用于水平井的岩屑清理工具及钻具制造技术

本发明专利技术涉及一种用于水平井的岩屑清理工具及钻具。该岩屑清理工具包括：中心轴组件，所述中心轴组件的上端和下端构造为用于连接到钻具中的连接端；旋转外筒，所述旋转外筒套设在所述中心轴组件外，在所述中心轴组件与所述旋转外筒之间形成环形空间，在所述旋转外筒的外侧壁上构造有搅流件；以及旋转驱动机构，所述旋转驱动机构设置在所述旋转外筒与所述中心轴组件之间的环形空间内，并与所述旋转外筒和所述中心轴组件相接合，所述旋转驱动机构构造为能驱动所述旋转外筒相对于所述中心轴组件进行转动。件进行转动。件进行转动。

【技术实现步骤摘要】
用于水平井的岩屑清理工具及钻具


[0001]本专利技术涉及油气井钻井
，特别是涉及一种用于水平井的岩屑清理工具。本专利技术还涉及一种包含该岩屑清理工具的钻具。

技术介绍

[0002]在水平井的钻进过程中、尤其是在水平井的斜井段和水平井段的钻进过程中，存在轨迹控制要求高、管柱受力复杂以及允许使用的钻井液的密度低等问题。这导致钻进产生的岩屑难以被钻井液带出井眼，容易在井内发生堆积。这导致钻具下入井内的过程容易受阻，作业困难，并导致后期固井的难度很大。另外，尤其是在井眼倾斜(例如，倾斜45
°
至60
°
)的情况下，钻井产生的岩屑容易下沉并发生严重堆积，形成岩屑床。这会显著增加钻具在钻进过程中受到的摩阻，甚至导致卡钻或井眼堵塞等复杂的井下事故。另外，这也会增加钻具工作的载荷，并降低钻头的机械钻速，影响钻井液的性能。
[0003]尤其是，目前的钻井钻头主要向着提高机械钻速的方向进行发展研究。这会显著提高岩屑的量，并导致上述情况更加容易发生。
[0004]为此，目前提出了一些用于在钻进过程中清理岩屑的装置。CN 206860108U记载了一种地热井用携岩工具。该工具在圆柱形的主体外侧构造了多条旋转扶正棱。这些扶正棱通过在环空内转动而产生紊流，同时还碾压岩屑使其变细，由此来提高钻井液携带岩屑的能力。然而，这种工具是随钻杆一起旋转的，旋转速度与钻杆的旋转速度相同，即转速较低。因此，该工具形成紊流的效果较差。另一方面，为了形成一定的紊流，并进行较为有效的碾压，该工具需要具有较大的长度，且只能安装在钻杆处。这使得钻头附近仍旧容易产生岩屑的堆积。因此，这种工具的清理岩屑、提高钻进效果的作用并不明显。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出了一种用于水平井的岩屑清理工具。通过这种工具能够有效提高水平井(尤其是水平井的斜井段和水平井段)中的岩屑的清理效率。本专利技术还提出了一种包含该岩屑清理工具的钻具。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提出了一种岩屑清理工具，包括：中心轴组件，所述中心轴组件的上端和下端构造为用于连接到钻具中的连接端；旋转外筒，所述旋转外筒套设在所述中心轴组件外，在所述中心轴组件与所述旋转外筒之间形成环形空间，在所述旋转外筒的外侧壁上构造有搅流件；以及旋转驱动机构，所述旋转驱动机构设置在所述旋转外筒与所述中心轴组件之间的环形空间内，并与所述旋转外筒和所述中心轴组件相接合，所述旋转驱动机构构造为能驱动所述旋转外筒相对于所述中心轴组件进行转动。
