深井钻井井底水力动力降压提速工具制造技术

本实用新型专利技术涉及深井钻井井底水力动力降压提速工具，主要由固相收集器、固体导流管、涡轮加速器、旋转密封器、动力连接器、旋流分离器、支撑杆和导流器组成。该工具主要作用是解决深井井底钻井液密度高，压持效应严重，机械钻速低的问题。深井钻井井底水力动力降压提速工具具体实现方式如下：高压高速的钻井液从地面泵入地下，钻井液冲击涡轮加速器提供旋流分离器的旋转动力，钻井液经过旋流分离器的分离后的，钻井液中的固相进入钻杆与地层之间的环形空间，通过环形空间中上返的钻井液带回地面，经分离后的钻井液通过旋流转子内部向下进入钻头。该工具能解决工具的动力问题，提高分离钻井液中固相颗粒效率，同时有效降低深井井底压持效应，提高机械钻速，延长钻头寿命，降低成本。

Bottom hole hydraulic power down and speed raising tool for deep well drilling

The utility model relates to a downhole hydraulic power reducing and speed increasing tool for deep well drilling, which is mainly composed of a solid phase collector, a solid flow tube, a turbine accelerator, a rotary seal, a power connector, a cyclone separator, a support rod and a deflector. The main function of the tool is to solve the problem of high density of drilling fluid, severe compression effect and low ROP in deep well bottom drilling. Following the deep drilling downhole power step-down tools for speed realization: high speed drilling fluid from the ground pumped underground drilling fluid shock turbo accelerator provides rotational power of cyclone separator, drilling fluid separated by cyclone separator after the drilling fluid in the annular space between the drill stem and formation, through the annular drilling fluid in return to the ground by drilling fluid separated by swirl inside the rotor down into the drill bit. The tool can solve the dynamic problems of the tool, improve the efficiency of solid particles in separate drilling fluid, effectively reduce the bottom hole holding effect of deep well, improve the ROP, prolong the bit life and reduce the cost.

