渦輪驅(qū)動巖屑床清除裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油與天然氣鉆井過程中的巖肩清潔工具，具體涉及鉆水平井、大斜度井、大位移井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井時用于井眼清潔的渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在鉆水平井、大斜度井、大位移井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井時鉆頭不斷破碎巖石形成巖肩顆粒，巖肩顆粒在重力作用下，容易沉積在水平井、大斜度井、大位移井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井等的下井壁形成巖肩床，通過現(xiàn)場經(jīng)驗與大量室內(nèi)理論實驗均表明巖肩床易于在大斜度井段和水平井段(井斜角約為45~90° )之間形成。如果沉積在下井壁的巖肩床得不到較好的清除和控制，將會造成鉆井過程中的諸多嚴(yán)重問題。這些問題主要包括:高摩阻和扭矩、卡鉆、憋栗、粘附卡鉆、不能有效將鉆壓傳至鉆頭、不能解釋井的方向變化、鉆井液漏入產(chǎn)層而影響最終采收率、鉆進(jìn)緩慢甚至阻塞井眼造成井眼報廢。這就要求在復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井過程中保持較高的井眼清潔效率，在巖肩床易于形成的井段采用必要的方法，有效的清除巖肩床，保證鉆具與井眼安全。
[0003]近年來國內(nèi)外專家在井眼清潔方面進(jìn)行了一系列研究，并取得了大量成果，目前國內(nèi)外較為通用的井眼清潔技術(shù)有(I)提高鉆井液返速，(2)提高鉆井液攜巖性能，(3)短起下鉆具。雖然這些技術(shù)在一定程度上可以達(dá)到破壞巖肩床清除巖肩的目的，但是也存在諸多不足和需要改進(jìn)的方面。
[0004]提高鉆井液返速的方法雖然能較為有效的清除巖肩，但是高返速對設(shè)備要求極高，增加鉆井成本，并且在地層較為松軟的井段高返速容易造成井壁坍塌。
[0005]提高鉆井液攜巖性能，該方法主要是提高鉆井液動塑比，需要額外添加鉆井液外加劑，使得鉆井成本增加，而且較高的鉆井液動塑比容易壓漏地層，造成井漏。
[0006]短起下鉆具是較為有效的機械清除巖肩床的方法，但是在起下鉆具的過程中耗費較多的時間，影響鉆進(jìn)效率，間接增加鉆井成本。
[0007]結(jié)合以上總結(jié)的現(xiàn)有巖肩清潔方法的不足，設(shè)計出一種高效、安全、穩(wěn)定、低成本的巖肩清除裝置是十分必要的。
[0008]中國專利申請201210395798.5提供的是一種隨鉆動力巖肩床清除裝置，將鉆井液流動的能量通過螺桿轉(zhuǎn)化為機械能，并傳遞到鉆桿外壁的機械裝置，從而擾動成床巖肩，但是此種結(jié)構(gòu)需要對鉆桿進(jìn)行較大面積的切除，大大降低了鉆桿本身的機械強度，容易發(fā)生鉆桿斷裂等生產(chǎn)事故。另外對鉆桿大面積的切除也會對鉆井液密封造成很大困難，容易發(fā)生井下事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置，這種渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置用于解決目前對鉆水平井、大斜度井、大位移井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井巖肩清除成本高和易發(fā)生事故的問題。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:這種渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置包括渦輪組、傳動軸、主動錐形齒輪、聯(lián)動錐形齒輪組、密封軸承、紊流發(fā)生器，渦輪組安裝于鉆桿內(nèi)，渦輪定子固定于鉆桿內(nèi)壁上，渦輪轉(zhuǎn)子連接傳動軸，傳動軸下端連接主動錐形齒輪，主動錐形齒輪與聯(lián)動錐形齒輪組的內(nèi)部齒輪嚙合，聯(lián)動錐形齒輪組的外部齒輪與紊流發(fā)生器內(nèi)壁齒圈嚙合；聯(lián)動錐形齒輪組的內(nèi)部齒輪和外部齒輪通過聯(lián)動軸連接而成，內(nèi)部齒輪位于鉆桿內(nèi)，外部齒輪位于紊流發(fā)生器內(nèi)，聯(lián)動軸與鉆桿之間設(shè)置密封軸承；紊流發(fā)生器外壁設(shè)有直齒翼片與斜齒翼片組合而成的擾流翼片，紊流發(fā)生器與鉆桿通過密封軸承連接。
[0011]上述方案中紊流發(fā)生器為內(nèi)壁帶有齒圈的環(huán)形殼體。
