CN2685542Y - 钻柱式岩屑床清除工具 - Google Patents

Abstract

钻柱式岩屑床清除工具主要用于清除定向井、大斜度井和水平井钻井中形成的岩屑床。该工具包括一个具有贯通孔的工具本体[1]，其上下端加工有丝扣，特征是工具本体[1]中部外圆加工有V形扶正棱[3]，V形扶正棱[3]之间加工有V形流道[5]，扶正棱上下两端与本体之间光滑连接并加工成凹槽[2]和[4]，扶正棱表面加工有硬质合金。钻柱式岩屑床清除工具连接到钻柱上，钻进时，下凹槽[4]松动岩屑床，经V形扶正棱[3]搅拌，使岩屑由低边进入具有较高流速的环空高边，重新进入钻井液，同时V形流道[4]使流体发生弯曲，产生螺旋流，提高钻井液携带岩屑的能力。通过以上机理，提高破坏岩屑床、清洗岩屑的能力，进而提高井身质量及机械钻速，降低钻井成本。

Description

钻柱式岩屑床清除工具

                         技术领域

本实用新型涉及一种钻柱式清除岩屑床的工具，属于石油、地质钻井用岩屑床清除工具。

                         技术背景

目前，在石油地质钻探领域，定向井、大斜度井和水平井的钻探越来越多，而在定向井、大斜度井和水平井的钻探中，钻具易于贴近井壁下侧，岩屑颗粒在重力作用下，容易沉积在下井壁处形成岩屑床，当岩屑沉积到一定程度，会使钻住扭矩突然增加，甚至使床体滑坡形成堆积，严重时会造成卡钻等井下事故。

定向井、大斜度井和水平井易于形成岩屑床的原因主要有以下几点：钻柱轴线偏离井眼轴线，其偏离程度虽井斜角的增大而增大，最终与井眼低边接触，沿井眼低边移动或滚动，为岩屑床的形成及发生压差卡钻提供了物理模型；钻井液流动轴线速度分量小，钻柱轴线严重偏离井眼轴线而靠近或接触井眼低边，使井眼低边的近90度夹角的环空钻井液流动轴线速度分量几近于零，切向分量自井眼高边向井眼低边递减直至接近零(钻具转动时)或为零(钻具滑动时)，则促成这近90度夹角的环空中的岩屑既不能被钻井液携带返向井口，又被碾压成更细颗粒压实岩屑床、加剧钻井液的粘切效应，影响钻速；因岩屑密度大于钻井液密度，岩屑趋向于沉积于井眼低边形成岩屑床，井眼低边近90度夹角的环空中岩屑床引起钻具扭矩增加、上下磨阻增加、钻压不能全部传递给钻头而影响钻进。

定向井、大斜度井和水平井中岩屑床的存在会使下井的测试工具、测井仪器受阻，作业成功率下降甚至难以进行，会使下套管、固井作业困难，水泥封固质量差。

                         发明内容

解决上述问题的关键，在于防止、减缓和破坏岩屑床的形成，现阶段在国内对于定向井岩屑床的清除主要集中于以下两点：

1.避免形成段长且厚的岩屑床。①井眼轨迹控制中使井斜角在30-60度井斜角的斜井段尽量短，钻铤超过30-60度井斜角的斜井段后滑动钻进井段尽量短；②在机泵、井下条件允许的情况下，综合考虑调整钻井液环空返速、钻井液性能，使30-60度井斜角的斜井段环空钻井液处于紊流状态，且又不降低钻井液的悬屑、携屑能力；③使用复合金属离子聚合物润滑防塌钻井液体系，有效控制钻井液动塑比；④控制机械钻速和适当循环、划眼，降低环空钻井液中的岩屑浓度。