[0007]通过旋转驱动机构能使旋转外筒相对于随钻具旋转的中心轴组件进行进一步转动，以此来实现旋转外筒的相对较快的旋转。这有利于带动旋转外筒上的搅流件发生转动，并由此在钻具与井壁之间的环空内形成紊流。通过所形成的紊流，能够有效地避免岩屑堆积在井内，并使得这些岩屑更容易被钻井液(尤其是密度较低的钻井液)带走。这有利于确
保钻井过程的顺利进行，降低钻具受到的摩阻，避免卡钻、井眼堵塞等问题。同时，钻具的工作载荷保持在正常范围内，使得钻进过程能够高效进行。
[0008]在一个优选的实施例中，所述旋转驱动机构构造为当所述环形空间内有流体流动经过所述旋转驱动机构时，驱动所述旋转外筒相对于所述中心轴组件发生转动。
[0009]在一个优选的实施例中，所述旋转驱动机构包括安装在所述旋转外筒的内侧壁上的涡轮转子，以及安装在所述中心轴组件的外侧壁上的涡轮定子，所述涡轮转子与所述涡轮定子相接合，使得当有流体流动通过所述旋转驱动机构时，能驱动所述涡轮转子相对于所述涡轮定子发生旋转。
[0010]在一个优选的实施例中，所述中心轴组件包括：上中心轴，所述上中心轴构造为中空的，所述上中心轴的内部构造有沿轴向方向延伸的上流通通道，所述上中心轴的侧壁构造有沿径向方向贯穿所述上中心轴的侧壁的上流通孔，所述上流通孔将所述上流通通道与所述环形空间连通，所述上流通孔位于所述旋转驱动机构的上方；以及下中心轴，所述下中心轴与所述上中心轴对中地设置在所述上中心轴之下，并与所述上中心轴相连，所述下中心轴构造为中空的，所述下中心轴的内部构造有沿轴向方向延伸的下流通通道，所述下中心轴的侧壁构造有沿径向方向贯穿所述下中心轴的侧壁的下流通孔，所述下流通孔将所述下流通通道与所述环形空间连通，所述下流通孔位于所述旋转驱动机构的下方；其中，流体能从所述上中心轴的上流通通道通过所述上流通孔而流到所述环形空间内，经过所述旋转驱动机构，并从所述环形空间通过所述下流通孔而流到所述下中心轴的下流通通道内。
[0011]在一个优选的实施例中，所述上流通通道与所述下流通通道相连通，所述上中心轴和下中心轴构造为能通过调节所述上流通通道与所述下流通通道之间的流体流量来调节流经所述旋转驱动机构的流体流量，以此来调节所述旋转外筒相对于所述中心轴组件的旋转速度。
[0012]在一个优选的实施例中，所述上中心轴包括：上接头，所述上接头构造为用于连接到钻具中；上中心轴主体，所述上中心轴主体连接在所述上接头之下，所述上中心轴主体插入到所述旋转外筒内；以及上卡接凸缘，所述上卡接凸缘连接在所述上接头与所述上中心轴主体之间，所述上卡接凸缘的下表面与所述旋转外筒的上端面相抵接。所述上中心轴主体包括：上密封段，所述上密封段与所述旋转外筒可旋转式密封配合，上收缩段，所述上收缩段连接在所述上密封段之下，所述上收缩段构造为沿轴向向下逐渐缩窄，所述上流通孔构造于所述上收缩段的侧壁上，并在径向向外的方向上朝向下方倾斜，以及上连接段，所述上连接段连接在所述上收缩段之下，并构造为用于与所述下中心轴相连。
[0013]在一个优选的实施例中，所述下中心轴包括：下接头，所述下接头构造为用于连接到钻具中；下中心轴主体，所述下中心轴主体连接在所述下接头之上，所述下中心轴主体插入到所述旋转外筒内；以及下卡接凸缘，所述下卡接凸缘连接在所述下接头与所述下中心轴主体之间，所述下卡接凸缘的上表面与所述旋转外筒的下端面相抵接。所述下中心轴主体包括：下密封段，所述下密封段与所述旋转外筒可旋转式密封配合，下扩张段，所述下扩张段连接在所述下密封段之上，所述下扩张段构造为沿轴向向下逐渐扩张，所述下流通孔构造于所述下扩张段的侧壁上，并在径向向外的方向上朝向上方倾斜，以及下连接段，所述下连接段连接在所述下扩张段之上，并构造为用于与所述上中心轴相连。
