一种多级离心泵式环空降压工具及钻井系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多级离心泵式环空降压工具及钻井系统，工具包括自上而下顺次连接的上接头

【技术实现步骤摘要】
一种多级离心泵式环空降压工具及钻井系统


[0001]本专利技术涉及一种多级离心泵式环空降压工具及钻井系统，属于石油
、
天然气钻井装备

。

技术介绍

[0002]在海上石油钻井过程中，地层岩石存在临界坍塌压力和破裂压力，随着开采逐渐向深水
、
深层拓展，高温高压窄密度窗口底层问题已经凸显，密度窗口问题的实质是井下的安全压力范围问题，若在钻井过程中
ECD(
当量循环密度，
Equivalent Circulating Density)
值超出安全范围，极可能出现漏
、
喷等事故，严重影响钻井作业进程
。
[0003]海上石油钻井不断加深，开发难度不断增加，在深部海上钻井过程中，井筒密度窗口极窄且钻进循环液的当量循环密度曲线靠近底层破裂压力曲线，井筒在这种工况下易发生安全事故，因此需要通过一些方法来降低井底环空当量循环密度，并且实现高效
、
安全地钻进
。
[0004]目前降低井底环空当量循环密度的方式有：调整钻井液流变性从而降低井眼环空摩擦压耗，从而降低
ECD
；在条件允许情况下增大泵排量以提高钻井液环空循环速度，进而达到井眼清洗作用降低
ECD
值；进行短起下钻作业，最大限度携带走井底滞留岩屑
。
然而采用上述方式均会改变钻井液密度和停钻，严重影响携岩效率和增加钻井成本
。
[0005]目前现场降低循环密度的方式主要有：改变钻井液密度和采用双梯度系统钻井，前者对底层的适应性较差而后者实施费用昂贵，因此急需设计一款能够降低井筒当量循环密度的同时，还能够不影响钻进效率的井底降压工具
。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术提供一种多级离心泵式环空降压工具及钻井系统，该工具可以不改变钻井液本身密度和减少钻井停工，而降低井筒环空内当量循环密度，从而降低在窄密度窗口地层钻进时井筒坍塌
、
底层破裂的风险，减少钻井液的漏失和避免钻井停工
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0008]一种多级离心泵式环空降压工具，包括：
[0009]自上而下顺次连接的上接头
、
动力端壳体
、
离心泵上壳体
、
离心泵下壳体以及下接头，所述离心泵上壳体和所述离心泵下壳体均分别开设有出流口和入流口；
[0010]驱动机构，装配于所述动力端壳体内，且二者之间留有空隙；
[0011]传动轴，其为中空环形轴，装配于所述离心泵上壳体和所述离心泵下壳体内，所述传动轴的第一端开设有传动轴流体汇入口与所述驱动机构的输出轴连接，第二端转动安装在所述下接头的孔道内；
[0012]离心泵叶轮组，通过离心叶轮固定套安装在所述传动轴上；
[0013]内研磨短节和外研磨短节，所述内研磨短节安装在所述传动轴上，且位于所述离
心泵叶轮组的下游，所述外研磨短节套装在所述离心泵下壳体的外部；
[0014]密封组件，套设在离心泵上壳体的外部，与井筒内壁紧贴
。
[0015]所述的多级离心泵式环空降压工具，优选地，所述动力端外壳内还设置有电机固定套和电机保护外壳，所述电机固定套的第一端与所述上接头限位卡接，第二端与所述电机保护外壳的第一端限位卡接，所述电机固定套上开设有电机固定套流道，所述电机保护外壳安装于所述电机的外部，且与所述动力端外壳之间留有空隙，形成动力端内部环空腔
。
[0016]所述的多级离心泵式环空降压工具，优选地，所述动力端外壳内还设置有一级保护套和二级保护套，所述一级保护套的第一端与所述电机保护外壳的第二端连接，第二端与所述二级保护套连接，所述二级保护套圆周方向上均匀设置有二级保护套流道
。
[0017]所述的多级离心泵式环空降压工具，优选地，所述一级保护套内装配有电机轴扶正轴承，所述一级保护套和所述二级保护套之间还设置有电机轴推力轴承
。
[0018]所述的多级离心泵式环空降压工具，优选地，所述驱动机构为电机，所述电机的输出轴通过联轴器与所述传动轴连接；或者，
[0019]所述电机与所述传动轴采用行星减速器进行连接变速，传动比为1～5：
1。
[0020]所述的多级离心泵式环空降压工具，优选地，所述传动轴的第一端套设有上扶正轴承以及上轴承定位套，所述传动轴的第二端套设有下扶正轴承，所述传动轴流体汇入口位于所述上扶正轴承的上游
。
[0021]所述的多级离心泵式环空降压工具，优选地，所述密封组件为密封橡胶筒，通过环形安装卡箍卡套在所述离心泵上壳体的外部