2.主动清除岩屑床，定期或适时进行短起下钻配以划眼和适当增大泵量循环。

尽管采取了这一系列应该认为是较有效的技术措施，但也没能完全避免钻具旋转扭矩增加、上下运动摩阻增大、钻压不能全部传递给钻头影响钻进速度、泵压升高(非泵量增加、钻井液性能变化、井壁失稳等原因)等复杂情况和卡钻事故的发生。并且使用大排量提高环空返速受到泥浆泵功率的限制，还会造成过度冲刷井壁，不利于喷射钻井，改善钻井液性能很难从根本上取得功效；运用常见的短起下钻的辅助方法，既反过来影响了钻进速度，浪费了时间，又增加了钻井成本。本实用新型可以在正常钻进时专门及时主动清除岩屑床，防患于未然，同时又不影响钻进，既改善了井身质量，又提高了钻井平均机械钻速，节约了生产成本。本实用新型的目的就是提供一种可以有效清除岩屑床的钻柱式岩屑床清除工具。

本实用新型是这样实现的，钻柱式岩屑床清除工具包括一个具有贯通孔的工具本体[1]，其上下端加工有丝扣，其特征是工具本体[1]中部外圆加工有V形扶正棱[3]，V形扶正棱[3]可有3条、4条、5条、6条，V形扶正棱[3]之间加工有V形流道[5]，扶正棱上下两端尾部与本体之间光滑连接并形成弧形凹槽[2]和[4]，扶正棱表面有硬质合金。钻柱式岩屑床清除工具连接到钻柱上，钻进(或下划)时，下凹槽[4]松动岩屑床，经V形扶正棱[3]搅拌，使岩屑由低边进入具有较高流速的环空高边，重新进入钻井液，同时由扶正棱[3]组成的V形流道[4]使流体发生弯曲，产生螺旋流，提高钻井液携带岩屑的能力；当起钻时，上凹槽[2]松动岩屑床，进而被扶正棱[3]破坏，使岩屑重新进入环空循环。从而达到提高破坏岩屑床、清除岩屑床能力，进而提高井身质量及钻井的机械钻速，降低钻井成本。

本实用新型利用螺旋流有助于携带岩屑的特性，通过V形扶正棱和弧形凹槽设计，使岩屑床松动，破坏岩屑床，进而利用螺旋流提高钻井液清洗岩屑的能力，彻底破坏岩屑床。本实用新型具有结构简单、使用操作方便、安全可靠、适应性广等特点，对于改善定向井、大斜度井、大位移井和水平井井身质量，提高钻井机械钻速具有非常重要的实际意义。

                         附图说明

图1，钻柱式岩屑床清除工具示意图

图2，钻柱式岩屑床清除工具剖面图

[1]工具本体[2]上弧形凹槽[3]V形扶正棱[4]下弧形凹槽

[5]V形流道

                         具体实施方式

现结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。

钻柱式岩屑床清除工具上下连接钻杆，根据井身轨迹及钻井液性能的不同，工具下井前要计算工具的安放位置及安放数量，要求工具在井底的位置居于易于形成岩屑床的井段。

当钻进(或下划)时，工具的下凹槽[4]松动岩屑床，经V形扶正棱[3]搅拌，使岩屑由低边进入具有较高流速的环空高边，重新进入钻井液循环；同时由扶正棱[3]组成的V形流道[4]使流体发生弯曲，产生螺旋流，使钻井液处于紊流状态，提高钻井液携带岩屑的能力。当起钻时，上凹槽[2]松动岩屑床，岩屑床进而被扶正棱[3]破坏，使岩屑重新进入环空钻井液循环。通过以上机理，达到提高破坏岩屑床、清除岩屑床的能力，进而提高井身质量及钻井的机械钻速，降低钻井生产成本。

Claims (2)

1.一种用于石油、地质钻井中井下清除岩屑床的钻柱式岩屑床清除工具，包括一个具有贯通孔的工具本体[1]，其上下端加工有丝扣，其特征是工具本体[1]中部外圆加工有3条、4条、5条、6条V形扶正棱[3]，V形扶正棱[3]之间加工有V形流道[5]，扶正棱上下两端尾部与本体之间光滑连接并加工成弧形凹槽[2]和[4]。

2.根据权利要求1所述的钻柱式岩屑床清除工具，其特征是扶正棱表面加工有硬质合金。

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