[0012]上述方案中聯(lián)動錐齒輪組有兩組，兩個內(nèi)部齒輪對稱設(shè)置在主動錐齒輪兩側(cè)，這樣可大大提尚巖肩清潔效率，提尚穩(wěn)定性。
[0013]上述方案中紊流發(fā)生器外壁上、下兩端設(shè)置斜齒翼片，兩段斜齒翼片的傾斜方向大致相同，兩段斜齒翼片之間為直齒翼片。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明創(chuàng)造性的利用鉆井液流動沖擊渦輪產(chǎn)生動力來源，使得該裝置不受鉆桿旋轉(zhuǎn)影響，只與鉆井液循環(huán)有關(guān)，即使在停鉆階段也可進(jìn)行巖肩清除的工作，防止了巖肩床的形成，提高了巖肩清除效率，成本低，是突破目前井眼清潔技術(shù)瓶頸的一項重大的技術(shù)探索。同時可根據(jù)井下情況增加或減少渦輪級數(shù)，較為靈活方便。
[0015]2、本發(fā)明采用圓錐形齒輪用于兩軸相交的運動，實現(xiàn)軸變換傳動，盡可能放高速級，同時在鉆桿壁開口較小，從而最小程度的破壞鉆桿結(jié)構(gòu)，保證了鉆桿的機械強度，使得該裝置在井底復(fù)雜惡劣的工作情況下也能夠進(jìn)行安全生產(chǎn)，不易發(fā)生事故。
[0016]3、本發(fā)明的紊流發(fā)生器的外壁葉片采用直齒翼片與斜齒翼片相結(jié)合的翼片形式，直齒翼片可以使鉆井液產(chǎn)生井筒徑向上的力，斜齒翼片不僅可以產(chǎn)生徑向的圓周流場，而且可以增大軸向的鉆井液流速。從而實現(xiàn)鉆井液的紊流作用。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面示意示意圖；
圖2是本發(fā)明中紊流發(fā)生器平面示意圖。
[0018]圖中:1-鉆桿、2-鉆井液、3-渦輪組、4-傳動軸、5-內(nèi)部齒輪、6-紊流發(fā)生器密封軸承、7-聯(lián)動齒輪組密封軸承、8-聯(lián)動軸、9-外部齒輪、10-紊流發(fā)生器、11-主動錐形齒輪、12-齒圈、13-直齒翼片、14-斜齒翼片。
【具體實施方式】
[0019]下面對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
如圖1所示，這種渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置包括渦輪組3、傳動軸4、主動錐形齒輪11、聯(lián)動錐形齒輪組、紊流發(fā)生器10，渦輪組3、傳動軸4、主動錐形齒輪11、聯(lián)動錐齒輪組的內(nèi)部齒輪5都安裝在鉆桿I的內(nèi)部，聯(lián)動錐形齒輪組由內(nèi)部齒輪5和外部齒輪9通過聯(lián)動軸8連接而成，并通過聯(lián)動軸8固定于鉆桿I上，聯(lián)動軸8與鉆桿I之間設(shè)置密封軸承7，內(nèi)部齒輪5位于鉆桿I內(nèi)，外部齒輪9位于紊流發(fā)生器10內(nèi)。渦輪定子直接固定于鉆桿I的內(nèi)壁，禍輪轉(zhuǎn)子連接傳動軸4，傳動軸4下端連接主動錐形齒輪11，主動錐形齒輪11與聯(lián)動錐形齒輪組的內(nèi)部齒輪嚙合，聯(lián)動錐形齒輪組的外部齒輪9與紊流發(fā)生器10內(nèi)壁齒圈嚙合；渦輪組3的轉(zhuǎn)子通過鉆井液2的沖擊帶動固定在傳動軸4上的主動錐形齒輪11旋轉(zhuǎn)，主動錐形齒輪11與聯(lián)動錐齒輪組內(nèi)部齒輪5相互嚙合實現(xiàn)軸變換傳動，聯(lián)動錐齒輪組外部齒輪9與紊流發(fā)生器內(nèi)壁齒圈12相互嚙合實現(xiàn)傳動。
[0020]如圖2所示，紊流發(fā)生器10為內(nèi)壁帶有齒圈12的殼體，紊流發(fā)生器外壁設(shè)有直齒翼片13與斜齒翼片14組合而成的擾流翼片，紊流發(fā)生器外壁上、下兩端設(shè)置斜齒翼片14，兩段斜齒翼片14的傾斜方向大致相同，兩段斜齒翼片14之間為直齒翼片13，紊流發(fā)生器10與厚壁鉆桿I通過密封軸承6連接。
[0021]本實施方式中聯(lián)動錐齒輪組有兩組，兩個內(nèi)部齒輪5對稱設(shè)置在主動錐形齒輪11兩側(cè)，紊流發(fā)生器為環(huán)形殼體通過密封軸承固定在鉆桿上，這樣可大大提高巖肩清潔效率，提尚穩(wěn)定性。
[0022]本發(fā)明實現(xiàn)巖肩床清潔的具體方式為:
渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置安裝在鉆具組合中，當(dāng)高速鉆井液2通過鉆桿I流經(jīng)渦輪組3時，渦輪轉(zhuǎn)子帶動傳動軸4旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主動錐形齒輪11的旋轉(zhuǎn)，主動錐形齒輪11與聯(lián)動錐形齒輪相互嚙合，并且聯(lián)動錐形齒輪組外部齒輪9與紊流發(fā)生器內(nèi)壁齒圈12相互嚙合，從而達(dá)到通過聯(lián)動錐形齒輪組傳遞能量實現(xiàn)紊流發(fā)生器10的旋轉(zhuǎn)的目的。紊流發(fā)生器外壁葉片采用直齒翼片13與斜齒翼片14相結(jié)合的翼片形式，直齒翼片13可以使鉆井液2產(chǎn)生井筒徑向上的力，斜齒翼片14不僅可以產(chǎn)生徑向的圓周流場，而且可以增大軸向的鉆井液2流速，使得鉆井液2攜巖效率增大，有效的實現(xiàn)井眼清潔。
[0023]此裝置不受鉆桿I旋轉(zhuǎn)影響，只與鉆井液2循環(huán)有關(guān)，即使在停鉆循環(huán)階段也可進(jìn)行巖肩清除的工作，極大提高了巖肩清除效率。本發(fā)明采用錐齒輪主要原因是錐齒輪用于兩軸相交的運動，實現(xiàn)軸變換傳動，盡可能放高速級，從而實現(xiàn)最小程度破壞鉆桿結(jié)構(gòu)，保證了鉆桿I的機械強度，在井底復(fù)雜惡劣的工作情況下能夠進(jìn)行安全生產(chǎn)。
【主權(quán)項】
1.一種渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置，其特征在于:這種渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置包括渦輪組(3)、傳動軸(4)、主動錐形齒輪(11)、聯(lián)動錐形齒輪組、密封軸承、紊流發(fā)生器(6)，渦輪組(3)安裝于鉆桿(I)內(nèi)，渦輪定子固定于鉆桿(I)內(nèi)壁上，渦輪轉(zhuǎn)子連接傳動軸(4)，傳動軸(4)下端連接主動錐形齒輪(11)，主動錐形齒輪(11)與聯(lián)動錐形齒輪組的內(nèi)部齒輪(5)嚙合，聯(lián)動錐形齒輪組的外部齒輪(9)與紊流發(fā)生器內(nèi)壁齒圈(12)嚙合；聯(lián)動錐形齒輪組的內(nèi)部齒輪(5)和外部齒輪(9)通過聯(lián)動軸(8)連接而成，內(nèi)部齒輪(5)位于鉆桿(I)內(nèi)，外部齒輪(9)位于紊流發(fā)生器(6)內(nèi)，聯(lián)動軸(8)與鉆桿(I)之間設(shè)置密封軸承；紊流發(fā)生器外壁設(shè)有直齒翼片(13)與斜齒翼片(14)組合而成的擾流翼片，紊流發(fā)生器(6)與鉆桿(I)通過密封軸承連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置，其特征在于:所述的紊流發(fā)生器(6)為內(nèi)壁帶有齒圈(12)的環(huán)形殼體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置，其特征在于:所述的聯(lián)動錐齒輪組有兩組，兩個內(nèi)部齒輪(5 )對稱設(shè)置在主動錐形齒輪(11)兩側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪驅(qū)動巖肩床清除裝置，其特征在于:所述的紊流發(fā)生器外壁上、下兩端設(shè)置斜齒翼片(14)，兩段斜齒翼片(14)的傾斜方向大致相同，兩段斜齒翼片(14)之間為直齒翼片(13)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是渦輪驅(qū)動巖屑床清除裝置，這種渦輪驅(qū)動巖屑床清除裝置包括渦輪組、傳動軸、主動錐形齒輪、聯(lián)動錐形齒輪組、密封軸承、紊流發(fā)生器，渦輪組安裝于鉆桿內(nèi)，渦輪定子固定于鉆桿內(nèi)壁上，渦輪轉(zhuǎn)子連接傳動軸，傳動軸下端連接主動錐形齒輪，主動錐形齒輪與聯(lián)動錐形齒輪組的內(nèi)部齒輪嚙合，聯(lián)動錐形齒輪組的外部齒輪與紊流發(fā)生器內(nèi)壁齒圈嚙合；聯(lián)動錐形齒輪組的內(nèi)部齒輪和外部齒輪通過聯(lián)動軸連接而成，內(nèi)部齒輪位于鉆桿內(nèi)，聯(lián)動軸與鉆桿之間設(shè)置密封軸承；紊流發(fā)生器外壁設(shè)有直齒翼片與斜齒翼片組合而成的擾流翼片，紊流發(fā)生器與鉆桿通過密封軸承連接。本發(fā)明在停鉆階段也可進(jìn)行巖屑清除的工作，提高了巖屑清除效率，成本低。
【IPC分類】E21B21/00
【公開號】CN105201430
【申請?zhí)枴緾N201510700051
【發(fā)明人】孫曉峰, 閆鐵, 閆廣平, 李志剛, 李闖, 陳燁
【申請人】東北石油大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月26日