專利名稱：一種鉆具上使用的巖屑清潔裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是石油天然氣鉆井過程中的井眼清潔工具，具體涉及的是一種鉆具上使用的巖屑清潔裝置。背景技術：
石油天然氣資源鉆井過程中，鉆頭不斷破碎巖石形成井眼，巖屑(巖石破碎后的碎屑) 在環(huán)空(鉆柱與井眼之間的環(huán)形空間)通過鉆井液循環(huán)被攜帶到地表，而巖屑如果不能被及時清理出井眼將會出現(xiàn)巖屑堆積現(xiàn)象，即形成巖屑床，尤其大位移水平井、多分支井等復雜結構井鉆井過程中容易形成巖屑床，現(xiàn)場經(jīng)驗與室內(nèi)理論實驗均表明巖屑床易于在大斜度井段和水平井段(井斜角約為45、0° )之間形成。如果井內(nèi)沉積巖屑床厚度過高，將會導致一系列嚴重的井下問題，如鉆具摩擦阻力、扭矩增大，甚至發(fā)生嚴重的井下事故如卡鉆、扭斷鉆具等，處理這些井下事故將大幅度降低機械鉆速，大幅度增加非生產(chǎn)時間和作業(yè)成本。 這就要求在復雜結構井鉆井過程中保持較高的井眼清潔效率，在巖屑床易于形成的井段采用必要的方法，防止巖屑床的形成，保證鉆具與井眼安全。復雜結構井井眼清潔技術存在的難點 目前鉆井現(xiàn)場普遍采用三種方法清潔井眼巖屑，包括提高返速法、改善鉆井液性能法和短起下鉆具清除法。I提高返速法
井眼環(huán)空中鉆井液平均上返速度越高，越有利于清除巖屑。但高返速對鉆井設備的要求高，相應的動力成本也很高。同時對于某些松軟地層，高返速可能造成嚴重的井壁坍塌事故。因此，受設備和地層的限制，提高返速并不能完全解決井眼清潔問題。2改善鉆井液性能法
該方法通過降低泥漿的流性指數(shù)，提高動塑比，改善鉆井液攜巖性能，增強其懸浮攜帶能力。該方法的缺點是改善鉆井液性能需要額外添加鉆井液外加劑，增加成本，同時較高的動塑比也會給泵等地表設備帶來較大的負擔，增大功耗。該方法單獨應用往往起到的效果有限，須配合其它方法。3短起下鉆具清除法
在現(xiàn)有條件下，除采用提高泥漿返速及改善泥漿性能來提高其攜巖能力外，實際鉆井中還需配合短程起下鉆、分段循環(huán)和倒劃眼等措施，以破壞、清除巖屑床。因此，對于巖屑床沉積不嚴重井段，可采用短程起下鉆的辦法。對巖屑床易于形成的井型和井段，在短程起下鉆過程中，造斜點以下鉆具沿下井壁運動，可破壞巖屑床。對巖屑床比較嚴重，采用短程起下鉆效果不明顯的井，可采用倒劃眼的辦法破壞巖屑床。采用短起下清除法雖能起到清屑效果，卻要在起下鉆上花費很多時間，嚴重影響了鉆井的效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鉆具上使用的巖屑清潔裝置，它用于解決現(xiàn)有的復雜結構井井眼清潔效率低下的問題。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是這種鉆具上使用的巖屑清潔裝置由本體、旋轉增速器、擴眼保護器組成，本體為圓鋼管，上擴眼保護器、旋轉增速器、下擴眼保護器設置在本體的外壁上，旋轉增速器位于上擴眼保護器與下擴眼保護器之間；旋轉增速器由螺旋翼片和排屑槽構成，螺旋翼片等圓心角均勻分布；上擴眼保護器和下擴眼保護器均由螺旋保護翼片等圓心角均布構成，該螺旋保護翼片之間形成曲面排屑槽；旋轉增速器的螺旋角、上擴眼保護器的螺旋角和下擴眼保護器的螺旋角相等。上述方案中旋轉增速器排屑槽截面曲線在笛卡爾直角坐標系中的方程為 y2-ax2^b，其中y的取值范圍為(0，+ °°)，a, b為設計系數(shù)。上述方案中本體的一端為公接頭，另一端為母接頭。上述方案中螺旋保護翼片兩端倒角面和肩部敷焊金剛石切削齒或硬質(zhì)合金切削齒。上述方案中旋轉增速器直徑、上擴眼保護器直徑、下擴眼保護器直徑均與鉆桿接頭直徑相等，不影響底部鉆具組合造斜與防斜功能，同時因工具最大外徑僅與鉆桿接頭相等，不會因裝置的下入而發(fā)生卡鉆事故。上述方案中旋轉增速器的螺旋角、上擴眼保護器的螺旋角、下擴眼保護器的螺旋角應滿足函數(shù)關系
