專利名稱：一種氣體鉆水平井用的鉆具扶正器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用氣體為循環(huán)介質(zhì)鉆水平井時(shí)的專用鉆具扶正器。該扶正器也同樣適應(yīng)利用流體為循環(huán)介質(zhì)鉆水平井的情況。
背景技術(shù)：
在大斜度井，水平井、大位移井、分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆進(jìn)中，由于井段大角度傾斜、甚至水平，從而導(dǎo)致巖屑運(yùn)移困難，出現(xiàn)巖屑在下井壁滯留、聚集、成床的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致鉆柱卡鉆，甚至鉆進(jìn)無(wú)法繼續(xù)。
造成巖屑運(yùn)移困難的主要原因有1、由于重力作用使鉆柱躺在下井壁上造成偏心環(huán)空，偏心環(huán)空造成下井壁處的低流速區(qū)。2、鉆頭破碎后產(chǎn)生的較大顆粒巖屑，既不易被運(yùn)移，又無(wú)法再次破碎，首先滯留在下井壁上，進(jìn)而成為阻礙其它巖屑運(yùn)移的障礙。3、巖屑沿下井壁運(yùn)移時(shí)受到鉆具上直徑增大段凸出臺(tái)肩的幾何阻礙，停止運(yùn)移，成為滯留巖屑。4、巖屑在運(yùn)移過(guò)程中缺乏再次加速、加速后沖擊其它巖屑顆粒運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣體鉆水平井用的鉆具扶正器，該扶正器是基于流體數(shù)值模擬技術(shù)、鉆柱運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)、稀疏相氣固(液固)兩相流顆粒運(yùn)動(dòng)分析，優(yōu)化出一種特殊形狀的扶正器，它有利于強(qiáng)化水平井的攜巖能力，同時(shí)具有鉆柱運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、起下摩阻小、旋轉(zhuǎn)扭矩小的特點(diǎn)。
一種氣體鉆水平井用的鉆具扶正器，主要由扶正器本體、導(dǎo)流槽、扶正條等組成，其特征在于，所述導(dǎo)流槽為螺旋狀，具有寬入口流道和窄出口流道，導(dǎo)流槽之間所夾的凸起的螺旋狀扶正條，其螺旋角為18°～25°，所述扶正條上有巖屑導(dǎo)入槽，巖屑導(dǎo)入槽對(duì)應(yīng)著導(dǎo)流槽的寬入口流道和窄出口流道方向?qū)挾戎饾u變小，所述巖屑導(dǎo)入槽表面和扶正條表面鑲有硬質(zhì)合金齒。
本發(fā)明扶正器上導(dǎo)流槽為螺旋狀，具有寬入口流道和窄出口流道，它促使氣體、巖屑顆粒再次加速并產(chǎn)生螺旋狀流動(dòng)，高速巖屑具有了碰撞其它靜止巖屑使其運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，同時(shí)高速螺旋氣流使下井壁沉淀的巖屑運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入上井壁帶高速氣流區(qū)。螺旋狀的入口形狀，是經(jīng)過(guò)流體數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化的，可以保證任何方向、角度到達(dá)的巖屑顆粒均無(wú)阻擋地進(jìn)入導(dǎo)流槽，不會(huì)在此處停頓、滯留。
導(dǎo)流槽之間所夾的凸起的螺旋狀扶正條，具有特殊的形狀和螺旋角度，螺旋角為18°～25°，它具有穩(wěn)定鉆柱振動(dòng)、降低扭矩、減小起下鉆摩阻的作用，同時(shí)還具有重復(fù)破碎的能力，可以將大顆粒巖屑嵌入、破碎成更小的尺寸巖屑，便于在后續(xù)井段順利排出。所述扶正條上設(shè)計(jì)有巖屑導(dǎo)入槽，巖屑導(dǎo)入槽的寬度逐漸變小，巖屑導(dǎo)入槽表面和扶正條表面鑲有硬質(zhì)合金齒，具有耐磨和破碎巖屑的功能，大顆粒巖屑進(jìn)入導(dǎo)流槽，被嵌入，進(jìn)而被旋轉(zhuǎn)的扶正條破碎。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明扶正器上導(dǎo)流槽、導(dǎo)流槽之間所夾的凸起扶正條，均具有特殊的形狀和螺旋角度，扶正條上的巖屑導(dǎo)入槽從流道進(jìn)口到流道出口，寬度逐漸變小，巖屑導(dǎo)入槽表面和扶正條表面鑲有硬質(zhì)合金齒，這些設(shè)計(jì)使扶正器具有將鉆柱抬升、扶正的作用，減少甚至消除偏心環(huán)空的低速區(qū)流場(chǎng)，使鉆柱與井眼同心，同心環(huán)空流速均勻，消除了低速區(qū)。它還有利于強(qiáng)化水平井的攜巖能力，同時(shí)鉆柱運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、起下摩阻小、旋轉(zhuǎn)扭矩小。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2是沒(méi)有使用本發(fā)明的偏心環(huán)空速度等值線分布圖3是使用本發(fā)明后消除偏心環(huán)空的低速區(qū)流場(chǎng)圖4是傳統(tǒng)扶正器的導(dǎo)流槽入口圖5是本發(fā)明扶正器的導(dǎo)流槽入口圖6是本發(fā)明導(dǎo)流槽變截面螺旋流道的加速和旋轉(zhuǎn)作用具體實(shí)施方式
