CN201330574Y - 气体钻井用螺旋分流短节 - Google Patents
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Abstract
一种气体钻井用螺旋分流短节，涉及石油天然气钻井钻具短节的制造技术领域，设计了一种既可满足携岩要求，也能满足钻梃与钻杆环空气流速度的气体钻井用螺旋分流短节，由分流短节本体和分流孔组成，分流短节本体是空心的圆柱体结构，在分流短接本体上由下向上设置有加长分流孔；解决了当流经螺杆钻具的气量超过额定工作气量时，导致螺杆转子转速过高，造成转子速度失控的问题；具有产生高速螺旋流，增强气流携岩能力、解决钻水平井时携岩要求气量与空气螺杆额定气量不一致的矛盾特点，可以提高气体钻井效率。
Description
技术领域：
一种气体钻井用螺旋分流短节，用于油气钻井工程中利用气体作为循环介质实施钻井，涉及一种实施石油天然气钻井工程中钻具短节的设计和制造技术领域。
背景技术：
在利用气体为循环介质钻水平井时，为了能够正常携岩，需要比钻同样尺寸直井更大的注气量，而保证钻水平井正常携岩的气量往往超过气体螺杆额定工作气量，特别是长水平段钻进时，需要的气量更大，有时会超过井下螺杆钻具的额定气量；但是，当流经螺杆钻具的气量超过额定工作气量时，会导致螺杆转子转速过高，甚至造成转子速度失控，转子转速过高时会因摩擦热损坏马达的柔性螺旋瓣空腔护套，甚至导致钻头飞车现象，从而损坏气体螺杆钻具，其结果会大大降低钻井效率；另外，在气体钻井中，由于钻铤的直径比钻杆的直径大，因此由钻铤环空到钻杆环空的过流面积会突变增大，这样就会导致在相同的气量下钻杆环空的流速降低，流速的降低会导至气体携岩能力降低，造成该处携岩不畅或形成泥饼环，影响正常钻进。
发明内容：
本实用新型的目的是为了克服上述气体钻井中所存在的技术问题，利用稀疏相气固两相流理论和流体数值模拟技术，设计了一种即可满足携岩要求气量与气体螺杆额定气量之间要求，也能满足钻铤与钻杆环空气流速度的气体钻井用螺旋分流短节。
本实用新型的技术方案是：本实用新型由分流短节本体和分流孔组成，其特征在于：所述分流短节本体是空心的圆柱体结构，在分流短接本体上由下向上设置有加长分流孔；
所述加长分流孔是由分流短节本体的内圆向外圆表面贯通，并按照螺旋型状设置的；
所述加长分流孔是由分流短节本体的下部向上部环绕设置在分流短节本体上的，螺旋角为25°～35°；
所述每个加长分流孔的流道与分流短节本体互成90°设置；所述加长分流孔流道的出口设置在分流短接本体的外圆上，在加长分流孔流道的出口设置有喷嘴；
所述加长分流孔的孔径大于喷嘴的孔径，喷嘴的开口与分流短节本体母线成15°～25°夹角；
使用时，将本实用新型根据钻具组合需要串联在钻具中指定的位置，钻井时，气流经过分流短节本体时，一部分气流通过短接直接进入下部钻具，而另一部分气流则通过加长分流孔进入按照螺旋设计的加长分流孔的流道，进入螺旋型加长分流孔的流道的气体在螺旋加长分流孔的流道中被加速，从喷嘴喷出时，形成环绕钻柱上升的高速螺旋流达到加强气体钻井时的携岩能力。
本实用新型的优点和有益效果是：本实用新型的螺旋加长分流孔沿分流短节本体螺旋排列，有利于减小对本体的伤害，提高本体强度，螺旋加长分流的流道可以产生高速螺旋流，增强气流携岩能力，喷嘴可以防止岩屑进入流道堵塞分流孔，因此具有解决钻水平井时携岩要求气量与空气螺杆额定气量不一致的矛盾特点，还可以解决钻铤与钻杆连接处的携岩问题，提高气体钻井效率。
附图说明：
图1是本实用新型的局部剖视结构简图。
具体实施方式：
