近钻头局部降压短接 |
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| 申请号 | CN201410693894.7 | 申请日 | 2014-11-26 | 公开(公告)号 | CN104481433A | 公开(公告)日 | 2015-04-01 |
| 申请人 | 中国石油天然气股份有限公司; | 发明人 | 李士斌; 张立刚; 王昶浩; 官兵; 韩汝峰; 刘光贞; 司小东; 王海波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 为一种近 钻头 局部降压短接，自上向下依次包括有上接头、螺旋升流发生器和下接头；上接头的内部固定连接有第一 扭矩 传递 块 ，下接头的内部固定连接有第二扭矩传递块；螺旋升流发生器包括有传动 心轴 、旋转外套和螺旋 叶片 ，传动心轴上端穿设并固定于第一扭矩传递块上的第一扭矩传递通孔中，下端穿设并固定于第二扭矩传递块上的第二扭矩传递通孔中；传动心轴中部设有螺旋段，螺旋段外部套设旋转外套，旋转外套内部设有螺旋孔；旋转外套外壁上设置螺旋叶片。该近钻头局部降压短接有效降低井底压差，减少压持效应发生，降低 岩石 破碎 强度，提高钻井速度，并且本发明的近钻头局部降压短接结构简单、使用方便、安全可靠。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种近钻头局部降压短接；其特征在于：所述近钻头局部降压短接自上向下依次包括有上接头、螺旋升流发生器和下接头；上端开口的所述上接头的内部固定连接有第一扭矩传递块，所述第一扭矩传递块上设有第一扭矩传递通孔，所述上接头底部设有第一堵板，所述第一堵板上设有第一连接通孔；下端开口的所述下接头的内部固定连接有第二扭矩传递块，所述第二扭矩传递块上设有第二扭矩传递通孔，所述下接头顶部设有第二堵板，所述第二堵板上设有第二连接通孔； |
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| 说明书全文 | 近钻头局部降压短接技术领域背景技术[0002] 为防止井喷，传统钻井为过平衡钻井，即钻井液压力大于地层流体压力,小于地层破裂压力。为了保证井壁稳定和避免复杂事故，传统的钻井液密度要高于坍塌压力和孔隙压力，小于破裂压力，保证井眼不坍塌、不井喷、不漏失。随着井深的增大，钻井速度逐渐下降，其主要原因有两点：一、在井底液柱压力和地层孔隙流体压力差的作用下，钻头破碎岩石生成的岩屑被压在原位，被钻头重复切削，阻碍岩石新的破碎面暴露，使钻头破岩钻进效率下降，即“压持效应”。二、井底岩石受上覆盖岩层压力和井底液柱法向应力作用，随着井深增大，井底液柱法向应力增大，相当于提高了岩石的“塑性”，使得破碎强度增大。故此，减小井底液柱压力，直接关系到减少“压持效应”、降低岩石破碎强度，提高钻井速度。针对此结论现有技术中采用了欠平衡钻井(又叫负压钻井，是指在钻井时井底压力小于地层压力，地底的流体有控制地进入井筒并且循环到地面上的钻井技术)，大幅度提高了机械钻速，减小了地层伤害，但该技术只适用于部分地层，且该技术对设备能力要求高、投资大，易出现井塌、井眼扩大等风险，大规模应用的条件尚不成熟。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种近钻头局部降压短接，该近钻头局部降压短接有效降低井底压差，减少压持效应发生，降低岩石破碎强度，提高钻井速度，并且本发明的近钻头局部降压短接结构简单、使用方便、安全可靠。 [0005] 本发明的目的是这样实现的，一种近钻头局部降压短接，自上向下依次包括有上接头、螺旋升流发生器和下接头；上端开口的所述上接头的内部固定连接有第一扭矩传递块，所述第一扭矩传递块上设有第一扭矩传递通孔，所述上接头底部设有第一堵板，所述第一堵板上设有第一连接通孔；下端开口的所述下接头的内部固定连接有第二扭矩传递块，所述第二扭矩传递块上设有第二扭矩传递通孔，所述下接头顶部设有第二堵板，所述第二堵板上设有第二连接通孔； [0006] 所述螺旋升流发生器包括有传动心轴、旋转外套和螺旋叶片，所述传动心轴上端穿设并固定于所述第一扭矩传递通孔中，所述传动心轴下端穿设并固定于所述第二扭矩传递通孔中，所述传动心轴中部设有螺旋段，所述螺旋段外部套设所述旋转外套，所述旋转外套内部设有能与螺旋段配合形成封闭腔室的螺旋孔；所述旋转外套对应于螺旋孔的外壁上设置所述螺旋叶片，所述旋转外套顶部固定连接有第一连接轴套，所述第一连接轴套通过所述第一连接通孔穿设并轴向固定于所述上接头内部，所述旋转外套底部固定连接有第二连接轴套，所述第二连接轴套通过所述第二连接通孔穿设并轴向固定于所述下接头内部。 [0007] 在本发明的一较佳实施方式中，所述第一扭矩传递通孔边缘上设置有第一流体通过孔；所述第二扭矩传递通孔的边缘上设置有第二流体通过孔。 [0008] 在本发明的一较佳实施方式中，所述上接头侧壁上设有第一定位通孔，所述第一扭矩传递块侧壁上设有第一扭矩传递块定位孔，所述第一定位通孔与第一扭矩传递块定位孔中穿设有第一定位销钉；所述下接头侧壁上设有第二定位通孔，所述第二扭矩传递块侧壁上设有第二扭矩传递块定位孔，所述第二定位通孔与第二扭矩传递块定位孔中穿设有第二定位销钉。 [0009] 在本发明的一较佳实施方式中，所述第一定位通孔、第一扭矩传递块定位孔、第一定位销钉的数量为1个或者多个；所述第二定位通孔、第二扭矩传递块定位孔、第二定位销钉的数量为1个或者多个。 [0010] 在本发明的一较佳实施方式中，所述第一扭矩传递通孔和所述传动心轴上端截面是能实现周向定位的三角形或者其他多边形，所述第一扭矩传递块底部端面与所述传动心轴上设置的第一轴肩端面相互抵靠； [0011] 所述第二扭矩传递通孔和所述传动心轴下端截面为能进行周向定位的三角形或者其他多边形，所述第二扭矩传递块顶部端面与所述传动心轴上设置的第二轴肩端面相互抵靠。 [0012] 在本发明的一较佳实施方式中，所述第一连接轴套与所述第一连接通孔之间设有第一轴向定位轴承，所述第一轴向定位轴承底部端面与所述旋转外套顶部端面相互抵靠；所述第一连接轴套与所述上接头内壁之间设有第一止推轴承，所述第一止推轴承底部端面分别与所述第一堵板上表面、所述第一轴向定位轴承顶部端面相互抵靠，所述第一止推轴承顶部端面与套设于所述第一连接轴套顶部自由端的第一轴向定位螺母的底部端面相互抵靠； [0013] 所述第二连接轴套与所述第二连接通孔之间设有第二轴向定位轴承，所述第二轴向定位轴承顶部端面与所述旋转外套底部端面相互抵靠；所述第二连接轴套与所述下接头内壁之间设有第二止推轴承，所述第二止推轴承顶部端面分别与所述第二堵板下表面、所述第二轴向定位轴承底部端面相互抵靠，所述第二止推轴承底部端面与套设于所述第二连接轴套底部自由端的第二轴向定位螺母的顶部端面相互抵靠。 [0014] 在本发明的一较佳实施方式中，所述螺旋叶片的数量为多个。 [0015] 由上所述，本发明的近钻头局部降压短接基于影响深部地层钻井速度的机理分析，通过螺旋叶片高速旋转产生的螺旋升力来降低井底液柱局部压力，有效降低井底压差，减少压持效应的发生，降低岩石破碎强度，提高了钻井速度；本发明的近钻头局部降压短接结构简单，能够方便的与钻具实现连接并且不影响钻具结构，投资成本低，使用过程安全可靠，有效降低井控风险的发生。