CN212867462U - 一种正循环钻孔增效装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及钻井机械技术领域，尤其涉及一种正循环钻孔增效装置包括刚性管、法兰、套筒；所述刚性管将钻杆间开，两端分别与被间开的钻杆固定连接；所述法兰有两个，外套设于所述刚性管；所述套筒设置在两法兰之间，与刚性管同轴，所述套筒设置出水口，出水口的出水方向与套筒横截面径向的夹角为锐角，套筒在内外压差的作用下旋转，并喷出水流，冲击并带动钻孔内的冲洗液形成钻孔内的涡流。通过设置在套筒的弯管并喷出冲洗液，一方面喷出冲洗液形成向上的涡流，提高携带泥沙的能力，同时反作用于套筒使套筒转动，使呈涡轮状的弯管进一步推动冲洗液向上流动，提高携带泥沙的能力。

Description

一种正循环钻孔增效装置

技术领域

本实用新型涉及钻井机械技术领域，尤其涉及一种正循环钻孔增效装置。

背景技术

正循环钻孔工艺中，泥浆以高压通过钻机的空心钻杆，从钻杆底部射出，底部的钻头在回转时将岩土层搅松成钻渣，被泥浆浮悬，随着泥浆上升而溢出流到井外。目前针对在冲洗液正循环钻孔工程中，存在的冲洗液上返携沙能力和上返速度随着钻孔深度增加而逐渐减弱的问题，普遍采取的措施是加大泵送压力或改为反循环钻进或改变钻孔循环液性能。加大泵送压力可以增大循环液的循环速度，进而提升循环液的携沙能力，使较大粒径的钻屑也能被循环携带出孔外。

发明人发现，正循环钻孔工艺中，增加泵压在一定范围内可以增加正循环钻孔冲洗液的循环速度，提升冲洗液的携沙能力，但对设备的要求会提高很多，而且随着钻孔深度的增大，钻进对设备的性能要求会越来越高，通过增加泵压来提升效果更加困难，经济效益也会降低。冲洗液性能的调整是一个复杂过程，因为钻孔工程中会涉及到冲洗液的多种功能，对冲洗液性能的要求也不同，例如改变冲洗液的比重，可以改变其粘度提升携沙能力，但同时也会带来冲洗液循环速度快速降低，增加钻具磨损，钻进效率下降。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提供一种正循环钻孔增效装置，在不采用增加泵压或提高冲洗液性能的情况下，通过本装置提高冲洗液的携沙能力。

为了达到上述目的，本实用新型的一个或多个实施例提供了下述技术方案：

一种正循环钻孔增效装置，其特征在于，包括刚性管、法兰、套筒；

所述刚性管将钻杆间开，两端分别与被间开的钻杆固定连接；

所述套筒套接于所述刚性管，所述套筒两端设置有外套接于刚性管的法兰，所述套筒、法兰、刚性管外壁围成过水腔；

所述刚性管设置刚性管出水口与过水腔连通，所述套筒设置套筒出水口，套筒出水口的出水方向与套筒横截面径向的夹角为锐角，并向上倾斜。

进一步的改进，所述法兰固定套设于钻杆，所述套筒与法兰固定。

进一步的改进，所述法兰可旋转的套设于钻杆，所述套筒与法兰固定。

进一步的改进，所述法兰的法兰盘边缘设置螺栓孔，通过螺栓将法兰盘与套筒固定，法兰盘与套筒之间设置橡胶垫。

进一步的改进，所述刚性管外壁套接密封轴承，所述密封轴承外缘套接所述法兰的内缘。

进一步的改进，所述刚性管为两端为圆形管，所述刚性管两端设置螺纹，与钻杆配合与其螺纹连接；

所述刚性管的中部由两个方形管插接而成，其中一个方形管为内插接方形管，另一个为外插接方形管；

内插接方形管与外插接方形管过盈配合，内插接方形管与外插接方形管之间的空隙形成所述刚性管出水口。

刚性管的插接处的刚性管上下方向相对法兰盘的可以移动的，并没有进行固定处理。由于设置了密封轴承，支撑力主要由密封轴承、法兰及套筒传递，能够避免刚性管的插接处上下错动。

进一步的改进，所述套筒出水口采用硬管，数量为不少于2个，中心对称排布置。

进一步的改进，所述硬管为具有弧度的弯管，固定于套筒，与套筒内腔连通。

进一步的改进，所述弯管不少于两个，中心对称分布于套筒上，外形呈扁平并倾斜向上，形成涡轮形状。

所述弯管截面的迎水边扁平，背水边凸起。

本实用新型还提供一种正循环钻孔设备，包括钻杆，以及设置在钻杆的如上所述的正循环钻孔增效装置，所述正循环钻孔增效装置不少于一个，沿钻杆轴向设置。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案的有益效果：