參看圖1，一種氣體鉆水平井用的鉆具扶正器，主要由扶正器本體1、導(dǎo)流槽7、扶正條2等組成，其特征在于，所述導(dǎo)流槽7為螺旋狀，具有寬入口流道5和窄出口流道6，導(dǎo)流槽之間所夾的凸起的螺旋狀扶正條2，其螺旋角為18°～25°，所述扶正條上有巖屑導(dǎo)入槽3，巖屑導(dǎo)入槽對(duì)應(yīng)著導(dǎo)流槽的寬入口流道和窄出口流道方向?qū)挾戎饾u變小，所述巖屑導(dǎo)入槽3表面和扶正條2表面鑲有硬質(zhì)合金齒4。
參看圖2、圖3，扶正器具有將鉆柱抬升、扶正的作用，減少甚至消除偏心環(huán)空的低速區(qū)流場(chǎng)，圖2沒(méi)有使用本發(fā)明扶正器，使環(huán)空下部出現(xiàn)低速區(qū)，使巖屑堆積，使用此扶正器后，見(jiàn)圖3所示，鉆柱與井眼同心，同心環(huán)空流速均勻，消除了低速區(qū)。
參看圖4、圖5，圖4是傳統(tǒng)扶正器的導(dǎo)流槽入口，巖屑未得到充分破碎，圖5是本發(fā)明扶正器導(dǎo)流槽入口，其形狀是經(jīng)過(guò)流體數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化的，可以保證任何方向、角度到達(dá)的巖屑顆粒均無(wú)阻擋地進(jìn)入導(dǎo)流槽，不會(huì)在此處停頓、滯留。
參見(jiàn)圖6，是本發(fā)明鉆具扶正器計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬結(jié)果，流體低速直線流入扶正器導(dǎo)流槽入口，通過(guò)扶正器上變截面螺旋流道的加速，并以高速螺旋流出，沖刷水平井底壁滯留的巖屑，有足夠的能量將巖屑運(yùn)移，并在下一個(gè)扶正器上進(jìn)行重復(fù)破碎為細(xì)小顆粒的巖屑，使巖屑順利被帶出地面。
在鉆水平井時(shí)，本發(fā)明之扶正器的安放位置和個(gè)數(shù)由鉆柱力學(xué)分析和軌跡控制聯(lián)合確定。配合本發(fā)明使用，鉆水平井時(shí)要保持鉆柱低速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)控制鉆速。使用時(shí)要注意扶正器方向，進(jìn)出口方向的正確配合。
權(quán)利要求
1 一種氣體鉆水平井用的鉆具扶正器，主要由扶正器本體(1)、導(dǎo)流槽(7)、扶正條(2)等組成，其特征在于，所述導(dǎo)流槽(7)為螺旋狀，具有寬入口流道(5)和窄出口流道(6)，導(dǎo)流槽之間所夾的凸起的螺旋狀扶正條(2)，其螺旋角為18°～25°，所述扶正條上有巖屑導(dǎo)入槽(3)，巖屑導(dǎo)入槽對(duì)應(yīng)著導(dǎo)流槽的寬入口流道和窄出口流道方向?qū)挾戎饾u變小，所述巖屑導(dǎo)入槽(3)表面和扶正條(2)表面鑲有硬質(zhì)合金齒(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體鉆水平井用的鉆具扶正器，主要由扶正器本體、導(dǎo)流槽、扶正條等組成，其特征在于，所述導(dǎo)流槽為螺旋狀，具有寬入口流道和窄出口流道，導(dǎo)流槽之間所夾的凸起的螺旋狀扶正條，其螺旋角為18°～25°，所述扶正條上有巖屑導(dǎo)入槽，巖屑導(dǎo)入槽對(duì)應(yīng)著導(dǎo)流槽的寬入口流道和窄出口流道方向?qū)挾戎饾u變小，所述巖屑導(dǎo)入槽表面和扶正條表面鑲有硬質(zhì)合金齒。該扶正器具有將鉆柱抬升、扶正的作用，減少甚至消除偏心環(huán)空的低速區(qū)流場(chǎng)，使鉆柱與井眼同心，同心環(huán)空流速均勻，消除了低速區(qū)，它還有利于強(qiáng)化水平井的攜巖能力，同時(shí)鉆柱運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、起下摩阻小、旋轉(zhuǎn)扭矩小。
文檔編號(hào)E21B17/10GK1644870SQ20051002030
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者孟英峰, 練章華, 粱紅, 吳仕榮, 李永杰, 陳剛, 劉碩瓊, 雷桐 申請(qǐng)人:西南石油學(xué)院