權利要求
1.一種鉆具上使用的巖屑清潔裝置，其特征在于這種鉆具上使用的巖屑清潔裝置由本體(7)、旋轉增速器(3)、擴眼保護器組成，本體(7)為圓鋼管，上擴眼保護器(4)、旋轉增速器(3)、下擴眼保護器(2)設置在本體(7)的外壁上，旋轉增速器(3)位于上擴眼保護器(4)與下擴眼保護器(2)之間；旋轉增速器(3)由螺旋翼片(8)和排屑槽(9)構成，螺旋翼片(8)等圓心角均勻分布，上擴眼保護器(4)和下擴眼保護器(2)的螺旋保護翼片(11)等圓心角均布，該螺旋保護翼片(11)之間形成曲面排屑槽(10);旋轉增速器(3)的螺旋角、上擴眼保護器(4)的螺旋角和下擴眼保護器(2)的螺旋角相等。
2.根據(jù)權利要求I所述的鉆具上使用的巖屑清潔裝置，其特征在于所述的本體(7)的一端為公接頭(1)，本體(7)的另一端為母接頭(6)。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的鉆具上使用的巖屑清潔裝置，其特征在于所述的旋轉增速器排屑槽截面曲線在笛卡爾直角坐標系中的方程為y2-ax2^b，其中y大于0，a, b為設計系數(shù)。
4.根據(jù)權利要求3所述的鉆具上使用的巖屑清潔裝置，其特征在于所述的螺旋保護翼片(11)兩端倒角為60度，倒角面和肩部敷焊金剛石切削齒(5)或硬質(zhì)合金切削齒。
5.根據(jù)權利要求4所述的鉆具上使用的巖屑清潔裝置，其特征在于所述的旋轉增速器(3)直徑、上擴眼保護器(4)直徑、下擴眼保護器(2)直徑均與鉆桿接頭直徑相等。
6.根據(jù)權利要求5所述的鉆具上使用的巖屑清潔裝置，其特征在于所述的旋轉增速器(3)的螺旋角、上擴眼保護器(4)的螺旋角、下擴眼保護器(2)的螺旋角應滿足函數(shù)關系. I Tmr tail φ =---上式中於為螺旋角，Va為鉆井液平均上反速度，η為轉速，r為截面上螺旋翼片根部與圓心的距離，QVa = 4 A S、力鉆井液排量為平均環(huán)空面積。
7.根據(jù)權利要求6所述的鉆具上使用的巖屑清潔裝置，其特征在于所述的旋轉增速器(3)有七條螺旋翼片(8)，上擴眼保護器(4)和下擴眼保護器(2)分別有五條螺旋保護翼片(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種鉆具上使用的巖屑清潔裝置，這種鉆具上使用的巖屑清潔裝置由本體、旋轉增速器、擴眼保護器組成，本體為圓鋼管，上擴眼保護器、旋轉增速器、下擴眼保護器設置在本體的外壁上，旋轉增速器位于上擴眼保護器與下擴眼保護器之間；旋轉增速器由螺旋翼片和排屑槽構成，螺旋翼片等圓心角均勻分布；上擴眼保護器和下擴眼保護器均由螺旋保護翼片等圓心角均布構成，該螺旋保護翼片之間形成曲面排屑槽；旋轉增速器的螺旋角、上擴眼保護器的螺旋角和下擴眼保護器的螺旋角相等。本發(fā)明中擴眼保護器能夠保護旋轉增速器，減少不平整井壁對其產(chǎn)生的磨損，即使在鉆具在彎曲、屈曲時也可減少旋轉增速器與井壁間的碰撞，延長工具的使用壽命。
文檔編號E21B12/06GK102691477SQ20121020178
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權日2012年6月19日
發(fā)明者呂長文, 孫慶仁, 孫曉峰, 欒石柱, 邵帥, 閆鐵 申請人:東北石油大學