一种侧钻分支井循环钻井液辅助加压器 |
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| 申请号 | CN201410618002.7 | 申请日 | 2014-11-06 | 公开(公告)号 | CN104314484A | 公开(公告)日 | 2015-01-28 |
| 申请人 | 中国石油大学(北京); | 发明人 | 高德利; 李鑫; 周英操; 王志月; 陈绪跃; 秦星; | ||||
| 摘要 | 本 发明 专利 涉及一种侧钻分支井循环 钻井液 辅助加压器。由于其可以在 钻柱 不旋转的情况下，将钻井液循环过程中所产生的 动能 转化为钻压，克服了使用井下动 力 钻具侧钻分支井的过程中由于摩阻力较大等因素造成的钻压难以有效施加到 钻头 的难题，提高了钻井效率，降低了侧钻分支井的难度，也减小了钻柱产生屈曲的可能性，可以保证钻井过程的安全、高效、顺利进行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种侧钻分支井循环钻井液辅助加压器，其特征在于；该加压器主要包括旋转轮抓壁爪、旋转轮本体、旋转轮钻井液出入口、双碗状水斗叶片、导流管。 |
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| 说明书全文 | 一种侧钻分支井循环钻井液辅助加压器技术领域背景技术[0002] 在目前侧钻分支井的过程中，普遍采用井下动力钻具进行钻井作业，该方法是将转动钻头的动力由地面移到井下，直接加在钻头之上，动力是由电源和地面高压泥浆泵提供的；钻井时，钻柱不旋转，钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压，形成洗井通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩。但在某些条件下，这种方法存在着摩阻力较大，钻压无法有效施加到钻头的现象。现阶段采用的方法主要是加装倒装钻具的方法给钻头施加钻压，即将一部分钻铤置于上部的直井段或小斜度井段，利用钻柱的重力推动钻头钻进。但随着井斜角增大，一方面钻柱的重力方向与钻进方向逐渐趋于垂直，另一方面钻柱与井壁之间的摩擦阻力大幅度增加，使得钻压无法有效的施加到钻头上。同时，这种方式存在很大的弊端，即在上部管柱重力与下部摩擦阻力的共同作用下，使得中间的一部分管柱产生螺旋屈曲，这不仅对井眼轨迹控制造成了困难，而且容易造成井下事故，影响钻进效率。 [0004] 因此，有必要开发一种侧钻分支井循环钻井液辅助加压器。通过该加压器，可以依靠钻井液循环所产生的动能转化为亟需的钻压，这样可以提高钻井效率，降低水平井侧钻的难度，并减小钻柱产生屈曲的可能性，可以保证钻井过程的安全、高效、顺利进行。 发明内容[0006] 为了实现上述目的，本发明专利采用的技术方案如下： [0007] 侧钻分支井循环钻井液辅助加压器，包括：定位锁紧环1、加压器本体2、旋转轮抓壁爪3、旋转轮本体4、旋转轮钻井液出入口5、双碗状水斗叶片6、旋转轮转轴7、导流管8、导流管固定装置9、锁紧螺栓10。加压器作为一个整体可以与钻柱11配合实现侧钻分支井施加钻压功能。 [0008] 定位锁紧环1，可以与锁紧螺栓10相配合将加压器本体2固定在某一段钻柱11上，将它们组成一个整体，以便于后续加压功能的实施。 [0009] 加压器本体2，是该加压器的主体部件，包含旋转轮抓壁爪3、旋转轮本体4、旋转轮钻井液出入口5、双碗状水斗叶片6、旋转轮转轴7、导流管8、导流管固定装置9；旋转轮本体4，通过旋转轮转轴7安装在加压器本体2的弧形卡槽内。 [0010] 旋转轮抓壁爪3，可以在旋转轮本体4的带动下，起到如下所述的三个作用：第一，刮擦井壁(裸眼侧钻)或是套管壁(套管开窗侧钻)，产生沿壁面向下的轴向力，以起到施加钻压的作用；具体来说，当加压器本体2与钻柱11安装完毕后，该抓壁爪的方向是朝向钻柱母扣方向弯曲，这样从加压器本体2外部来看，在钻井液的冲击下，旋转轮本体4是朝钻柱母扣方向旋转，旋转轮抓壁爪3的尖头部分首先与壁面接触摩擦，可起到刮擦井壁(裸眼侧钻)或是套管壁(套管开窗侧钻)以提供钻压的功能；而在该加压器随钻柱11下入井眼中时，旋转轮抓壁爪3的背部圆弧面首先与壁面接触，可以减小与壁面的刮擦作用，所以该加压器并不影响钻柱的下入；第二，可以将旋转轮本体4看成滚轮扶正器的轮子，在钻柱下入时，可以起到辅助扶正减阻的作用，降低钻柱发生屈曲的可能性；第三，在旋转轮本体4的外侧圆周上，旋转轮抓壁爪3与旋转轮钻井液出入口5交替布置，当经由导流管8流入的高速液流冲击旋转轮抓壁爪3时，也可起到加速旋转轮本体4转动的功能。 [0011] 旋转轮本体4，通过旋转轮转轴7安装在加压器本体2的弧形卡槽内。在钻井液的冲击下，从加压器本体2外部来看是沿钻柱母扣方向旋转的，可以通过旋转轮抓壁爪3的作用起到刮擦壁面以提供钻压的功能。同时，可以将旋转轮本体4看成滚轮扶正器的轮子，在钻柱下入时，可以起到辅助扶正减阻的作用。在设计上，第一，旋转轮本体4的两侧采用密封设计，只有旋转轮钻井液出入口5供钻井液出入，这样可以降低钻井液进入旋转轮本体4后的动能耗散；第二，该加压器的上部及下部各布置了四个旋转轮，一共两组共八个，并且两组旋转轮的分布位置相错40°～50°夹角，这样既可以保证在下部通过旋转轮而流速降低的钻井液在上部不会遇到较大阻力，顺利通过；也可以使下部未通过旋转轮的钻井液在上部通过旋转轮。这两种设计的共同作用可以充分利用钻井液的动能转化为钻压。 [0012] 旋转轮钻井液出入口5，可供钻井液在环空循环时通过导流管8进入旋转轮本体4，冲击双碗状水斗叶片6，从而带动整个旋转轮本体4的旋转。 [0013] 双碗状水斗叶片6，从加压器本体2外部来看，在钻井液的冲击作用下，双碗状水斗叶片6带动整个旋转轮本体4朝钻柱母扣方向旋转。 [0014] 旋转轮转轴7，提供双碗状水斗叶片6的旋转转轴。 [0016] 导流管固定装置9，用于支撑固定导流管8。 [0017] 锁紧螺栓10，用于与定位锁紧环1相配合将加压器本体2固定在钻柱上。 [0018] 相对于现有技术，本发明专利的有益效果如下： [0019] 1.该加压器可以在钻柱不旋转的井下作业中使用。 [0021] 图1为侧钻分支井循环钻井液辅助加压器的正视示意图； [0022] 图2为图1中A-A剖面示意图； [0023] 图3为图1中B-B剖面示意图； [0024] 图4为图1中C-C剖面的局部剖视示意图； [0025] 图5为该加压器装配钻柱11后在水平段使用的示意图。 具体实施方式[0026] 以下结合附图，说明本发明专利提出的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下： [0027] 如图1、图2、图3、图4所示，侧钻分支井循环钻井液辅助加压器，依次包括：定位锁紧环1、加压器本体2、旋转轮抓壁爪3、旋转轮本体4、旋转轮钻井液出入口5、双碗状水斗叶片6、旋转轮转轴7、导流管8、导流管固定装置9、锁紧螺栓10。 [0028] 如图5所示，首先在需要施加钻压的井段将该加压器本体2套装在钻柱11的合适位置上，上下用定位锁紧环1锁紧固定。在侧钻分支井的过程中，该段钻柱不旋转；在钻井液循环的过程中，具有极高动能的钻井液在环空中经由导流管8通过旋转轮钻井液出入口5冲击双碗状水斗叶片6，使得冲击双碗状水斗叶片6绕旋转轮转轴7进行旋转，并带动整个旋转轮本体4的所有部件进行旋转；并且由于旋转轮抓壁爪3一并进行旋转，其与井壁摩擦所产生的摩阻力可以为钻柱提供一定的轴向力，即钻压；两组共八个旋转轮本体4共同作用以提供侧钻所需的钻压。 [0029] 该加压器在图1所示的加压器本体2的上部及下部各布置了四个旋转轮，一共两组共八个，并且两组旋转轮的分布位置相错40°～50°夹角，这样既可以保证在下部通过旋转轮而流速降低的钻井液在上部不会遇到较大阻力，顺利通过；也可以使下部未通过旋转轮的钻井液在上部通过旋转轮，这样可以充分利用钻井液的动能转化为钻压。 |
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