一體式葉片液力-磁傳動(dòng)井眼清潔工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣井鉆井過(guò)程中，為了有效抑制巖肩床形成，提高井眼清潔效率所使用的井眼清潔工具，具體涉及一體式葉片液力-磁傳動(dòng)井眼清潔工具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前海洋石油天然氣、頁(yè)巖氣開(kāi)采常采用大斜度井、水平井、大位移井等井型來(lái)提高井眼泄油面積，最大限度地提高單井產(chǎn)量。這些井型由于存在造斜段(井斜角由0°增加到90°的彎曲井段)和水平井段，巖肩在重力分量的作用下不容易被鉆井液及時(shí)攜帶出井目艮，出現(xiàn)巖肩堆積的現(xiàn)象，形成巖肩床，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)與室內(nèi)理論實(shí)驗(yàn)均表明巖肩床易于在大斜度井段(一般指45~90°之間的造斜段)和水平井段(井斜角90° )之間形成。如果井內(nèi)沉積巖肩床厚度過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的井下問(wèn)題，如鉆具摩擦阻力、扭矩增大，甚至發(fā)生嚴(yán)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(jī)械鉆速，大幅度增加非生產(chǎn)時(shí)間和作業(yè)成本。這就要求在這類(lèi)井型的鉆井過(guò)程中，保持較高的井眼巖肩清潔效率，在巖肩床易于形成的井段采用必要的方法，防止巖肩床的形成，保證鉆具與井眼安全。
[0003]針對(duì)目前大斜度和水平段存在巖肩清潔困難的問(wèn)題，鉆井現(xiàn)場(chǎng)普遍采用以下五種方法清潔井眼巖肩，包括:提高鉆井液返速、改善鉆井液流變性能、短起下鉆具、提高鉆桿轉(zhuǎn)速、和使用鉆桿傳遞扭矩的井眼清潔工具。
[0004]1、提尚鉆井液返速
井眼環(huán)空中鉆井液平均上返速度越高，越有利于清除巖肩。但高返速對(duì)鉆井設(shè)備的要求高，相應(yīng)的動(dòng)力成本也很高。同時(shí)對(duì)于某些松軟地層，高返速可能造成嚴(yán)重的井壁坍塌事故。因此，受設(shè)備和地層的限制，提高返速并不能完全解決井眼清潔問(wèn)題。
[0005]2、改善鉆井液流變性能
該方法通過(guò)降低泥漿的流性指數(shù)，提高動(dòng)塑比，改善鉆井液攜巖性能，增強(qiáng)其懸浮攜帶能力。該方法的缺點(diǎn)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(shí)較高的動(dòng)塑比也會(huì)給泵等地表設(shè)備帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)，增大功耗。該方法單獨(dú)應(yīng)用往往起到的效果有限，須配合其它方法。
[0006]3、短起下鉆具
在現(xiàn)有條件下，除采用提高泥漿返速及改善泥漿性能來(lái)提高其攜巖能力外，實(shí)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、清除巖肩床。因此，對(duì)于巖肩床沉積不嚴(yán)重井段，可采用短程起下鉆的辦法。對(duì)巖肩床易于形成的井型和井段，在短程起下鉆過(guò)程中，造斜點(diǎn)以下鉆具沿下井壁運(yùn)動(dòng)，可破壞巖肩床。對(duì)巖肩床比較嚴(yán)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肩床。采用短起下清除法雖能起到清肩效果，卻要在起下鉆上花費(fèi)很多時(shí)間，嚴(yán)重影響了鉆井的效率。
[0007]4、提尚鉆桿轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)過(guò)程中提高鉆桿轉(zhuǎn)速可以提高鉆桿表面附近的鉆井液周向速度，使巖肩更好的懸浮至井眼高邊，一定程度上提高巖肩的清潔效率。但在打巖肩清潔困難的造斜段(井斜角0-90° )時(shí)，國(guó)內(nèi)外普遍采用井下動(dòng)力鉆具(螺桿鉆具和渦輪鉆具)滑動(dòng)鉆進(jìn)造斜，為保持井眼方位角不變，鉆桿和包括井下動(dòng)力鉆具的殼體不旋轉(zhuǎn)，此時(shí)只有鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖。但由于鉆桿整體不旋轉(zhuǎn)，不能采用提高鉆桿速度的方法清除巖肩床。
[0008]5、使用鉆桿傳遞扭矩的井眼清潔工具
