位移。
2.根据权利要求1所述的一种随钻井底清砂工具，其特征在于，所述双壁管外接头(17)内三爪孔(1702)与内三爪卡孔(1701)间隔60°；所述双壁管内接头(18)外三爪(1801)互为120°，与双壁管外接头(17)内三爪卡孔(1701)实现周向固定、且轴向定位。
3.根据权利要求1所述的一种随钻井底清砂工具，其特征在于，所述上胶筒座(15)内壁设置限位凸台(1501)，中部设置4个环向均匀分布的固定销钉孔(1502)，且与胶筒中心管(13)由密封圈Ⅴ(16)环形密封，上端由双壁管外接头(17)轴向定位。
4.根据权利要求1所述的一种随钻井底清砂工具，其特征在于，所述下胶筒座(12)内壁设置限位凸台(1204)，中部设置4个环向均匀分布的剪切销钉孔(1203)，下部设置4个环向均匀分布的固定销钉孔(1201)，2个环形密封槽(1202)，且与端盖筒(5)由密封圈Ⅱ(8)环形密封，下端由端盖筒(5)轴向定位。
5.根据权利要求1所述的一种随钻井底清砂工具，所述端盖筒(5)上部设置4个环向均匀分布的固定销钉盲孔(501)，下部设置4个环向均匀分布的固定销钉孔(503)、2个环形密封槽(502)，且与胶筒中心管(13)由密封圈Ⅰ(7)环形密封。
6.根据权利要求1所述的一种随钻井底清砂工具，其特征在于，所述活塞(4)为阶梯筒，活塞(4)与下胶筒座(12)、胶筒中心管(13)分别由密封圈Ⅲ(10)、密封圈Ⅳ(11)环形密封。
7.根据权利要求1所述的一种随钻井底清砂工具，其特征在于，所述扩张式胶筒(14)扩张后直径略小于孔壁直径，扩张式胶筒(14)橡胶材料为耐磨材料，所述自密封轴承(1)允许扩张式胶筒(14)与上胶筒座(15)、下胶筒座(12)存在转动误差，使上胶筒座(15)、下胶筒座(12)承受单向扭力，延长使用寿命。
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