CN204371158U - 水平井岩屑清除装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水平井岩屑清除装置，包括筒形的本体，本体的中部沿本体的周向设置有多个V形叶片，V形叶片包括上螺旋片和下螺旋片，上螺旋片和下螺旋片的旋向相反；沿本体的轴线方向，上螺旋片的长度小于下螺旋片的长度；沿本体的径向，上螺旋片含有径向上外端面，下螺旋片含有径向下外端面，径向上外端面和径向下外端面均为弧面。本实用新型的水平井岩屑清除装置在旋转过程中形成的扰动影响范围广，对钻井液造成的紊流效果好，可以大幅提高大位移水平井造斜段和水平段的岩屑清除效率。

Description

水平井岩屑清除装置

技术领域

本实用新型涉及一种石油、天然气钻井的配套装置，特别是一种能够提高水平井造斜段和水平段岩屑清除效率的水平井岩屑清除装置。

背景技术

近年来，随着我国油气资源品位的不断下降，油气勘探开发逐渐向非常规、低渗透领域转移，大位移水平井可以最大限度地增大储层泄油面积，提高非常规、低渗透油气藏单井产量和采收率，因此大位移水平井钻井技术成为高效开发低品位油气层的重要技术支撑。但大位移水平井钻井过程中仍有很多技术难点严重影响作业效率，现场实践和实验研究均表明井斜大于40度后的关键井段，钻井液携带岩屑效率低，岩屑易堆积形成岩屑床，导致钻柱高摩阻、高扭矩，严重时造成卡钻、钻具断落等井眼安全事故，同时岩屑床形成后还影响后续作业，如造成套管下入困难、固井质量差等，大位移水平井关键井段携岩效率问题大幅增加了非钻进时间，影响了机械钻速，增加了作业风险和成本。因此，如何提高关键井段的岩屑清除效率，是大位移水平井钻井亟待解决的核心技术问题。

国外油田技术服务公司为提高大位移水平井岩屑清除效率研发了岩屑清除装置，并且部分装置通过了现场试验论证可以投入商业应用。目前国外的岩屑清除装置可以分为两种基本结构，数量较多的一种为固定在钻杆上的V形叶片结构，另一种为安装在钻杆周围的喷射水眼结构。固定V形叶片形状包括直棱形、V字形、螺旋形。该种清洁仪器的表面设计有螺旋槽或刀片来协助井眼岩屑的运移。当钻杆转动时，这些刀片通过搅动产生紊流从而将岩屑颗粒重新悬浮。此时，钻井液应当具有一定的流变性，能将岩屑运移出井眼，实现井眼净化。

采用机械清除岩屑的方法具有主动“挖掘”功能，在一定范围内具有较好的清洁井眼作用。GeorgeSwietlik在1997年申请了一项机械清除岩屑的美国专利，该专利采用了一种平行于钻杆轴线的直棱V形叶片，但单个V形叶片的横截面并非为等腰梯形，其特殊的结构有利于挖掘岩屑颗粒并运送出岩屑床。GeorgeSwietlik随后又设计了V字形V形叶片，单个V形叶片的横截面与直棱形一致，不同的是V形叶片的布置位置和方式，这一改动增加了V形叶片对钻井液的扰动能力，从而利用水力冲击清除岩屑床。VAM钻井公司开发了Hydroclean井眼清洁器，该清洁仪器的表面设计有螺旋槽或刀片来协助井眼岩屑的运移。当钻杆转动时，这些刀片通过搅动产生紊流从而将岩屑颗粒重新悬浮。

国内对于大位移水平井岩屑清除工具的研究起步较晚，目前还处于室内研究阶段。东北石油大学研制了一种钻具上使用的岩屑清洁装置，该装置由下扩眼保护器、螺旋旋转增速器和上扩眼保护器组成，旋转增速器的旋转会将岩屑颗粒从井壁带入螺旋翼片与本体之间的排屑槽中，由于过流面积减小以及翼片凹角所产生的文丘里效应使岩屑滞留在排屑槽里，将岩屑颗粒从井底举升起来。中国石油大学(华东)设计了一种扰砂短节的井眼净化设备，加装在钻具上的扰砂短节随钻具一起旋转和上下运动，其螺旋齿不断搅动，破坏岩屑沉淀，减少岩屑床形成，将促成岩屑床的岩屑重新悬浮于钻井液中。这两种岩屑清除工具都是通过单螺旋V形叶片旋转形成旋流，进而破坏岩屑床，将岩屑颗粒重新悬浮并移出井眼，旋流影响范围较小，对大位移水平井岩屑清除效率的提高不明显。