抑制大斜度井段和水平井段巖肩床形成的另一種方法是使用帶有葉片的巖肩清潔工具，該工具與鉆桿通過(guò)絲扣連接，鉆桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將扭矩傳遞給井眼清潔工具，巖肩清潔工具隨鉆桿旋轉(zhuǎn)而抑制巖肩床，但缺點(diǎn)是工具旋轉(zhuǎn)動(dòng)力來(lái)自于鉆桿，當(dāng)打造斜段應(yīng)用井下動(dòng)力鉆具(渦輪鉆具，螺桿鉆具)進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆桿不旋轉(zhuǎn)，該類(lèi)型工具也無(wú)法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，基本沒(méi)有抑制巖肩床形成的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一體式葉片液力-磁傳動(dòng)井眼清潔工具，這種一體式葉片液力-磁傳動(dòng)井眼清潔工具用于解決目前大斜度井、水平井、大位移井等井型滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)井眼巖肩清潔效果不好，不能有效地抑制巖肩床形成的問(wèn)題。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:這種一體式葉片液力-磁傳動(dòng)井眼清潔工具由流筒殼體、旋轉(zhuǎn)磁芯、上保徑體、旋轉(zhuǎn)葉片構(gòu)成，流筒殼體入口端有內(nèi)螺紋，出口端有外螺紋，流筒殼體外壁靠近外螺紋處設(shè)置有下保徑體，流筒殼體外壁還設(shè)置有限位環(huán)，上保徑體安裝在限位環(huán)一側(cè)；
旋轉(zhuǎn)磁芯由轉(zhuǎn)筒與轉(zhuǎn)軸一體形成，轉(zhuǎn)筒與轉(zhuǎn)軸的過(guò)渡連接段有鉆井液孔，轉(zhuǎn)軸外固定液力轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)筒的外壁均布有永磁鐵，每根永磁鐵沿筒體軸向設(shè)置，永磁鐵磁極方向沿徑向設(shè)置，相鄰兩根永磁鐵磁極方向反向；旋轉(zhuǎn)磁芯安裝在流筒殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)筒與流筒殼體出口相通，旋轉(zhuǎn)葉片套裝在流筒殼體外，旋轉(zhuǎn)葉片位于上保徑體與下保徑體之間，旋轉(zhuǎn)葉片與轉(zhuǎn)筒對(duì)應(yīng)設(shè)置；
流筒殼體外壁有軸承滾道，與旋轉(zhuǎn)葉片的軸承滾道相對(duì)應(yīng)安裝后，軸承滾道內(nèi)安裝滾動(dòng)體，流筒殼體、旋轉(zhuǎn)葉片、滾動(dòng)體共同形成滾動(dòng)軸承，使流筒殼體、旋轉(zhuǎn)葉片和滾動(dòng)體成為一體；流筒殼體外壁還有密封槽，密封槽位于流筒殼體上的軸承滾道外側(cè)；
旋轉(zhuǎn)葉片為具有葉片的筒狀體，旋轉(zhuǎn)葉片為一體的，筒體內(nèi)壁均布有永磁鐵，每根永磁鐵沿筒體軸向設(shè)置，永磁鐵磁極方向沿徑向設(shè)置，相鄰兩根永磁鐵磁極方向反向；旋轉(zhuǎn)葉片外壁還設(shè)置儲(chǔ)油密封補(bǔ)償系統(tǒng)；
上保徑體和下保徑體均為外部帶有保徑葉片的環(huán)狀體，上保徑體的保徑葉片外徑與下保徑體的保徑葉片外徑相同，且二者的保徑葉片略大于旋轉(zhuǎn)葉片的外徑；
液力轉(zhuǎn)換裝置為雙層筒狀體，兩層筒之間設(shè)置有軸向的壓差葉片，將兩層筒之間的環(huán)形空間分隔出若干通道。
[0011]上述方案中旋轉(zhuǎn)磁芯和旋轉(zhuǎn)葉片中永磁鐵鑲嵌數(shù)量均為2?20個(gè)，旋轉(zhuǎn)磁芯和旋轉(zhuǎn)葉片在滿足強(qiáng)度的情況下永磁鐵鑲嵌數(shù)量?jī)?yōu)先取上限，這樣每相鄰兩永磁鐵形成的周期性變化磁場(chǎng)沿周向分布較密集，與液力旋轉(zhuǎn)磁芯的永磁鐵作用產(chǎn)生推拉力時(shí)，力的大小變化相對(duì)較小，旋轉(zhuǎn)時(shí)受力更加均勻。
[0012]上述方案中旋轉(zhuǎn)磁芯的轉(zhuǎn)筒外壁具有軸向的鑲嵌槽，鑲嵌槽均布在轉(zhuǎn)筒外壁上，永磁鐵鑲嵌在鑲嵌槽；旋轉(zhuǎn)葉片的筒體內(nèi)壁具有軸向的鑲嵌槽，鑲嵌槽均勻布置，永磁鐵鑲嵌在鑲嵌槽。
[0013]上述方案中液力轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)筒有鍵，旋轉(zhuǎn)磁芯的轉(zhuǎn)軸有鍵槽，液力轉(zhuǎn)換裝置通過(guò)鍵固定在轉(zhuǎn)軸上。
[0014]上述方案中流筒殼體由坯料整體機(jī)械加工，沒(méi)有任何通孔，可以保證高壓鉆井液在內(nèi)部流動(dòng)時(shí)不刺漏殼體，造成工具斷裂。
[0015]上述方案中流筒外殼與上保徑體通過(guò)鍵連接，限位環(huán)內(nèi)安裝常用的機(jī)械式卡環(huán)，用于鎖定鍵和上保徑體，當(dāng)鍵和上保徑體在流筒殼體上安裝到位后，限位環(huán)內(nèi)的卡環(huán)使鍵和上保徑體在流筒殼體上保持鎖定狀態(tài)，不能沿流筒殼體軸向移動(dòng)。
