專利名稱：一種氣體鉆井高效高安全性攜巖工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于油氣田鉆井的一種氣體鉆井高效高安全性攜巖工 具，特別適用于氣體鉆直井、定向井、水平井的巖屑沉降集中井段。
背景技術(shù)：
近年來，氣體鉆井在我國獲得迅速發(fā)展，己實施約300 口直井， 在我國實施的氣體鉆定向/水平井僅一口，巖屑易沉積，引起卡鉆事故 是氣體鉆定向井/水平井的主要問題。在氣體鉆直井、定向井和水平井 中，上返流體介質(zhì)主要是稀疏氣固兩相流，此上升氣流對巖屑的沖擊 力及氣體粘性對巖屑的拖曳力相對泥漿介質(zhì)較小，所以在氣體鉆井中 巖屑更容易沉積。而在定向井、水平井斜井段和水平段，由于重力方 向與流體介質(zhì)流動方向有夾角甚至垂直，重力在介質(zhì)流動垂直方向的 分量使巖屑向下井壁方向運動，同時此井段的鉆具躺于下井壁上，這 種偏心環(huán)空使該處的過流流體動能總量降低，不足以推動較大顆粒巖 屑懸浮移動而在下井壁蠕移，大顆粒巖屑由于重力而向井底方向運動， 最終形成巖屑沉積。有效清除巖屑、凈化井眼是氣體鉆直井、定向井、水平井施工必 須首先解決的問題。目前，應對攜巖問題主要是增加注氣量，但是此方法不能有效的解決該問題。因為(1)注入量增大后，全井攜巖能 量有所提高，但在斜井段、定向段、水平段巖屑沉降作用顯著，因注 入量增加而增加攜巖能力不足以完全克服該段的沉降作用；(2)沿程 能量損耗幾乎同比例增大；(3)對鉆具的沖蝕作用也增大。有效降低鉆井施工中巖屑沉積并保證鉆具安全對于確保氣體鉆直 井、定向井、水平井的成功非常重要。因此，設計了一種氣體鉆井高 效高安全性攜巖工具，該工具能夠有效提高外環(huán)空內(nèi)巖屑的運移和懸 浮能力，防止巖屑大量沉積，避免發(fā)生巖屑沉積卡鉆等井下復雜。同 時，工具帶有低摩擦系數(shù)的吸振保護接頭，減阻減振性能好，可以有 效確保該工具的工作安全性，延長工具使用壽命。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提高氣體鉆井的上攜巖能力，避免巖屑沉 降引起卡鉆和其它井下復雜，特提供一種氣體鉆井高效高安全性攜巖 工具。為了達到上述目的，本發(fā)明解決此技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是: 一種氣體鉆井高效高安全性攜巖工具，是由工具本體、自潤滑密封圈、 減振橡膠套、工具外殼、徑向滑動軸承和攜巖噴孔組成，其結(jié)構(gòu)特征 是工具本體7上開有斜切式攜巖噴孔9,個數(shù)為1 6個，其軸線方向 與工具本體軸線方向夾角a即斜切角在5° 60°之間，攜巖噴孔的布置 形式有軸向式、同周式、分層式的一種形式，攜巖噴孔9內(nèi)部通過螺 紋安裝有噴嘴6，噴嘴6內(nèi)表面澆注或軋制一層硬質(zhì)合金，有效直徑即 噴嘴內(nèi)最細部分的直徑為2 5mm。工具本體7外表面上安裝徑向滑動軸 承5，徑向滑動軸承5與本體7和1之間放置自潤滑密封圈2，其基體 為厚度2 5mm的金屬墊片，墊片上均布有15 40個圓孔，用于填充 壓制后的石墨。本體7和1與套筒8、自潤滑密封圈2、徑向滑動軸承 5之間形成的腔室10內(nèi)填充石墨；在工具外殼4的內(nèi)表面上吹塑或組 裝一層減振橡膠套3，厚度為3 6ram。工具外殼4外表面光滑，其上 澆注或軋制一層摩擦系數(shù)較低、耐溫性較好、防磨效果較好和側(cè)向承 載能力高的硬質(zhì)合金，是鎢鈷類、鎢鈦鈷類、鎢鈦鈷鉭類的一種。本發(fā)明具有的有益效果是(1)攜巖能力強，在工具本體上開有 與軸線成定角度的噴孔，噴出的高壓氣流有效增加易沉屑(斜井段/定 向段/水平段)循環(huán)介質(zhì)的總能量，從而有效防止巖屑沉降；(2)結(jié)構(gòu)安 全可靠，合理設計壁厚和噴嘴類型及利用吸振橡膠和減抗摩硬質(zhì)合金 組合，有效緩解沖擊反向力對強攜巖工具的破壞；(3)適用性強，由于 噴孔流道設計成斜切入型，所以可適用于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)的普通工具，也適用 轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)的定向鉆井工具；(4)對地面泵入要求不高，僅需增加泵入能 量的10%，噴孔個數(shù)廣6個，每個噴孔的有效直徑在2 5mm,合理選擇 噴孔個數(shù)和有效直徑的搭配，能夠使計算得鉆桿內(nèi)流體能量損失很小。