实用新型内容

为了克服现有岩屑清除工具旋流影响范围较小的问题，本实用新型提供一种水平井岩屑清除装置，该装置在旋转过程中形成的扰动影响范围广，对钻井液造成的紊流效果好，特别是可以大幅提高大位移水平井造斜段和水平段的岩屑清除效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水平井岩屑清除装置，包括筒形的本体，本体的中部沿本体的周向设置有多个V形叶片，V形叶片包括上螺旋片和下螺旋片，上螺旋片和下螺旋片的旋向相反；沿本体的轴线方向，上螺旋片的长度小于下螺旋片的长度；沿本体的径向，上螺旋片含有径向上外端面，下螺旋片含有径向下外端面，径向上外端面和径向下外端面均为弧面。

径向上外端面所对应的半径和径向下外端面所对应的半径相同。

沿本体的轴向，上螺旋片含有轴向上外端面，下螺旋片含有轴向下外端面，轴向上外端面和轴向下外端面均为平面。

轴向上外端面和轴向下外端面与本体的轴线之间的夹角均为45°。

沿本体的轴线方向，上螺旋片的长度小于等于下螺旋片的长度。

上螺旋片的长度与下螺旋片的长度的比值为1:3。

上螺旋片的长度为12厘米，下螺旋片的长度为18厘米。

上螺旋片的螺距与下螺旋片的螺距相等。

本体的中部沿本体的周向均匀设置有5个形状相同的V形叶片。

本体的上端设置有上接头，上接头的上端设置有上大下小的锥形内螺纹；本体的下端设置有下接头，下接头的下端设置有上大下小的锥形外螺纹。

上接头、本体、V形叶片和下接头为一体式结构。

本实用新型的有益效果是，在旋转过程中形成的扰动影响范围广，对钻井液造成的紊流效果好，特别是能大幅提高大位移水平井岩屑清除效率；且本实用新型的水平井岩屑清除装置易于实现，现场易于接受。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型的水平井岩屑清除装置的主视图。

图2是本实用新型的V形叶片的结构示意图。

图3是本实用新型的水平井岩屑清除装置的仰视图。

附图标记说明：1.上接头，2.本体，3.V形叶片，31.上螺旋片，311.径向上外端面，312.轴向上外端面，32.下螺旋片，321.径向下外端面，322.轴向下外端面，4.下接头。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1至图3所示，本实用新型提出了一种水平井岩屑清除装置，包括筒形的本体2，本体2的中部沿本体2的周向设置有多个V形叶片3，V形叶片3包括上螺旋片31和下螺旋片32，上螺旋片31和下螺旋片32的旋向相反；沿本体2的轴线方向，上螺旋片31的长度小于下螺旋片32的长度；沿本体2的径向，上螺旋片31含有径向上外端面311，下螺旋片32含有径向下外端面321，径向上外端面311和径向下外端面321均为弧面。

在大位移水平井钻井过程中，将本实用新型的水平井岩屑清除装置安装在造斜段和水平段的钻杆上，其随着钻杆一起转动，相邻的两个V形叶片3之间形成旋面流道，V形叶片3搅动产生的紊流使岩屑床颗粒重新悬浮，由于V形叶片3的上部和下部螺旋方向、长度均不同，即，上叶片31与下叶片32的螺旋方向相反、长度不等，进一步提高了钻井液紊流效果；同时由于V形槽段环空的过流面积远小于钻杆本体和钻杆接头部位的过流面积，流经此处的钻井液流速增大，将悬浮的岩屑颗粒运移出井眼，实现井眼净化，提高岩屑清除效率。

如图2所示，在一个具体的实施方式中，径向上外端面311所对应的半径和径向下外端面321所对应的半径相同，即径向上外端面311和径向下外端面321均为弧面，两个所述弧面所对应的半径相同。沿本体2的轴向，上螺旋片31含有轴向上外端面312，下螺旋片32含有轴向下外端面322，轴向上外端面312和轴向下外端面322均为平面。轴向上外端面312和轴向下外端面322与本体2的轴线之间的夹角均为45°。上螺旋片31的螺距与下螺旋片32的螺距相等。

