專利名稱：鉆柱式巖屑床清除工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆柱式清除巖屑床的工具，屬于石油、地質(zhì)鉆井用巖屑床清除工具。
技術(shù)背景目前，在石油地質(zhì)鉆探領(lǐng)域，定向井、大斜度井和水平井的鉆探越來越多，而在定向井、大斜度井和水平井的鉆探中，鉆具易于貼近井壁下側(cè)，巖屑顆粒在重力作用下，容易沉積在下井壁處形成巖屑床，當(dāng)巖屑沉積到一定程度，會使鉆住扭矩突然增加，甚至使床體滑坡形成堆積，嚴(yán)重時會造成卡鉆等井下事故。
定向井、大斜度井和水平井易于形成巖屑床的原因主要有以下幾點(diǎn)鉆柱軸線偏離井眼軸線，其偏離程度雖井斜角的增大而增大，最終與井眼低邊接觸，沿井眼低邊移動或滾動，為巖屑床的形成及發(fā)生壓差卡鉆提供了物理模型；鉆井液流動軸線速度分量小，鉆柱軸線嚴(yán)重偏離井眼軸線而靠近或接觸井眼低邊，使井眼低邊的近90度夾角的環(huán)空鉆井液流動軸線速度分量幾近于零，切向分量自井眼高邊向井眼低邊遞減直至接近零(鉆具轉(zhuǎn)動時)或?yàn)榱?鉆具滑動時)，則促成這近90度夾角的環(huán)空中的巖屑既不能被鉆井液攜帶返向井口，又被碾壓成更細(xì)顆粒壓實(shí)巖屑床、加劇鉆井液的粘切效應(yīng)，影響鉆速；因巖屑密度大于鉆井液密度，巖屑趨向于沉積于井眼低邊形成巖屑床，井眼低邊近90度夾角的環(huán)空中巖屑床引起鉆具扭矩增加、上下磨阻增加、鉆壓不能全部傳遞給鉆頭而影響鉆進(jìn)。
定向井、大斜度井和水平井中巖屑床的存在會使下井的測試工具、測井儀器受阻，作業(yè)成功率下降甚至難以進(jìn)行，會使下套管、固井作業(yè)困難，水泥封固質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容
解決上述問題的關(guān)鍵，在于防止、減緩和破壞巖屑床的形成，現(xiàn)階段在國內(nèi)對于定向井巖屑床的清除主要集中于以下兩點(diǎn)1.避免形成段長且厚的巖屑床。①井眼軌跡控制中使井斜角在30-60度井斜角的斜井段盡量短，鉆鋌超過30-60度井斜角的斜井段后滑動鉆進(jìn)井段盡量短；②在機(jī)泵、井下條件允許的情況下，綜合考慮調(diào)整鉆井液環(huán)空返速、鉆井液性能，使30-60度井斜角的斜井段環(huán)空鉆井液處于紊流狀態(tài)，且又不降低鉆井液的懸屑、攜屑能力；③使用復(fù)合金屬離子聚合物潤滑防塌鉆井液體系，有效控制鉆井液動塑比；④控制機(jī)械鉆速和適當(dāng)循環(huán)、劃眼，降低環(huán)空鉆井液中的巖屑濃度。
2.主動清除巖屑床，定期或適時進(jìn)行短起下鉆配以劃眼和適當(dāng)增大泵量循環(huán)。
盡管采取了這一系列應(yīng)該認(rèn)為是較有效的技術(shù)措施，但也沒能完全避免鉆具旋轉(zhuǎn)扭矩增加、上下運(yùn)動摩阻增大、鉆壓不能全部傳遞給鉆頭影響鉆進(jìn)速度、泵壓升高(非泵量增加、鉆井液性能變化、井壁失穩(wěn)等原因)等復(fù)雜情況和卡鉆事故的發(fā)生。并且使用大排量提高環(huán)空返速受到泥漿泵功率的限制，還會造成過度沖刷井壁，不利于噴射鉆井，改善鉆井液性能很難從根本上取得功效；運(yùn)用常見的短起下鉆的輔助方法，既反過來影響了鉆進(jìn)速度，浪費(fèi)了時間，又增加了鉆井成本。本實(shí)用新型可以在正常鉆進(jìn)時專門及時主動清除巖屑床，防患于未然，同時又不影響鉆進(jìn)，既改善了井身質(zhì)量，又提高了鉆井平均機(jī)械鉆速，節(jié)約了生產(chǎn)成本。本實(shí)用新型的目的就是提供一種可以有效清除巖屑床的鉆柱式巖屑床清除工具。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，鉆柱式巖屑床清除工具包括一個具有貫通孔的工具本體[1]，其上下端加工有絲扣，其特征是工具本體[1]中部外圓加工有V形扶正棱[3]，V形扶正棱[3]可有3條、4條、5條、6條，V形扶正棱[3]之間加工有V形流道[5]，扶正棱上下兩端尾部與本體之間光滑連接并形成弧形凹槽[2]和[4]，扶正棱表面有硬質(zhì)合金。鉆柱式巖屑床清除工具連接到鉆柱上，鉆進(jìn)(或下劃)時，下凹槽[4]松動巖屑床，經(jīng)V形扶正棱[3]攪拌，使巖屑由低邊進(jìn)入具有較高流速的環(huán)空高邊，重新進(jìn)入鉆井液，同時由扶正棱[3]組成的V形流道[4]使流體發(fā)生彎曲，產(chǎn)生螺旋流，提高鉆井液攜帶巖屑的能力；當(dāng)起鉆時，上凹槽[2]松動巖屑床，進(jìn)而被扶正棱[3]破壞，使巖屑重新進(jìn)入環(huán)空循環(huán)。從而達(dá)到提高破壞巖屑床、清除巖屑床能力，進(jìn)而提高井身質(zhì)量及鉆井的機(jī)械鉆速，降低鉆井成本。
