一体式叶片液力、磁传动井眼清洁工具制造技术

本实用新型专利技术涉及的是一体式叶片液力、磁传动井眼清洁工具，这种一体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具由流筒壳体、旋转磁芯、上保径体、旋转叶片构成，流筒壳体外壁设置有下保径体和限位环，上保径体安装在限位环一侧；旋转磁芯由转筒与转轴一体形成，转筒与转轴的过渡连接段有钻井液孔，转轴外固定液力转换装置，转筒的外壁均布有永磁铁，相邻两根永磁铁磁极方向反向；旋转磁芯安装在流筒壳体内，旋转叶片套装在流筒壳体外；流筒壳体外壁有轴承滚道，与旋转叶片的轴承滚道相对应，轴承滚道内安装滚动体，流筒壳体外壁还有密封槽；旋转叶片为一体的，筒体内壁均布永磁铁，相邻两根永磁铁磁极方向反向；旋转叶片外壁还设置储油密封补偿系统。本实用新型专利技术通过液力-磁耦合传动，不受钻杆是否旋转限制，可以大幅度提高井眼清洁效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及石油天然气井钻井过程中，为了有效抑制岩肩床形成，提高井眼清洁效率所使用的井眼清洁工具，具体涉及一体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具。
技术介绍
目前海洋石油天然气、页岩气开采常采用大斜度井、水平井、大位移井等井型来提高井眼泄油面积，最大限度地提高单井产量。这些井型由于存在造斜段(井斜角由0°增加到90°的弯曲井段)和水平井段，岩肩在重力分量的作用下不容易被钻井液及时携带出井目艮，出现岩肩堆积的现象，形成岩肩床，现场经验与室内理论实验均表明岩肩床易于在大斜度井段(一般指45~90°之间的造斜段)和水平井段(井斜角90° )之间形成。如果井内沉积岩肩床厚度过高，将会导致一系列严重的井下问题，如钻具摩擦阻力、扭矩增大，甚至发生严重的井下事故如卡钻、扭断钻具等，处理这些井下事故将大幅度降低机械钻速，大幅度增加非生产时间和作业成本。这就要求在这类井型的钻井过程中，保持较高的井眼岩肩清洁效率，在岩肩床易于形成的井段采用必要的方法，防止岩肩床的形成，保证钻具与井眼安全。针对目前大斜度和水平段存在岩肩清洁困难的问题，钻井现场普遍采用以下五种方法清洁井眼岩肩，包括:提高钻井液返速、改善钻井液流变性能、短起下钻具、提高钻杆转速、和使用钻杆传递扭矩的井眼清洁工具。1、提高钻井液返速井眼环空中钻井液平均上返速度越高，越有利于清除岩肩。但高返速对钻井设备的要求高，相应的动力成本也很高。同时对于某些松软地层，高返速可能造成严重的井壁坍塌事故。因此，受设备和地层的限制，提高返速并不能完全解决井眼清洁问题。2、改善钻井液流变性能该方法通过降低泥浆的流性指数，提高动塑比，改善钻井液携岩性能，增强其悬浮携带能力。该方法的缺点是改善钻井液性能需要额外添加钻井液外加剂，增加成本，同时较高的动塑比也会给泵等地表设备带来较大的负担，增大功耗。该方法单独应用往往起到的效果有限，须配合其它方法。3、短起下钻具在现有条件下，除采用提高泥浆返速及改善泥浆性能来提高其携岩能力外，实际钻井中还需配合短程起下钻、分段循环和倒划眼等措施，以破坏、清除岩肩床。因此，对于岩肩床沉积不严重井段，可采用短程起下钻的办法。对岩肩床易于形成的井型和井段，在短程起下钻过程中，造斜点以下钻具沿下井壁运动，可破坏岩肩床。对岩肩床比较严重，采用短程起下钻效果不明显的井，可采用倒划眼的办法破坏岩肩床。采用短起下清除法虽能起到清肩效果，却要在起下钻上花费很多时间，严重影响了钻井的效率。