[0014]在一个优选的实施例中，所述中心轴组件还包括连接在所述上中心轴的上端和/
或所述下中心轴的下端的螺旋扶正器。
[0015]在一个优选的实施例中，所述搅流件为搅流叶片，所述搅流叶片构造为沿径向向外的方向延伸到不会接触到井壁的程度。
[0016]根据本专利技术的第二方面，提出了一种钻具，包括上述岩屑清理工具，所述岩屑清理工具设置在钻头与钻铤之间，或设置在靠近钻头的两个钻铤之间。通过上述岩屑清理工具的结构设置，允许岩屑清理工具具有较短的长度尺寸。这允许岩屑清理工具设置在钻头与钻铤之间，或设置在两个钻铤之间。由此，岩屑清理工具可有效地对靠近钻头的岩屑进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩屑清理工具，包括：中心轴组件，所述中心轴组件的上端和下端构造为用于连接到钻具中的连接端；旋转外筒，所述旋转外筒套设在所述中心轴组件外，在所述中心轴组件与所述旋转外筒之间形成环形空间，在所述旋转外筒的外侧壁上构造有搅流件；以及旋转驱动机构，所述旋转驱动机构设置在所述旋转外筒与所述中心轴组件之间的环形空间内，并与所述旋转外筒和所述中心轴组件相接合，所述旋转驱动机构构造为能驱动所述旋转外筒相对于所述中心轴组件进行转动。2.根据权利要求1所述的岩屑清理工具，其特征在于，所述旋转驱动机构构造为当所述环形空间内有流体流动经过所述旋转驱动机构时，驱动所述旋转外筒相对于所述中心轴组件发生转动。3.根据权利要求2所述的岩屑清理工具，其特征在于，所述旋转驱动机构包括安装在所述旋转外筒的内侧壁上的涡轮转子，以及安装在所述中心轴组件的外侧壁上的涡轮定子，所述涡轮转子与所述涡轮定子相接合，使得当有流体流动通过所述旋转驱动机构时，能驱动所述涡轮转子相对于所述涡轮定子发生旋转。4.根据权利要求2或3所述的岩屑清理工具，其特征在于，所述中心轴组件包括：上中心轴，所述上中心轴构造为中空的，所述上中心轴的内部构造有沿轴向方向延伸的上流通通道，所述上中心轴的侧壁构造有沿径向方向贯穿所述上中心轴的侧壁的上流通孔，所述上流通孔将所述上流通通道与所述环形空间连通，所述上流通孔位于所述旋转驱动机构的上方；以及下中心轴，所述下中心轴与所述上中心轴对中地设置在所述上中心轴之下，并与所述上中心轴相连，所述下中心轴构造为中空的，所述下中心轴的内部构造有沿轴向方向延伸的下流通通道，所述下中心轴的侧壁构造有沿径向方向贯穿所述下中心轴的侧壁的下流通孔，所述下流通孔将所述下流通通道与所述环形空间连通，所述下流通孔位于所述旋转驱动机构的下方；其中，流体能从所述上中心轴的上流通通道通过所述上流通孔而流到所述环形空间内，经过所述旋转驱动机构，并从所述环形空间通过所述下流通孔而流到所述下中心轴的下流通通道内。5.根据权利要求4所述的岩屑清理工具，其特征在于，所述上流通通道与所述下流通通道相连通，所述上中心轴和下中心轴构造为能通过调节所述上流通通道与所述下流通通道之间的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彪，刘晓民，李双贵，翟科军，贾晓斌，罗发强，张俊，王居贺，李少安，李文霞，刘景涛，于洋，钟文建，李光乔，陈培亮，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，
类型：发明
国别省市：