在一个可行的实施方式中，沿本体2的轴线方向，上螺旋片31的长度小于等于下螺旋片32的长度。优选的，上螺旋片31的长度与下螺旋片32的长度的比值为1:3。或者，如图2所示的实施方式中，沿本体2的轴线方向，上螺旋片31的长度为12厘米，下螺旋片32的长度为18厘米。

在如图1所示的具体实施方式中，本体2的中部沿本体2的周向均匀设置有5个形状相同的V形叶片3。本体2的上端设置有上接头1，上接头1的上端设置有上大下小的锥形内螺纹；本体2的下端设置有下接头4，下接头4的下端设置有上大下小的锥形外螺纹。上接头1、本体2、下接头3轴向贯通。

上接头1、本体2、V形叶片3和下接头4为一体式结构。V形叶片3的径向上外端面311、径向下外端面321、轴向上外端面312和轴向下外端面322做淬火、渗氮耐磨处理。

所述水平井岩屑清除装置的调质处理硬度HB280-340。

下面举例说明本实用新型的水平井岩屑清除装置的工作原理。

当采用本实用新型进行大位移水平井定向井段和水平井段钻进过程中，考虑到在井斜角超过40度的造斜段容易形成岩屑床堆积，在造斜段每隔一根立柱安装一个所述水平井岩屑清除装置，在水平段每隔三根立柱安装一个所述水平井岩屑清除装置，其中，上接头1与钻杆公扣相连，下接头4与下一根钻杆的母扣相连，所述水平井岩屑清除装置随钻柱一起旋转，螺旋的V形叶片3对周围的钻井液产生扰动作用，产生的紊流将岩屑床中的堆积颗粒重新悬浮起来，并通过V形叶片3的加速作用将岩屑颗粒向上输送并移出井眼。V形叶片3的螺旋方向和长度的不均匀设计提高了V形叶片3对钻井液的扰动能力和影响范围，保证了岩屑颗粒的高效运移和清除。在起下钻过程中，不断地在水平段和造斜段加装所述水平井岩屑清除装置，旋转钻进过程中岩屑床不断地被搅动破坏、颗粒悬浮、加速上返、直至到达地面分离系统，不断重复上述过程，形成大位移水平井岩屑床高效清除方法，大幅提高了大位移水平井的钻井效率。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本实用新型的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本实用新型理所应当地涵盖了与本案创新点有关的其他组合及具体应用。

Claims (11)

1.一种水平井岩屑清除装置，其特征在于，所述水平井岩屑清除装置包括筒形的本体(2)，本体(2)的中部沿本体(2)的周向设置有多个V形叶片(3)，V形叶片(3)包括上螺旋片(31)和下螺旋片(32)，上螺旋片(31)和下螺旋片(32)的旋向相反；沿本体(2)的轴线方向，上螺旋片(31)的长度小于下螺旋片(32)的长度；沿本体(2)的径向，上螺旋片(31)含有径向上外端面(311)，下螺旋片(32)含有径向下外端面(321)，径向上外端面(311)和径向下外端面(321)均为弧面。

2.根据权利要求1所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，径向上外端面(311)所对应的半径和径向下外端面(321)所对应的半径相同。

3.根据权利要求1所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，沿本体(2)的轴向，上螺旋片(31)含有轴向上外端面(312)，下螺旋片(32)含有轴向下外端面(322)，轴向上外端面(312)和轴向下外端面(322)均为平面。

4.根据权利要求3所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，轴向上外端面(312)和轴向下外端面(322)与本体(2)的轴线之间的夹角均为45°。

5.根据权利要求1所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，沿本体(2)的轴线方向，上螺旋片(31)的长度小于等于下螺旋片(32)的长度。

6.根据权利要求5所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，上螺旋片(31)的长度与下螺旋片(32)的长度的比值为1:3。

7.根据权利要求5所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，上螺旋片(31)的长度为12厘米，下螺旋片(32)的长度为18厘米。

8.根据权利要求1所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，上螺旋片(31)的螺距与下螺旋片(32)的螺距相等。

9.根据权利要求1所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，本体(2)的中部沿本体(2)的周向均匀设置有5个形状相同的V形叶片(3)。

10.根据权利要求1所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，本体(2)的上端设置有上接头(1)，上接头(1)的上端设置有上大下小的锥形内螺纹；本体(2)的下端设置有下接头(4)，下接头(4)的下端设置有上大下小的锥形外螺纹。

11.根据权利要求10所述的水平井岩屑清除装置，其特征在于，上接头(1)、本体(2)、V形叶片(3)和下接头(4)为一体式结构。