4、提高钻杆转速钻进过程中提高钻杆转速可以提高钻杆表面附近的钻井液周向速度，使岩肩更好的悬浮至井眼高边，一定程度上提高岩肩的清洁效率。但在打岩肩清洁困难的造斜段(井斜角0-90° )时，国内外普遍采用井下动力钻具(螺杆钻具和涡轮钻具)滑动钻进造斜，为保持井眼方位角不变，钻杆和包括井下动力钻具的壳体不旋转，此时只有钻头旋转破岩。但由于钻杆整体不旋转，不能采用提高钻杆速度的方法清除岩肩床。5、使用钻杆传递扭矩的井眼清洁工具抑制大斜度井段和水平井段岩肩床形成的另一种方法是使用带有叶片的岩肩清洁工具，该工具与钻杆通过丝扣连接，钻杆旋转的同时将扭矩传递给井眼清洁工具，岩肩清洁工具随钻杆旋转而抑制岩肩床，但缺点是工具旋转动力来自于钻杆，当打造斜段应用井下动力钻具(涡轮钻具，螺杆钻具)进行滑动钻进时，由于钻杆不旋转，该类型工具也无法实现旋转，基本没有抑制岩肩床形成的作用。
技术实现思路
本技术的目的是提供一体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，这种一体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具用于解决目前大斜度井、水平井、大位移井等井型滑动钻进时井眼岩肩清洁效果不好，不能有效地抑制岩肩床形成的问题。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:这种一体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具由流筒壳体、旋转磁芯、上保径体、旋转叶片构成，流筒壳体入口端有内螺纹，出口端有外螺纹，流筒壳体外壁靠近外螺纹处设置有下保径体，流筒壳体外壁还设置有限位环，上保径体安装在限位环一侧；旋转磁芯由转筒与转轴一体形成，转筒与转轴的过渡连接段有钻井液孔，转轴外固定液力转换装置，转筒的外壁均布有永磁铁，每根永磁铁沿筒体轴向设置，永磁铁磁极方向沿径向设置，相邻两根永磁铁磁极方向反向；旋转磁芯安装在流筒壳体内，转筒与流筒壳体出口相通，旋转叶片套装在流筒壳体外，旋转叶片位于上保径体与下保径体之间，旋转叶片与转筒对应设置；流筒壳体外壁有轴承滚道，与旋转叶片的轴承滚道相对应安装后，轴承滚道内安装滚动体，流筒壳体、旋转叶片、滚动体共同形成滚动轴承，使流筒壳体、旋转叶片和滚动体成为一体；流筒壳体外壁还有密封槽，密封槽位于流筒壳体上的轴承滚道外侧；旋转叶片为具有叶片的筒状体，旋转叶片为一体的，筒体内壁均布有永磁铁，每根永磁铁沿筒体轴向设置，永磁铁磁极方向沿径向设置，相邻两根永磁铁磁极方向反向；旋转叶片外壁还设置储油密封补偿系统；上保径体和下保径体均为外部带有保径叶片的环状体，上保径体的保径叶片外径与下保径体的保径叶片外径相同，且二者的保径叶片略大于旋转叶片的外径；液力转换装置为双层筒状体，两层筒之间设置有轴向的压差叶片，将两层筒之间的环形空间分隔出若干通道。上述方案中旋转磁芯和旋转叶片中永磁铁镶嵌数量均为2?20个，旋转磁芯和旋转叶片在满足强度的情况下永磁铁镶嵌数量优先取上限，这样每相邻两永磁铁形成的周期性变化磁场沿周向分布较密集，与液力旋转磁芯的永磁铁作用产生推拉力时，力的大小变化相对较小，旋转时受力更加均匀。上述方案中旋转磁芯的转筒外壁具有轴向的镶嵌槽，镶嵌槽均布在转筒外壁上，永磁铁镶嵌在镶嵌槽；旋转叶片的筒体内壁具有轴向的镶嵌槽，镶嵌槽均匀布置，永磁铁镶嵌在镶嵌槽。上述方案中液力转换装置的内筒有键，旋转磁芯的转轴有键槽，液力转换装置通过键固定在转轴上。