本實(shí)用新型利用螺旋流有助于攜帶巖屑的特性，通過V形扶正棱和弧形凹槽設(shè)計，使巖屑床松動，破壞巖屑床，進(jìn)而利用螺旋流提高鉆井液清洗巖屑的能力，徹底破壞巖屑床。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、使用操作方便、安全可靠、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，對于改善定向井、大斜度井、大位移井和水平井井身質(zhì)量，提高鉆井機(jī)械鉆速具有非常重要的實(shí)際意義。


圖1，鉆柱式巖屑床清除工具示意圖圖2，鉆柱式巖屑床清除工具剖面圖[1]工具本體[2]上弧形凹槽[3]V形扶正棱[4]下弧形凹槽[5]V形流道具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
鉆柱式巖屑床清除工具上下連接鉆桿，根據(jù)井身軌跡及鉆井液性能的不同，工具下井前要計算工具的安放位置及安放數(shù)量，要求工具在井底的位置居于易于形成巖屑床的井段。
當(dāng)鉆進(jìn)(或下劃)時，工具的下凹槽[4]松動巖屑床，經(jīng)V形扶正棱[3]攪拌，使巖屑由低邊進(jìn)入具有較高流速的環(huán)空高邊，重新進(jìn)入鉆井液循環(huán)；同時由扶正棱[3]組成的V形流道[4]使流體發(fā)生彎曲，產(chǎn)生螺旋流，使鉆井液處于紊流狀態(tài)，提高鉆井液攜帶巖屑的能力。當(dāng)起鉆時，上凹槽[2]松動巖屑床，巖屑床進(jìn)而被扶正棱[3]破壞，使巖屑重新進(jìn)入環(huán)空鉆井液循環(huán)。通過以上機(jī)理，達(dá)到提高破壞巖屑床、清除巖屑床的能力，進(jìn)而提高井身質(zhì)量及鉆井的機(jī)械鉆速，降低鉆井生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求1.一種用于石油、地質(zhì)鉆井中井下清除巖屑床的鉆柱式巖屑床清除工具，包括一個具有貫通孔的工具本體[1]，其上下端加工有絲扣，其特征是工具本體[1]中部外圓加工有3條、4條、5條、6條V形扶正棱[3]，V形扶正棱[3]之間加工有V形流道[5]，扶正棱上下兩端尾部與本體之間光滑連接并加工成弧形凹槽[2]和[4]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆柱式巖屑床清除工具，其特征是扶正棱表面加工有硬質(zhì)合金。
專利摘要鉆柱式巖屑床清除工具主要用于清除定向井、大斜度井和水平井鉆井中形成的巖屑床。該工具包括一個具有貫通孔的工具本體[1]，其上下端加工有絲扣，特征是工具本體[1]中部外圓加工有V形扶正棱[3]，V形扶正棱[3]之間加工有V形流道[5]，扶正棱上下兩端與本體之間光滑連接并加工成凹槽[2]和[4]，扶正棱表面加工有硬質(zhì)合金。鉆柱式巖屑床清除工具連接到鉆柱上，鉆進(jìn)時，下凹槽[4]松動巖屑床，經(jīng)V形扶正棱[3]攪拌，使巖屑由低邊進(jìn)入具有較高流速的環(huán)空高邊，重新進(jìn)入鉆井液，同時V形流道[4]使流體發(fā)生彎曲，產(chǎn)生螺旋流，提高鉆井液攜帶巖屑的能力。通過以上機(jī)理，提高破壞巖屑床、清洗巖屑的能力，進(jìn)而提高井身質(zhì)量及機(jī)械鉆速，降低鉆井成本。
文檔編號E21B21/00GK2685542SQ200420038779
公開日2005年3月16日 申請日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者王智鋒, 李作會, 馬清明, 王敏生, 許俊良 申請人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院