一種改變井底鉆井液流變性能的裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于油氣田鉆井中調節(jié)鉆井泥漿性能的裝置和方法，屬于石油、天然氣鉆井的配套裝置，是一種可應用于易發(fā)生噴、塌、卡事故的改變井底鉆井液流變性能的裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]鉆井液通常用于石油天然氣鉆井、完井中，起到的作用主要包括:(I)冷卻和潤滑鉆頭或其它井下鉆井設備；(2)循環(huán)運送巖石巖肩和其它碎片至井口 ；(3)提供液壓平衡地層壓力。鉆井液中常含有各種添加劑或其它成分，如膠凝劑(如膠體顆粒和/或乳化液)，其流變特性，對鉆井作業(yè)的整體質量和性能有重大影響，可以大大影響鉆井質量和效率。
[0003]在石油天然氣鉆井中，地層巖石存在臨界坍塌壓力和破裂壓力。通常情況下，要求已鉆井中鉆井泥漿形成的壓力介于坍塌壓力和破裂壓力之間，否則井眼巖石容易出現(xiàn)坍塌和破裂，從而引發(fā)噴、塌、卡事故。
[0004]鉆井工作者習慣使用等效密度液體產生的液柱壓力來描述坍塌壓力和破裂壓力；坍塌壓力和破裂壓力數(shù)值的差值通常稱之為壓力窗口，并常用等效密度來表示，常簡稱為密度窗口。施工時要求鉆井泥漿的當量循環(huán)密度(表征鉆井泥漿的流體靜壓力和鉆井泥漿流動時造成的環(huán)空摩擦壓降之和)介于該密度窗口之間，以確保鉆井安全。
[0005]在部分深井中，鉆井泥漿靠近破裂壓力曲線，容易壓裂地層引起泥漿漏失造成鉆井停工，因此必須減小鉆井泥漿的當量循環(huán)密度，使當量循環(huán)密度介于密度窗口的中值附近，以提尚鉆井的可操作性。
[0006]減少鉆井泥漿粘度可以降低其當量循環(huán)密度，但鉆井泥漿必須要完成攜巖任務，因此該方法在實踐中很少用到。根據(jù)地層要求不同，現(xiàn)場有四種降低循環(huán)液壓耗的方式:
(I)減少加重劑，直接降低鉆井泥漿密度；(2)充入一定量的氣體；(3)摻入玻璃微珠；
(4)使用雙梯度鉆井工藝。在上述方法中，第一種最直接，但該方法對某些地層和工藝的適應性很差，后三種實施費用昂貴，需要額外的配套設備。
[0007]因此，需要提供一種在不影響鉆井循環(huán)質量和鉆井效率的前提下，改變井底鉆井液流變性能的裝置及其方法。
【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明的目的是:為解決現(xiàn)有技術的不足，提尚鉆井效率和鉆井質量，特提供一種改變井底鉆井液流變性能的裝置及其方法。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明解決此問題所采用的技術方案是:一種改變井底鉆井液流變性能的裝置及其方法，其結構主要包括:上接頭、第一流道、中間殼體、定子短節(jié)、錐形套筒、定子短節(jié)內錐面、套筒外錐面、套筒內錐面、渦輪短節(jié)、防沖蝕套筒、下短節(jié)、噴嘴、斜孔流道、上銷釘孔、銷釘、下銷釘孔、定子螺旋流道和渦輪短節(jié)流道；其技術特征在于:上接頭、中間殼體和下短節(jié)從上至下依次靠螺紋連接；上接頭內部有兩個第一流道、兩個斜孔流道，下端面有上銷釘孔，斜孔流道出口處安裝噴嘴；定子短節(jié)放置在中間殼體內孔中，外表面有定子螺旋流道，上端面有下銷釘孔；銷釘安裝在上銷釘孔和下銷釘孔形成的內孔中，用于定位定子短節(jié)；錐形套筒安置在定子短節(jié)內孔中，靠套筒外錐面與定子短節(jié)的定子短節(jié)內錐面配合，錐形套筒上端與上接頭下端面配合；防沖蝕套筒安裝在下短節(jié)上端內孔中；渦輪短節(jié)安置在防沖蝕套筒上端，上端靠錐形套筒定位，渦輪短節(jié)下端外表面有渦輪短節(jié)流道；所述裝置工作方法為:鉆井泥漿從第一流道流入定子螺旋流道，繼而通過渦輪短節(jié)流道流入錐形套筒內孔，渦輪短節(jié)流道增加了鉆井泥漿的定向旋轉力，形成渦流，鉆井泥漿通過渦輪短節(jié)流道后成射流狀流向套筒內錐面，分離成密度較高的固液混合體和密度較低的鉆井液，密度較高的固液混合體向上流入斜孔流道內，最終通過噴嘴流向環(huán)空，進行向上循環(huán)；密度較低的鉆井液向下依次流入渦輪短節(jié)和防沖蝕套筒內孔，最終通過鉆頭流入環(huán)空，形成循環(huán)。