(1)通过设置在套筒的弯管并喷出冲洗液，一方面喷出冲洗液形成向上的涡流，提高携带泥沙的能力，同时反作用于套筒使套筒转动，使呈涡轮状的弯管进一步推动冲洗液向上，提高携带泥沙的能力。

(2)旋转向上的涡流主要作用有：速度的增大提高了冲洗液的携沙能力，可以浮托冲洗液中的大粒径钻屑，携带至孔外，防止大颗粒钻屑沉淀回孔底进行二次破碎，影响钻进速度；旋转的涡流由于冲洗液的离心力，对孔壁作用有除去静水压力以外的附加压力，附加压力可以分为垂直孔壁向外和与孔壁相切两个方向的分力，与孔壁相切的分力跟冲洗液的粘度和孔壁的粗糙度相关，垂直孔壁向外的力则对于平衡钻孔内外压力，防止塌孔有重要作用；由于离心力作用，冲洗液悬浮的钻屑和泥浆颗粒被甩向孔壁，有助于形成孔壁泥皮，保护孔壁防止塌孔。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的正循环钻孔增效装置的主视示意图；

图2为本实用图1的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的正循环钻孔增效装置的立体示意图；

图4为本实用新型实施例提供的刚性管结构的立体示意图；

图5为本实用新型实施例提供的方形管连接处截面示意图；

图6为本实用新型实施例提供的弯管结构示意图；

图中：

1刚性管、11内插接方形管、12外插接方形管、13刚性管出水口、2法兰、21、螺栓、3套筒、4钻杆、5弯管、51、迎水面、52 背水面。

具体实施方式

实施例1

本实用新型第一个实施例提供的一种正循环钻孔增效装置，如图 1-3所示，包括刚性管1、法兰2、套筒3；刚性管1将钻杆4间开，两端分别与被间开的钻杆固定连接；法兰2有两个，通过密封轴承外套设于刚性管1。

套筒3设置在两法兰2之间，与刚性管1同轴，两端与法兰2固定连接，所述套筒设置作为出水口的弯管5，弯管5的出水方向与套筒横截面径向的夹角为锐角，夹角具体接近于90度，比90度略小，比如88度，角度大小的设置是考虑到弯管进水口与出水口方向在横截面上的投影是垂直关系，因为弯管的长度绕中轴线一个角度，所以出水口方向与其到中轴线的径线的夹角小于90。套筒3在内外压差的作用下旋转，并喷出旋涡状冲洗液。

出水口采用硬管，所述硬管为弧状的弯管5。弯管5的一端固定于套筒3，与套筒内腔连通；弯管5有四个，外形呈扁平并倾斜，形成涡轮形状。

如图4-5所述，刚性管1为两端为圆管，中部为方管。两端为圆管是为了在刚性管两端设置螺纹，与钻杆配合与其螺纹连接。

所述刚性管的中部由两个方形管插接而成，其中一个方形管为内插接方形管11，另一个为外插接方形管12，所述内插接方形管的截面对角线长度等于外插接方形管的边长；

内插接方形管与外插接方形管过盈配合，内插接方形管与外插接方形管之间的空隙形成所述刚性管出水口13。通过方形管插接的形式的缝隙作为刚性管的出水口，避免了直接从方形管挖设开口导致的降低传递扭矩性能的问题。

法兰的法兰盘边缘设置螺栓孔，通过螺栓21将法兰盘与套筒固定，法兰盘与套筒之间设置橡胶垫，橡胶垫起到密封作用。

为了减少弯管5在水中转动的阻力，将弯管5的迎水面51设置为扁平形状，将背水面52设置为凸起形状，形成类似机翼截面的形状，如图6所示。

工作过程：钻杆4中的冲洗液向下进入刚性管1，一部分冲洗液沿刚性管大小方形管之间的孔隙进入套筒空腔，入套筒3的空腔，然后进入弯管5后喷出，喷出的冲洗液冲击并带动钻孔内的周围冲洗液，形成的涡流，另一方反作用于套筒。使套筒转动，形状涡轮状的弯管进一步推动冲洗液向上，提高携带泥沙的能力。