附图说明 [0016] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中： [0017] 图1：为本发明的近钻头局部降压短接结构示意图。 [0018] 图2：为图1中A-A剖视图。 [0019] 图3：为图1中B-B剖视图。 具体实施方式[0020] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。 [0021] 如图1所示，本发明的近钻头局部降压短接100自上向下依次包括有上接头1、螺旋升流发生器2和下接头3；所述上接头1上端开口，在本实施方式中，所述上接头1上端内壁设置有第一连接螺纹13，上接头1通过第一连接螺纹13与钻铤(图中未示出)连接；所述上接头1的内部固定连接有第一扭矩传递块4，所述第一扭矩传递块4上设有第一扭矩传递通孔41；所述上接头1底部设有第一堵板11，所述第一堵板11上设有第一连接通孔 111；所述下接头3下端开口，在本实施方式中，所述下接头3下端内壁设置有第二连接螺纹 33，下接头3通过第二连接螺纹33与钻头(图中未示出)连接；所述下接头3的内部固定连接有第二扭矩传递块5，所述第二扭矩传递块5上设有第二扭矩传递通孔51；所述下接头 3顶部设有第二堵板31，所述第二堵板31上设有第二连接通孔311。 [0022] 所述螺旋升流发生器2包括有传动心轴21、旋转外套22和螺旋叶片23，所述传动心轴上端211穿设并固定于所述第一扭矩传递通孔41中，所述传动心轴下端212穿设并固定于所述第二扭矩传递通孔51中，所述传动心轴21中部设有螺旋段213，所述螺旋段213外部套设所述旋转外套22，所述旋转外套22内部设有能与螺旋段213配合形成封闭腔室222的螺旋孔221，旋转外套22对应于螺旋孔221的外壁上设置所述螺旋叶片23，螺旋叶片23数量为多个，具体数量根据实际使用情况确定，在本实施方式中，螺旋叶片23数量为 6片。 [0023] 如图1所示，所述旋转外套22顶部固定连接有第一连接轴套223，第一连接轴套223通过第一连接通孔111穿设并轴向固定于上接头1内部，所述旋转外套22底部固定连接有第二连接轴套224，第二连接轴套224通过所述第二连接通孔311穿设并轴向固定于下接头3内部。 [0024] 由上所述，本发明的近钻头局部降压短接基于影响深部地层钻井速度的机理分析，通过螺旋叶片高速旋转产生的螺旋升力来降低井底液柱局部压力，有效降低井底压差，减少压持效应的发生，降低岩石破碎强度，提高了钻井速度；本发明的近钻头局部降压短接结构简单，能够方便的与钻具实现连接并且不影响钻具结构，投资成本低，使用过程安全可靠，有效降低井控风险的发生。 [0025] 进一步，如图2、3所示，为实现流体的注入，第一扭矩传递通孔41边缘上设置有第一流体通过孔411，第二扭矩传递通孔51的边缘上设置有第二流体通过孔511。 [0026] 如图1所示，在本实施方式中，上接头1侧壁上设有第一定位通孔12，第一扭矩传递块4侧壁上设有第一扭矩传递块定位孔42，第一定位通孔12与第一扭矩传递块定位孔42中穿设有第一定位销钉6，通过第一定位销钉6的连接实现第一扭矩传递块4在上接头 1内部的固定；第一定位通孔12、第一扭矩传递块定位孔42、第一定位销钉6的数量为1个或者多个，在本实施方式中，三者数量均为4个。 [0027] 下接头3侧壁上设有第一定位通孔32，第二扭矩传递块5侧壁上设有第二扭矩传递块定位孔52，第二定位通孔32与第二扭矩传递块定位孔52中穿设有第二定位销钉7，通过第二定位销钉7的连接实现第二扭矩传递块5在下接头3内部的固定；第二定位通孔32、第二扭矩传递块定位孔52、第二定位销钉7的数量为1个或者多个，在本实施方式中，三者数量均为4个。 [0028] 进一步，如图1、图2所示，第一扭矩传递通孔41和传动心轴上端211截面是能实现周向定位的三角形或者其他多边形，在本实施方式中，第一扭矩传递通孔41和传动心轴上端211的截面为正方形，能够实现传动心轴上端211的周向定位，避免传动心轴21相对第一扭矩传递块4转动，从而实现扭矩的传递；第一扭矩传递块底部端面与所述传动心轴21上设置的第一轴肩214端面相互抵靠，实现了传动心轴21相对第一扭矩传递块4的轴向定位，避免传动心轴21相对第一扭矩传递块4移动。 [0029] 如图1、图3所示，第二扭矩传递通孔51和传动心轴下端212截面是能实现周向定位的三角形或者其他多边形，在本实施方式中，第二扭矩传递通孔51和传动心轴下端212的截面为正方形，能够实现传动心轴上端211的周向定位，避免传动心轴21相对第二扭矩传递块5转动，从而实现扭矩的传递；第二扭矩传递块顶部端面与所述传动心轴21上设置的第二轴肩215端面相互抵靠，实现了传动心轴21相对第二扭矩传递块5的轴向定位，避免传动心轴21相对第二扭矩传递块5移动。 [0030] 进一步，如图1所示，在本实施方式中，所述第一连接轴套223与所述第一连接通孔111之间设有第一轴向定位轴承8，第一轴向定位轴承底部端面与所述旋转外套顶部端面225相互抵靠；第一连接轴套223与上接头1内壁之间设有第一止推轴承14，第一止推轴承底部端面分别与所述第一堵板上表面、第一轴向定位轴承顶部端面相互抵靠，第一止推轴承顶部端面与套设于第一连接轴套223顶部自由端的第一轴向定位螺母15的底部端面相互抵靠；上接头1与旋转外套22上端通过定位轴承、止推轴承及轴向定位螺母实现轴向定位。 [0031] 所述第二连接轴套224与所述第二连接通孔311之间设有第二轴向定位轴承9，第二轴向定位轴承顶部端面与所述旋转外套底部端面226相互抵靠；第二连接轴套224与下接头3内壁之间设有第二止推轴承34，第二止推轴承顶部端面341分别与所述第二堵板下表面312、第二轴向定位轴承底部端面相互抵靠，第二止推轴承底部端面342与套设于第二连接轴套224底部自由端的第二轴向定位螺母35的顶部端面相互抵靠；下接头3与旋转外套22下端通过定位轴承、止推轴承及轴向定位螺母实现轴向定位。 [0032] 在本实施方式中，近钻头局部降压短接100工作前，将顶部的上接头1与钻铤螺纹连接，底部的下接头3与钻头螺纹连接。开始工作时，钻铤通过第一扭矩传递块4、传动心轴21和第二扭矩传递块5将扭矩传递给底部钻头，同时部分钻井液通过第一流体通过孔411进入传动心轴21上的螺旋段213与旋转外套22上的螺旋孔221形成的封闭腔室222中，在流体推动作用下，封闭腔室222进行轴向移动的同时推动旋转外套22带动螺旋叶片23进行旋转，螺旋叶片23旋转中带动环空钻井液产生向上的螺旋升流；从封闭腔室222中流出的钻井液最后通过第二流体通过孔511流出近钻头局部降压短接100。在向上的螺旋升力的作用下，井底液柱压力有效降低。 [0033] 由上所述，本发明的近钻头局部降压短接基于影响深部地层钻井速度的机理分析，通过螺旋叶片高速旋转产生的螺旋升力来降低井底液柱局部压力，有效降低井底压差，减少压持效应的发生，降低岩石破碎强度，提高了钻井速度；本发明的近钻头局部降压短接结构简单，能够方便的与钻具实现连接并且不影响钻具结构，投资成本低，使用过程安全可靠，有效降低井控风险的发生。 |
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