[0010]所述第一流道截面形狀為半環(huán)形；所述定子螺旋流道旋向向右，渦輪短節(jié)流道旋向向左；所述防沖蝕套筒采用硬質合金材料加工而成，或者內孔和上端面進行了硬質合金層涂層。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益效果是:1)該工具在不改變鉆井循環(huán)質量和鉆井效率的前提下，可有效降低鉆井泥漿當量循環(huán)密度，提高鉆井可操作性，減少地層破裂、鉆井泥漿漏失和避免鉆井停工；2)該工具通過分離鉆井泥漿，降低了鉆頭處的靜鉆井液壓力，可提高鉆井速度，還可改善泥漿馬達和鉆頭壽命；3)該工具結構簡單、可靠性高，降低了設備的要求和相關投入成本。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種改變井底鉆井液流變性能的裝置截面結構示意圖；
圖2是本發(fā)明一種改變井底鉆井液流變性能的裝置另一方向截面結構示意圖；
圖3是本發(fā)明一種改變井底鉆井液流變性能的裝置的定子短節(jié)結構示意圖；
圖4是本發(fā)明一種改變井底鉆井液流變性能的裝置的渦輪短節(jié)；
圖5是本發(fā)明一種改變井底鉆井液流變性能的裝置A-A向截面示意圖。
[0013]圖中，1.上接頭，2.第一流道，3.中間殼體，4.定子短節(jié)，5.錐形套筒，6.定子短節(jié)內錐面，7.套筒外錐面，8.套筒內錐面，9.渦輪短節(jié)，10.防沖蝕套筒，11.下短節(jié)，12.噴嘴，13.斜孔流道，14.上銷釘孔，15.銷釘，16.下銷釘孔，17.定子螺旋流道，18.渦輪短節(jié)流道。
【具體實施方式】
[0014]如圖1-圖5所示，一種改變井底鉆井液流變性能的裝置及其方法，其結構主要包括:上接頭1、第一流道2、中間殼體3、定子短節(jié)4、錐形套筒5、定子短節(jié)內錐面6、套筒外錐面7、套筒內錐面8、渦輪短節(jié)9、防沖蝕套筒10、下短節(jié)11、噴嘴12、斜孔流道13、上銷釘孔14、銷釘15、下銷釘孔16、定子螺旋流道17和渦輪短節(jié)流道18 ;其技術特征在于:上接頭1、中間殼體3和下短節(jié)11從上至下依次靠螺紋連接；上接頭I內部有兩個第一流道2、兩個斜孔流道13，下端面有上銷釘孔14，斜孔流道13出口處安裝噴嘴12 ;定子短節(jié)4放置在中間殼體3內孔中，外表面有定子螺旋流道17，上端面有下銷釘孔16 ;銷釘15安裝在上銷釘孔14和下銷釘孔16形成的內孔中，用于定位定子短節(jié)4 ;錐形套筒5安置在定子短節(jié)4內孔中，靠套筒外錐面7與定子短節(jié)4的定子短節(jié)內錐面6配合，錐形套筒5上端與上接頭I下端面配合；防沖蝕套筒10安裝在下短節(jié)11上端內孔中；渦輪短節(jié)9安置在防沖蝕套筒10上端，上端靠錐形套筒5定位，渦輪短節(jié)9下端外表面有渦輪短節(jié)流道18 ;所述裝置工作方法為:鉆井泥漿從第一流道2流入定子螺旋流道17，繼而通過渦輪短節(jié)流道18流入錐形套筒5內孔，渦輪短節(jié)流道18增加了鉆井泥漿的定向旋轉力，形成渦流，鉆井泥漿通過渦輪短節(jié)流道18后成射流狀流向套筒內錐面8，分離成密度較高的固液混合體和密度較低的鉆井液，密度較高的固液混合體向上流入斜孔流道13內，最終通過噴嘴12流向環(huán)空，進行向上循環(huán)；密度較低的鉆井液向下依次流入渦輪短節(jié)9和防沖蝕套筒10內孔，最終通過鉆頭流入環(huán)空，形成循環(huán)。
[0015]所述第一流道2截面形狀為半環(huán)形；所述定子螺旋流道17旋向向右，渦輪短節(jié)流道18旋向向左；所述防沖蝕套筒10采用硬質合金材料加工而成，或者內孔和上端面進行了硬質合金層涂層。