由于正循环钻孔冲洗液通过钻杆泵入钻孔内，到达孔底部后从钻杆流出冲洗冷却钻头，携带钻屑上返至孔外地表。由于受阻力影响，冲洗液的压力沿流路逐步衰减，因此在同一孔深的断面上，钻杆内外的冲洗液存在一定的压力差。利用钻杆内外压差将冲洗液从弯管喷射出的方法驱动本装置旋转，旋转可以对钻杆外冲洗液进行搅拌，并由于外置的弯管的倾斜角度对弯管上部的冲洗液产生一个向上的推动力，推动冲洗液上升；与此同时弯管喷射出的冲洗液流冲击钻杆外围的冲洗液，使其形成速度更快旋转向上的涡流。旋转向上的涡流主要作用有：(1)速度的增大提高了冲洗液的携沙能力，可以浮托冲洗液中的大粒径钻屑，携带至孔外，防止大颗粒钻屑沉淀回孔底进行二次破碎，影响钻进速度；(2)旋转的涡流由于冲洗液的离心力，对孔壁作用有除去静水压力如外的附加压力，附加压力可以分为垂直孔壁向外和与孔壁相切两个方向的分力，与孔壁相切的分力跟冲洗液的粘度和孔壁的粗糙度相关，垂直孔壁向外的力则对于平衡钻孔内外压力，防止塌孔有重要作用。(3)由于离心力作用，冲洗液悬浮的钻屑和泥浆颗粒被甩向孔壁，有助于形成孔壁泥皮，保护孔壁防止塌孔。

实施2

本实用新型的第二个实施例是第一个实施例的简化形式，与实施1的区别在于法兰于刚性管固定，其他结构相同，套筒3并不旋转，弯管5向上倾斜45度，喷出冲洗液，形成向上的涡流。

这种方式简化了结构，减少了零部件，方便安装以及减少维修次数。

实施3

本实用新型的第三个实施例提供一种正循环钻孔设备，包括钻杆，以及设置在钻杆的如实施例1或实施例2所述的正循环钻孔增效装置，所述正循环钻孔增效装置不少于一个，沿钻杆轴向设置。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种正循环钻孔增效装置，其特征在于，包括刚性管、法兰、套筒；

所述刚性管将钻杆间开，两端分别与被间开的钻杆固定连接；

所述套筒套接于所述刚性管，所述套筒两端设置有外套接于刚性管的法兰，所述套筒、法兰、刚性管外壁围成过水腔；

所述刚性管设置刚性管出水口与过水腔连通，所述套筒设置套筒出水口，套筒出水口的出水方向与套筒横截面径向的夹角为锐角，并向上倾斜。

2.根据权利要求1所述的正循环钻孔增效装置，其特征在于，所述法兰固定套设于钻杆，所述套筒与法兰固定。

3.根据权利要求1所述的正循环钻孔增效装置，其特征在于，所述法兰可旋转的套设于钻杆，所述套筒与法兰固定。

4.根据权利要求2或3所述的正循环钻孔增效装置，其特征在于，所述法兰的法兰盘边缘设置螺栓孔，通过螺栓将法兰盘与套筒固定，法兰盘与套筒之间设置橡胶垫。

5.根据权利要求3所述的正循环钻孔增效装置，其特征在于，所述刚性管外壁套接密封轴承，所述密封轴承外缘套接所述法兰的内缘。

6.根据权利要求1所述的正循环钻孔增效装置，其特征在于，所述刚性管两端为圆形管，所述刚性管两端设置螺纹，与钻杆配合与其螺纹连接；

所述刚性管的中部由两个方形管插接而成，其中一个方形管为内插接方形管，另一个为外插接方形管；

内插接方形管与外插接方形管过盈配合，内插接方形管与外插接方形管之间的空隙形成所述刚性管出水口。

7.根据权利要求1所述的正循环钻孔增效装置，其特征在于，所述套筒出水口采用硬管，数量为不少于2个，中心对称排布置。

8.根据权利要求7所述的正循环钻孔增效装置，其特征在于，所述硬管为具有弧度的弯管，固定于套筒，与套筒内腔连通。

9.根据权利要求8所述的正循环钻孔增效装置，其特征在于，所述弯管不少于两个，中心对称分布于套筒上，外形呈扁平并倾斜向上，形成涡轮形状；

所述弯管截面的迎水边扁平，背水边凸起。

10.一种正循环钻孔设备，其特征在于，包括钻杆，以及设置在钻杆的根据权利要求1-3、5-9任一项所述的正循环钻孔增效装置，所述正循环钻孔增效装置不少于一个，沿钻杆轴向设置。

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