圖1是本發(fā)明一種氣體鉆井高效高安全性攜巖工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi).下工具本體，2.自潤滑密封圈，3.減振橡膠套，4.工具 外殼，5.徑向滑動軸承，6.噴嘴，7.上工具本體，8.套筒，9.攜巖噴 孔，IO石墨儲存腔室，11自潤滑密封墊片石墨填充孔，a，斜切角。圖2是本發(fā)明一種氣體鉆井高效高安全性攜巖工具的截面圖。圖3是本發(fā)明一種氣體鉆井高效高安全性攜巖工具的自潤滑密封 墊片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4、圖5、圖6是本發(fā)明一種氣體鉆井高效高安全性攜巖工具噴 孔的布置形式示意圖。圖4為同周式形式，圖5為軸向式形式，圖6為分層式形式。具體實施例按照圖1所示，本體7上開有與軸線成定角度攜巖噴孔9，其軸線 方向與工具本體軸線方向夾角a即斜切角在5° 60°之間，噴嘴6通過 螺紋安裝于噴孔9內(nèi)，利用內(nèi)外壓差從環(huán)空內(nèi)噴出流體介質(zhì)，有效沖 擊氣體鉆直井、定向井、水平井中等巖屑沉降集中井段的上返流體介 質(zhì)，提高鉆桿和井壁環(huán)空內(nèi)巖屑的運移和懸浮能力。工具本體外表面 上安裝徑向滑動軸承5，徑向滑動軸承5上下兩端放置自潤滑密封圈2 。 在工具外殼4的內(nèi)表面上吹塑或組裝一層減振橡膠套3，工具外殼4 外表面上澆注或軋制一層摩擦系數(shù)較低、耐溫性較好、防磨效果較好 和側(cè)向承載能力較高的硬質(zhì)合金。能夠有效提高外環(huán)空內(nèi)巖屑的運移 和懸浮能力，防止巖屑大量沉積，避免發(fā)生巖屑沉積卡鉆等井下復雜。 同時，工具帶有低摩擦系數(shù)的吸振保護接頭，減阻減振性能好，可以 有效確保該工具的工作安全性，延長工具使用壽命。按照圖2、圖3所示，此種扶正器的工具外殼4為筒形，其外表面 光滑，自潤滑密封圈墊片上均布有15 40個圓孔，用于填充壓制后的 石墨。按照圖4、圖5、圖6所示，攜巖噴孔9其個數(shù)1 6個，有軸向式、 同周式或分層式三種布置形式，每個噴孔的有效直徑在2~5mm，合理選 擇噴孔個數(shù)和噴嘴類型，可有效減小鉆桿內(nèi)流體的壓力損失，同時能 夠有效增強攜巖能力。同周式或分層式布置形式能在多個方向推動巖 屑上移和提高其在流體介質(zhì)中的運移和懸浮能力。
權(quán)利要求
1. 一種氣體鉆井高效高安全性攜巖工具，是由工具本體、減振橡膠套、工具外殼、徑向滑動軸承、攜巖噴孔和自潤滑密封圈組成，其特征在于工具本體(7)上開有斜切式攜巖噴孔(9)，攜巖噴孔(9)內(nèi)部通過螺紋安裝有噴嘴(6)，有效直徑即噴孔內(nèi)最細部分的直徑為2~5mm；工具本體(7)外表面上安裝徑向滑動軸承(5)，徑向滑動軸承(5)與工具本體(7)、(1)之間放置自潤滑密封圈(2)；工具本體(7)和(1)與套筒(8)、自潤滑密封圈(2)、徑向滑動軸承(5)之間形成的腔室(10)內(nèi)填充石墨；在工具外殼(4)的內(nèi)表面上吹塑或組裝一層厚度為3~6mm的減振橡膠套(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井高效高安全性攜巖工具，其特 征在于噴孔(9)軸線與工具本體軸線夾角a即斜切角在5° 60°之間， 個數(shù)為1 6個，布置形式有軸向式、同周式或分層式的一種形式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井高效高安全性攜巖工具，其特 征是自潤滑密封圈(2)的基體為金屬墊片，墊片厚度在2 5mm之間， 墊片上均布有15 40個圓孔，用于填充壓制后的石墨。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井高效高安全性攜巖工具，其特 征在于工具外殼(4)表面澆注或軋制一層硬質(zhì)合金；噴嘴(6)內(nèi)表面 澆注或軋制一層硬質(zhì)合金，其硬質(zhì)合金是鎢鈷類、鎢鈦鈷類、鎢鈦鈷 鉭類的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于油氣田鉆井作業(yè)的氣體鉆井高效高安全性攜巖工具。它能提高氣體鉆井的上攜巖能力，避免巖屑沉降引起卡鉆和其他井下復雜。其技術(shù)方案是工具本體上開有斜切式攜巖噴孔，攜巖噴孔內(nèi)部通過螺紋安裝有噴嘴；工具本體外表面上安裝徑向滑動軸承，它與工具本體間放置自潤滑密封圈；工具本體與套筒、自潤滑密封圈、徑向滑動軸承之間形成的腔室內(nèi)填充石墨；在工具外殼的內(nèi)表面上吹塑或組裝一層減振橡膠套，工具外殼外表面上及噴嘴內(nèi)表面澆注或軋制一層硬質(zhì)合金。本發(fā)明具有攜巖能力強、結(jié)構(gòu)安全可靠、適用性強、對地面泵入要求不高、流體能量損失較小效果；其結(jié)構(gòu)簡單，用于氣體鉆直井、定向井、水平井的巖屑沉降集中井段。
文檔編號E21B21/16GK101265786SQ20081004429
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者杰 張, 祝效華, 華 童, 蔣祖軍, 賈彥杰 申請人:西南石油大學