[發明專利]改善氣體鉆井環空流場的工具

無效

• 申請號: 200910058079.2
• 申請日: 2009-01-08
• 公開（公告）號: CN101476450A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 李黔;代鋒;梁海波;郭亮;劉偉
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B21/16
• 分類號: E21B21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種用于油氣田鉆井作業中改善氣體鉆井環空流場的工具，屬于鉆井井下工具，特別適用于氣體鉆井地層出水和使用空氣錘的情況。

背景技術

隨著對氣體鉆井技術認識的不斷提高，氣體鉆井在我國正得到越來越廣泛的應用。氣體鉆井以氣基流體作為循環介質，而氣基流體具有可壓縮性的特點，在不同的井段氣體速度和攜巖能量不一致，氣流攜巖能力總體較低，實鉆過程中通常采用加大排量的方式來提高環空氣體攜巖舉升效果。在保證有足夠的氣體到達鉆頭，以最優化性能驅動沖擊裝置，同時保持必要的能量以凈化底部鉆具組合周圍環空的情況下，如果再繼續加大排量來提高井底和攜巖關鍵點的氣體速度進而提高環空氣體攜巖舉升能力，實際上并不能取得明顯的效果，相反將導致鉆具摩擦損耗的同比例增加和環空上部氣流攜巖動能的浪費，突出表現在由于氣體鉆井環空水力能量分配不均，上部井段高流速、高能量，易誘發井壁失穩、鉆具失效等事故；下部井段低流速、低能量易出現井眼凈化等問題。

所以，現有氣體鉆井技術存在水力能量利用率低、地面注氣壓力高、上部井段和地面管線沖蝕嚴重、下部井眼凈化不良等諸多問題，氣體鉆井全井段環空流場有待改善。

發明內容

本發明的目的是：為了減小摩擦造成的井下能量損耗，將下部鉆具組合內外的摩擦損耗轉化為提高攜巖攜水的舉升能力，降低環空井底壓力，提高沖擊錘鉆頭的使用性能，改善井眼凈化，減少井眼沖蝕，提高井底鉆時和機械鉆速，降低鉆井液、水泥漿的總費用及鉆井所需的地面設備和燃料，特提供一種改善氣體鉆井環空流場的工具。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：一種改善氣體鉆井環空流場的工具，是由工具本體、內螺紋、外螺紋、噴嘴入口單元和噴嘴單元組成，其特征是：工具本體兩端加工有內螺紋和外螺紋，分別在兩端連接鉆桿和鉆鋌；在本體下部加工安放噴嘴單元的圓柱臺階面，使本體壁厚變薄，在能夠滿足管體強度要求的前提下沿本體軸線左右對稱的位置于臺階面上各安裝一個噴嘴單元，噴嘴單元內孔結構采用直通型、收縮型或文丘里型中的一種；在本體上加工內孔形成噴嘴入口單元，兩個內孔中心線間間距25—50mm，以避免加工內孔時對本體造成的強度影響，噴嘴入口單元與噴嘴單元采用螺紋連接；噴嘴單元正上方的工具本體加工一斜切角，即工具外表面和工具軸線的夾角在2°～5°之間，用以防止經噴嘴產生的高速氣流對工具本體產生的沖蝕。

本發明的有益效果是：(1)能改善氣體鉆井環空流場，通過噴嘴內部流道產生的高速氣流將產生的壓力降最大效率的轉化為速度能，提高了環空攜巖攜水能力，改善了井眼凈化效果；(2)合理設計壁厚和噴嘴流道確保了結構安全可靠及能量的最大利用率，各連接采用螺紋保證了整個通道的密封性，同時噴嘴正上方工具本體加工有一斜切角，有效的避免了通過噴嘴產生的高速氣流對工具本體的沖蝕，同時在本體斜切角外的環空、本體上部環空及本體連接的鉆桿外環空形成文丘里管，實現對氣體的二次加速，有效的提高了能量的利用效率；(3)工具直接和鉆柱連接，可以和鉆柱一起下入井中預定位置，操作簡單，施工方便，同時該工具易于加工，成本低廉。

附圖說明

圖1是本發明一種改善氣體鉆井環空流場的工具結構示意圖。

圖2是圖1的A--A剖視圖。

圖3是本發明一種改善氣體鉆井環空流場的噴嘴單元結構示意圖。

圖中1.工具本體，2.內螺紋，3.外螺紋，4.噴嘴單元，5.噴嘴入口單元。

具體實施方式

下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步說明。

在圖1中，工具本體1兩端加工有內螺紋2和外螺紋3，分別在兩端連接鉆桿和鉆鋌，和鉆柱一起下入井中預定位置；在本體1下部加工安放噴嘴單元4的圓柱臺階面，使本體1壁厚變薄，在能夠滿足管體強度要求的前提下沿本體1軸線左右對稱的位置于臺階面上各安裝一個噴嘴單元4；在本體1上加工內孔形成噴嘴入口單元5，兩個內孔中心線間間距25—50mm，以避免加工內孔時對本體造成的強度影響，噴嘴入口單元5與噴嘴單元4采用螺紋連接；噴嘴單元4正上方的工具本體1加工一斜切角，即工具1外表面和工具1軸線的夾角在2°～5°之間，用以防止經噴嘴4產生的高速氣流對工具本體1產生的沖蝕。

在圖2中，工具本體1中間呈一錐筒形，其外表面光滑，兩個噴嘴單元4沿本體1軸線呈對稱分布。

在圖3中，噴嘴單元4加工有螺紋，用以與噴嘴入口單元5連接；噴嘴單元4內孔結構可以采用直通型、收縮型或文丘里型中的一種。