【技术实现步骤摘要】
深井钻井井底水力动力降压提速工具
本技术涉及深井钻井井底水力动力降压提速工具，属于石油、天然气钻井的配套装置，尤其是能够降低井底钻井液密度，减少压持效应，减轻钻头磨损，提高钻井速度，延长钻头寿命。
技术介绍
随着世界浅层油气资源的减少，油气勘探开发逐渐向深井转变。深部地层钻井速度的快慢直接影响着油气勘探开发的经济效益，但深部钻井所受地层压力大，所需钻井液的密度大，高密度钻井液极大的影响机械钻速，这也成为深井钻井急需解决的问题。随着钻井过程的不断进行，钻井深度的不断增加，需要在钻井液中加入像重晶石之类的加重材料，用来提高钻井液的密度，以达到稳定井壁和保护油气层的目的。室内试验和钻井实践证明，提高钻井液密度，会增加井内液柱压力和地层压力之间的压力差将使钻速急剧下降。其主要原因是井底压差对刚破碎的岩屑有压持效应，阻碍井底岩屑的及时清除，影响钻头的破岩效率，机械钻速下降，钻头磨损加剧。根据大量现场钻井数据表明，钻井液中固相含量是影响钻井速度的一个重要因素，它的增加会导致机械钻速的降低。有研究表明，固相含量每提高7％，机械钻速就会下降到原来钻速的一半。所以严格控制钻井液中固相含量，对保证优质快速钻井有着直接的影响。基于以上分析，本技术设计了深井钻井井底水力动力降压提速工具该工具针对深井井底压力大，所用钻井液密度高等特点进行设计，在深井井底近钻头处分离钻井液中的部分固相颗粒，通过降低进入钻头的钻井液的密度，而降低深井井底的压持效应，减少重复破碎，降低喷嘴磨损，能够有效提高机械钻速和延长钻头寿命。
技术实现思路
为了达到上述目的，本技术采用如下的技术方案：深井钻井井底水力动力降压提速工具由固相收集器、固体导流管、涡轮加速器、旋转密封器、动力连接器、旋流分离器、支撑杆、导流器组成。连接方式如下：四根固体导流管分别与钻杆内壁和固相收集器相连，固体导流管为中空的钢管，起到支撑和排出固相的作用；涡轮加速器与固相收集器通过旋转密封器连接，涡轮加速器内部中空，外部与涡轮叶片连接提供动力。旋转密封器可以提供良好密封，同时允许涡轮加速器旋转；涡轮加速器与动力连接器连接，动力连接器是一种对向开口的钢管，钢管开口处允许流体通过，钢管开口后剩余部分传递来自涡轮加速器的动力。动力连接器与旋流分离器连接，旋流分离器分为两部分，第一部分是外部锥形钢制壳体，锥形钢制壳体上部通过旋转密封器与动力连接器连接，下部与支撑杆连接；第二部分是内部安装连续螺旋叶轮的旋流转子，旋流转子中空并与上部的动力连接器连接，下部与导流器通过旋转密封器连接；导流器为曲面钢体，将导流器上下分为独立的两部分。钻井液流动顺序如下：经地面加压泵入地下的高压高速钻井液冲击涡轮加速器，钻井液的轴向流动带动涡轮加速器转动，涡轮加速器通过动力连接器与旋流转子连接，因此旋流转子与涡轮加速器以同样的转速转动；通过涡轮加速器的钻井液沿钻杆内壁与旋流加速器之间的空隙向下流动，经过导流器缓冲变向，向上进入旋流分离器，旋流分离器由于涡轮加速器的动力作用旋转，对向上进入旋流分离器的钻井液进行离心分离，由于旋流转子的作用，钻井液受到很大的离心力作用，在离心力的作用下，钻井液中的固相颗粒偏离中心的速度比液相偏离的速度快，钻井液中的固相会紧贴旋流分离器外部锥形钢制壳体的内壁，由于通过导流器进入旋流分离器的钻井液是源源不断的，从钻井液中分离的固相颗粒在紧贴旋流分离器外部锥形钢制壳体的内壁的同时，自下而上的钻井液会推动从钻井液中分离的固相颗粒向上运移。从钻井液中分离的固相颗粒在紧贴旋流分离器外部锥形钢制壳体的内壁向上运移的同时，由于锥形壳体内半径逐渐减小，从钻井液中分离的固相颗粒旋转速度越来越快，同时向上继续运移，随后与分离固相后的钻井液同时进入对向开口的动力连接器。由于从钻井液中分离的固相颗粒的运移速度大于钻井液的速度，所以在动力连接器的开口处大部分从钻井液中分离的固相颗粒以及少量钻井液会继续沿着动力连接器向上运移；在动力连接器的开口处大部分钻井液沿着动力连接器向下，进入中空的旋流转子，向下运移进入钻头。固相颗粒以及少量钻井液继续沿着动力连接器向上运移通过涡轮加速器进入固相收集器，并通过固体导流管连接的排固喷嘴喷出钻杆外。本技术的有益效果是：(1)通过工具安装的涡轮加速器可以解决工具的动力问题，提高分离钻井液中固相颗粒效率：(2)通过深井钻井井底水力动力降压提速工具的钻井液固相颗粒含量降低，压持效应减弱，提高破碎岩石效率，有效提高机械钻速，延长钻头寿命。附图说明附图1为本技术结构示意图。图中标号：固相收集器1、固体导流管2、涡轮加速器3、旋转密封器4、动力连接器5、旋流分离器6、支撑杆7、导流器8、螺纹9、钻杆10、排固喷嘴11、旋流分离器外部锥形钢制壳体12、旋流转子13。具体实施方式以下结合附图1，详细说明本技术，如下：深井钻井井底水力动力降压提速工具由固相收集器1、固体导流管2、涡轮加速器3、旋转密封器4、动力连接器5、旋流分离器6、支撑杆7、导流器8、螺纹9、钻杆10、排固喷嘴11、旋流分离器外部锥形钢制壳体12、旋流转子13组成。经地面加压泵入地下的高压高速钻井液冲击涡轮加速器3，钻井液的轴向流动带动涡轮加速器3转动，涡轮加速器3通过动力连接器5与旋流转子13连接，因此旋流转子13与涡轮加速器3以同样的转速转动；通过涡轮加速器3的钻井液沿钻杆10内壁与旋流加速器之间的空隙向下流动，经过导流器8缓冲变向，向上进入旋流分离器6，旋流分离器6由于涡轮加速器3的动力作用旋转，对向上进入旋流分离器6的钻井液进行离心分离，钻井液受到很大的离心力作用，在离心力的作用下，钻井液中的固相颗粒偏离中心的速度比液相偏离的速度快，钻井液中的固相会紧贴旋流分离器6外部锥形钢制壳体12的内壁，自下而上的钻井液会推动从钻井液中分离的固相颗粒向上运移。从钻井液中分离的固相颗粒在紧贴旋流分离器6外部锥形钢制壳体12的内壁向上运移的同时，由于锥形壳体内半径逐渐减小，从钻井液中分离的固相颗粒旋转速度越来越快，同时向上继续运移，随后与分离固相后的钻井液同时进入对向开口的动力连接器5。由于从钻井液中分离的固相颗粒的运移速度大于钻井液的速度，所以在动力连接器5的开口处大部分从钻井液中分离的固相颗粒以及少量钻井液会继续沿着动力连接器5向上运移；在动力连接器5的开口处大部分钻井液沿着动力连接器5向下，进入中空的旋流转子13，向下运移进入钻头。大部分从钻井液中分离的固相颗粒以及少量钻井液继续沿着动力连接器5向上运移通过涡轮加速器3进入固相收集器1，并通过固体导流管2连接的排固喷嘴11喷出钻杆10外。本文档来自技高网...

【技术保护点】
深井钻井井底水力动力降压提速工具，主要由固相收集器、固体导流管、涡轮加速器、旋转密封器、动力连接器、旋流分离器、支撑杆和导流器组成，其特征在于：固体导流管上端与排固喷嘴连接，固体导流管下端与固相收集器连接；涡轮加速器上端与固相收集器连接，固相收集器下端与旋转密封器连接；旋转密封器下端与所述旋流分离器连接；旋流分离器由外部钢制壳体和旋流转子组成；外部钢制壳体通过所述支撑杆与钻杆壁连接。

【技术特征摘要】
1.深井钻井井底水力动力降压提速工具，主要由固相收集器、固体导流管、涡轮加速器、旋转密封器、动力连接器、旋流分离器、支撑杆和导流器组成，其特征在于：固体导流管上端与排固喷嘴连接，固体导流管下端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明鑫，任威严，查永进，葛云华，王灵碧，邱心明，韩树，张建忠，
申请(专利权)人：中国石油集团钻井工程技术研究院，中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11