。
[0022]所述的多级离心泵式环空降压工具，优选地，所述离心泵上壳体的出流口和入流口内均安装有喷嘴
。
[0023]所述的多级离心泵式环空降压工具，优选地，所述内研磨短节和所述外研磨短节均采用5～7条棱，入口倾角
γ
＝
30
°
～
50
°
，槽深5～
10mm
，长度
200
～
300mm。
[0024]一种钻井系统，包括上述多级离心泵式环空降压工具，还包括钻井循环泵
、
井架
、
电站以及自上而下顺次连接的管柱
、
入口接头
、
保护器
、
传感器短节和井下油管，所述井下油管通过所述降压工具与钻头连接，所述电站通过电缆分别与所述钻井循环泵
、
所述降压工具电连接，所述钻井循环泵将钻井液注入到架设在所述井架上的管道中，并注入所述管柱，最终进入所述降压工具内
。
[0025]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0026]本专利技术所述提供的降压工具，可以不改变钻井液本身密度和减少钻井停工，而降低井筒环空内当量循环密度，从而降低在窄密度窗口地层钻进时井筒坍塌
、
底层破裂的风险，减少钻井液的漏失和避免钻井停工；且与现有技术相比，本工具结构系统简单，正常安装后不影响正常钻井，成本低；同时与现有环空降压工具相比，采用电动驱动离心泵方式可以降低对地面钻井循环泵的要求，同时电动机可以更好地与离心泵匹配，具有功率高抽吸效率好等特点
。
附图说明
[0027]图1为本专利技术一实施例提供的基于多级离心泵式环空降压工具的钻井系统示意图；
[0028]图2为本专利技术该实施例提供的多级离心泵式环空降压工具的示意图；
[0029]图3为本专利技术该实施例提供的钻井泥浆流场在多级离心泵式环空降压工具中的循环示意图；
[0030]图4为本专利技术该实施例提供的多级离心泵式环空降压工具中电机固定套三维剖视图；
[0031]图5为本专利技术该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多级离心泵式环空降压工具，其特征在于，降压工具
(11)
包括：自上而下顺次连接的上接头
(13)、
动力端壳体
(15)、
离心泵上壳体
(29)、
离心泵下壳体
(35)
以及下接头
(39)
，所述离心泵上壳体
(29)
和所述离心泵下壳体
(35)
均分别开设有出流口和入流口；驱动机构，装配于所述动力端壳体
(15)
内，且二者之间留有空隙；传动轴
(26)
，其为中空环形轴，装配于所述离心泵上壳体
(29)
和所述离心泵下壳体
(35)
内，所述传动轴
(26)
的第一端开设有传动轴流体汇入口
(f)
与所述驱动机构的输出轴连接，第二端转动安装在所述下接头
(39)
的孔道内；离心泵叶轮组
(30)
，通过离心叶轮固定套
(33)
安装在所述传动轴
(26)
上；内研磨短节
(34)
和外研磨短节
(37)
，所述内研磨短节
(34)
安装在所述传动轴
(26)
上，且位于所述离心泵叶轮组
(30)
的下游，所述外研磨短节
(37)
套装在所述离心泵下壳体
(35)
的外部；密封组件
(32)
，套设在离心泵上壳体
(29)
的外部，与井筒内壁紧贴
。2.
根据权利要求1所述的多级离心泵式环空降压工具，其特征在于，所述动力端外壳
(15)
内还设置有电机固定套
(16)
和电机保护外壳
(18)
，所述电机固定套
(16)
的第一端与所述上接头
(13)
限位卡接，第二端与所述电机保护外壳
(18)
的第一端限位卡接，所述电机固定套
(16)
上开设有电机固定套流道
(b)
，所述电机保护外壳
(18)
安装于所述电机
(19)
的外部，且与所述动力端外壳
(15)
之间留有空隙，形成动力端内部环空腔
(c)。3.
根据权利要求2所述的多级离心泵式环空降压工具，其特征在于，所述动力端外壳
(15)
内还设置有一级保护套
(20)
和二级保护套
(24)
，所述一级保护套
(20)
的第一端与所述电机保护外壳
(18)
的第二端连接，第二端与所述二级保护套
(24)
连接，所述二级保护套
(24)
圆周方向上均匀设置有二级保护套流道
(d)。4.
根据权利要求3所述的多级离心泵式环空降压工具，其特征在于，所述一级保护套
(20)
内装配有电机轴扶正轴承
(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：任美鹏，李中，马英文，祝效华，谢仁军，杨向前，石昌帅，张兴全，郭华，殷志明，吴怡，王隽妍，李汉兴，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：