[0016]上述方案中旋轉(zhuǎn)葉片上的葉片沿軸向加工為螺旋形或V形或月牙形。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明通過(guò)液力-磁耦合傳動(dòng)，不受鉆桿是否旋轉(zhuǎn)限制，可在使用井下動(dòng)力鉆具滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)使用，在鉆井液循環(huán)的情況下，旋轉(zhuǎn)磁芯將鉆井液的壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為自身旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能，通過(guò)永磁鐵透過(guò)流筒殼體傳遞磁力和扭矩，帶動(dòng)流筒殼體外側(cè)旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)液力-磁耦合傳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)葉片在液力-磁耦合傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)的情況下，可以大幅度提高井眼環(huán)空鉆井液的周向速度，抑制巖肩床的形成，提高井眼清潔效率。
[0018]2、本發(fā)明中當(dāng)滾動(dòng)體下入后，流筒殼體、旋轉(zhuǎn)葉片和滾動(dòng)體形成滾動(dòng)軸承，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)葉片相對(duì)流筒殼體的低阻力旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也使流筒殼體、旋轉(zhuǎn)葉片和滾動(dòng)體成為一體。滾動(dòng)體除起到軸承功能外，也起到對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片的止推功能，使其不能沿流筒殼體軸向移動(dòng)，防止旋轉(zhuǎn)葉片落井。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的右視圖；
圖3是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)磁芯軸測(cè)圖；
圖4是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)磁芯與旋轉(zhuǎn)葉片磁極布置示意圖；
圖5是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)磁芯旋轉(zhuǎn)后旋轉(zhuǎn)葉片內(nèi)永磁鐵受力方向示意圖；
圖6是本發(fā)明中流筒殼體軸測(cè)圖；
圖7是本發(fā)明中流筒殼體左視圖；
圖8是圖7中流筒殼體A-A剖視圖；
圖9是本發(fā)明中上保徑體軸測(cè)圖；
圖10是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)葉片軸測(cè)圖。
[0020]圖中流筒殼體，2旋轉(zhuǎn)磁芯，3上保徑體，4旋轉(zhuǎn)葉片，5入口端，6出口端，7下保徑體，8限位環(huán)，9轉(zhuǎn)筒，10轉(zhuǎn)軸，11液力轉(zhuǎn)換裝置，12鑲嵌槽，13永磁鐵，14保徑葉片，15壓差葉片，16鉆井液孔，17鍵槽，20軸承滾道，21密封槽，22儲(chǔ)油密封補(bǔ)償系統(tǒng)，23滾動(dòng)體下入通孔。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明: 結(jié)合圖1、圖2所示，這種一體式葉片液力-磁傳動(dòng)井眼清潔工具由流筒殼體1、旋轉(zhuǎn)磁芯2、上保徑體3、旋轉(zhuǎn)葉片4構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)磁芯2安裝在流筒殼體I內(nèi)，轉(zhuǎn)筒9與流筒殼體I出口相通，旋轉(zhuǎn)葉片4套裝在流筒殼體I外，旋轉(zhuǎn)葉片4位于上保徑體3與下保徑體7之間，旋轉(zhuǎn)葉片4與轉(zhuǎn)筒9對(duì)應(yīng)設(shè)置。
[0022]結(jié)合圖6、圖7、圖8所示，流筒殼體入口端5有內(nèi)螺紋(母接頭)，出口端6有外螺紋(公接頭)，流筒殼體I外壁靠近外螺紋處設(shè)置有下保徑體7，流筒殼體I外壁還設(shè)置有限位環(huán)8，上保徑體3安裝在限位環(huán)8 一側(cè)。流筒殼體I由坯料整體機(jī)械加工，沒(méi)有任何通孔，可以保證高壓鉆井液在內(nèi)部流動(dòng)時(shí)不刺漏殼體，造成工具斷裂。流筒外殼I與上保徑體3通過(guò)鍵連接，限位環(huán)8內(nèi)安裝常用的機(jī)械式卡環(huán)，用于鎖定鍵和上保徑體3，當(dāng)鍵和上保徑體3在流筒殼體I上安