本技术具有以下有益效果:1、本技术通过液力-磁耦合传动，不受钻杆是否旋转限制，可在使用井下动力钻具滑动钻进时使用，在钻井液循环的情况下，旋转磁芯将钻井液的压力势能转换为自身旋转的动能，通过永磁铁透过流筒壳体传递磁力和扭矩，带动流筒壳体外侧旋转叶片旋转，从而实现液力-磁耦合传动。旋转叶片在液力-磁耦合传动旋转的情况下，可以大幅度提高井眼环空钻井液的周向速度，抑制岩肩床的形成，提高井眼清洁效率。2、本技术中当滚动体下入后，流筒壳体、旋转叶片和滚动体形成滚动轴承，实现旋转叶片相对流筒壳体的低阻力旋转，同时也使流筒壳体、旋转叶片和滚动体成为一体。滚动体除起到轴承功能外，也起到对旋转叶片的止推功能，使其不能沿流筒壳体轴向移动，防止旋转叶片落井。【附图说明】图1是本技术的结构示意图；图2是图1的右视图；图3是本技术中旋转磁芯轴测图；图4是本技术中旋转磁芯与旋转叶片磁极布置示意图；图5是本技术中旋转磁芯旋转后旋转叶片内永磁铁受力方向示意图；图6是本技术中流筒壳体轴测图；图7是本技术中流筒壳体左视图；图8是图7中流筒壳体A-A剖视图；图9是本技术中上保径体轴测图；图10是本技术中旋转叶片轴测图。图中流筒壳体，2旋转磁芯，3上保径体，4旋转叶片，5入口端，6出口端，7下保径体，8限位环，9转筒，10转轴，11液力转换装置，12镶嵌槽，13永磁铁，14保径叶片，15压差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体式叶片液力、磁传动井眼清洁工具，其特征在于：这种一体式叶片液力、磁传动井眼清洁工具由流筒壳体（1）、旋转磁芯（2）、上保径体（3）、旋转叶片（4）构成，流筒壳体入口端（5）有内螺纹，出口端（6）有外螺纹，流筒壳体（1）外壁靠近外螺纹处设置有下保径体（7），流筒壳体（1）外壁还设置有限位环（8），上保径体（3）安装在限位环（8）一侧；旋转磁芯（2）由转筒（9）与转轴（10）一体形成，转筒（9）与转轴（10）的过渡连接段有钻井液孔（16），转轴（10）外固定液力转换装置（11），转筒（9）的外壁均布有永磁铁，每根永磁铁沿筒体轴向设置，永磁铁磁极方向沿径向设置，相邻两根永磁铁磁极方向反向；旋转磁芯（2）安装在流筒壳体（1）内，转筒（9）与流筒壳体（1）出口相通，旋转叶片（4）套装在流筒壳体（1）外，旋转叶片（4）位于上保径体（3）与下保径体（7）之间，旋转叶片（4）与转筒（9）对应设置；流筒壳体（1）外壁有轴承滚道（20），与旋转叶片轴承滚道（20）相对应安装后，轴承滚道内安装滚动体，流筒壳体、旋转叶片、滚动体共同形成滚动轴承，使流筒壳体（1）、旋转叶片（4）和滚动体成为一体；流筒壳体（1）外壁还有密封槽（21），密封槽（21）位于流筒壳体上的轴承滚道（20）外侧；旋转叶片（4）为具有叶片的筒状体，旋转叶片（4）为一体的，筒体内壁均布有永磁铁，每根永磁铁沿筒体轴向设置，永磁铁磁极方向沿径向设置，相邻两根永磁铁磁极方向反向；旋转叶片（4）外壁还设置储油密封补偿系统（23）；上保径体（3）和下保径体（7）均为外部带有保径叶片（14）的环状体，上保径体（3）的保径叶片（14）外径与下保径体（7）的保径叶片（14）外径相同，且二者的保径叶片（14）略大于旋转叶片（4）的外径；液力转换装置（11）为双层筒状体，两层筒之间设置有轴向的压差叶片（15），将两层筒之间的环形空间分隔出若干通道。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓峰，闫铁，李显义，柏明星，刘维凯，陈烨，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23