下面结合附图给出本实用新型的实施例，本实用新型由分流短节本体4和分流孔1组成，分流短节本体4是空心的圆柱体结构，在分流短接本体4上由下向上设置有加长分流孔1，加长分流孔1是由分流短节本体4的内圆向外圆表面贯通，并按照螺旋型状设置的；加长分流孔1是由分流短节本体4的下部向上部环绕设置在分流短节本体4上的，螺旋角为25°～35°；每个加长分流孔1的流道2与分流短节本体4互成90°设置；加长分流孔1的流道2的出口设置在分流短接本体4的外圆上，在加长分流孔1的流道2的出口设置有喷嘴3；加长分流孔1的孔径大于喷嘴3的孔径，喷嘴3的开口与分流短节本体4母线成15°～25°夹角；
在实施气体钻井时，将本实用新型串联在钻铤与钻杆连接处，或根据钻具组合需要串联在钻具中指定的位置，钻井时，气流经过分流短接本体4时，一部分气流通过分流短接本体4直接进入下部钻具，满足螺杆钻具正常工作，驱动螺杆工作后，经钻头进入环空，而另一部分超过螺杆工作气量的气流则通过加长分流孔1进入螺旋设置的加长分流孔1的流道2，进入加长分流孔1的流道2的气体在流道2中被螺旋加速，造成从喷嘴3喷出时，形成环绕钻柱上升的高速螺旋流，达到加强气体钻井时的携岩能力；
经过流体动力学数值模拟计算，设计的加长分流孔1的最佳排列方式是螺旋向上，这种设计的排列方式减小了对分流短节本体4的伤害，可以提高分流短节本体4的强度，同时气体在螺旋设计的流道2中被螺旋加速，使气体在通过喷嘴3喷出时产生高速螺旋流，形成环绕钻柱上升的高速螺旋流，强化了气流携岩能力；喷嘴3的开口成斜椭圆形，使喷嘴3开口的上方部分起到了帽子的作用，可防止上提钻具时井壁泥沙堵住喷嘴3，及停止注气时回落岩屑堵住喷嘴3，达到保护流道2不被堵塞的目的，增强了分流的可靠性；设置的加长分流孔1是沿分流短节本体4螺旋排列的，每个加长分流孔1之间互成90°，这种排列分流孔方式，可以避免在同一圆周上开孔对分流短节本体4集中伤害，提高分流短节本体4的刚度，从而减小了井下事故的发生。
Claims (6)
1.一种气体钻井用螺旋分流短节，由分流短节本体和分流孔组成，其特征在于：所述分流短节本体是空心的圆柱体结构，在分流短接本体上由下向上设置有加长分流孔。
2.根据权利要求1所述的气体钻井用螺旋分流短节，其特征在于：所述加长分流孔是由分流短节本体的内圆向外圆表面贯通，并按照螺旋形状设置的。
3.根据权利要求1所述的气体钻井用螺旋分流短节，其特征在于：所述加长分流孔是由分流短节本体的下部向上部环绕设置在分流短节本体上的，螺旋角为25°～35°。
4.根据权利要求1所述的气体钻井用螺旋分流短节，其特征在于：所述每个加长分流孔的流道与分流短节本体互成90°设置。
5.根据权利要求1所述的气体钻井用螺旋分流短节，其特征在于：所述加长分流孔流道的出口设置在分流短接本体的外圆上，在加长分流孔流道的出口设置有喷嘴。
6.根据权利要求1所述的气体钻井用螺旋分流短节，其特征在于：所述加长分流孔的孔径大于喷嘴的孔径，喷嘴的开口与分流短节本体母线成15°～25°夹角。
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| CN101793131A (zh) * | 2010-03-15 | 2010-08-04 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 两级分流螺杆钻具钻磨管柱结构 |
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2009
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| CN102345450B (zh) * | 2010-08-05 | 2015-01-28 | 中国石油大学(北京) | 环空分流短节(fdj)及其相关计算方法 |
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