[0016]該工具結構簡單、可靠性高，降低了設備的要求和相關投入成本，其可以在不改變鉆井循環(huán)質量和鉆井效率的前提下，有效降低鉆井泥漿當量循環(huán)密度，提高鉆井可操作性，減少地層破裂、鉆井泥漿漏失和避免鉆井停工；同時，降低鉆頭處的靜鉆井液壓力，可提高鉆井速度，還可改善泥漿馬達和鉆頭壽命。
【主權項】
1.一種改變井底鉆井液流變性能的裝置及其方法，其結構主要包括:上接頭(I)、第一流道(2)、中間殼體(3)、定子短節(jié)(4)、錐形套筒(5)、定子短節(jié)內錐面(6)、套筒外錐面(7)、套筒內錐面(8)、渦輪短節(jié)(9)、防沖蝕套筒(10)、下短節(jié)(11)、噴嘴(12)、斜孔流道(13)、上銷釘孔(14)、銷釘(15)、下銷釘孔(16)、定子螺旋流道(17)和渦輪短節(jié)流道(18);其技術特征在于:上接頭(I)、中間殼體(3)和下短節(jié)(11)從上至下依次靠螺紋連接；上接頭(I)內部有兩個第一流道(2)、兩個斜孔流道(13)，下端面有上銷釘孔(14)，斜孔流道(13)出口處安裝噴嘴(12);定子短節(jié)(4)放置在中間殼體(3)內孔中，外表面有定子螺旋流道(17 )，上端面有下銷釘孔(16 );銷釘(15 )安裝在上銷釘孔(14)和下銷釘孔(16 )形成的內孔中，用于定位定子短節(jié)(4);錐形套筒(5)安置在定子短節(jié)(4)內孔中，靠套筒外錐面(7)與定子短節(jié)(4)的定子短節(jié)內錐面(6)配合，錐形套筒(5)上端與上接頭(I)下端面配合；防沖蝕套筒(10)安裝在下短節(jié)(11)上端內孔中；渦輪短節(jié)(9)安置在防沖蝕套筒(10)上端，上端靠錐形套筒(5)定位，渦輪短節(jié)(9)下端外表面有渦輪短節(jié)流道(18);所述裝置工作方法為:鉆井泥漿從第一流道(2)流入定子螺旋流道(17)，繼而通過渦輪短節(jié)流道(18)流入錐形套筒(5)內孔，渦輪短節(jié)流道(18)增加了鉆井泥漿的定向旋轉力，形成渦流，鉆井泥漿通過渦輪短節(jié)流道(18)后成射流狀流向套筒內錐面(8)，分離成密度較高的固液混合體和密度較低的鉆井液，密度較高的固液混合體向上流入斜孔流道(13)內，最終通過噴嘴(12)流向環(huán)空，進行向上循環(huán)；密度較低的鉆井液向下依次流入渦輪短節(jié)(9)和防沖蝕套筒(10)內孔，最終通過鉆頭流入環(huán)空，形成循環(huán)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種改變井底鉆井液流變性能的裝置，其技術特征在于:所述第一流道(2 )截面形狀為半環(huán)形。3.根據(jù)權利要求1所述的一種改變井底鉆井液流變性能的裝置，其技術特征在于:所述定子螺旋流道(17 )旋向向右，渦輪短節(jié)流道(18 )旋向向左。4.根據(jù)權利要求1所述的一種改變井底鉆井液流變性能的裝置，其技術特征在于:所述防沖蝕套筒(10)采用硬質合金材料加工而成，或者內孔和上端面進行了硬質合金層涂層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于油氣田鉆井中調節(jié)鉆井泥漿性能的裝置和方法，可應用于易發(fā)生噴、塌、卡事故的改變井底鉆井液流變性能的裝置及其方法。其技術方案是：所述一種改變井底鉆井液流變性能的裝置主要包括：上接頭、第一流道、中間殼體、定子短節(jié)、錐形套筒、定子短節(jié)內錐面、套筒外錐面、渦輪短節(jié)、防沖蝕套筒、下短節(jié)和噴嘴；上接頭、中間殼體和下短節(jié)從上至下依次靠螺紋連接；上接頭內部有兩個斜孔流道，斜孔流道出口處安裝噴嘴；定子短節(jié)放置在中間殼體內孔中；錐形套筒安置在定子短節(jié)內孔中，靠套筒外錐面與定子短節(jié)內錐面配合；防沖蝕套筒安裝在下短節(jié)上端內孔中；渦輪短節(jié)安置在防沖蝕套筒上端。本發(fā)明結構簡單、可靠性高，投入成本低。
【IPC分類】E21B21/00
【公開號】CN105221089
【申請?zhí)枴緾N201510594700
【發(fā)明人】石昌帥, 祝效華, 湯歷平
【申請人】西南石油大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月18日