[發(fā)明專利]井下套管旋流導(dǎo)向器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210443829.X
• 申請(qǐng)日: 2012-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102913157A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國(guó)慶;韓昌;齊玉龍;郭光奇;李萬(wàn)全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;大慶石油管理局
• 主分類號(hào): E21B21/00
• 分類號(hào): E21B21/00;E21B7/20
• 代理公司: 大慶知文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23115
• 代理人: 張海霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油工程下套管作業(yè)中的沖砂、洗井技術(shù)及水力學(xué)中的旋流固井技術(shù)。

背景技術(shù)

石油工程下套管作業(yè)過(guò)程中，浮鞋的作用主要是用于引導(dǎo)套管柱沿井筒順利下入井內(nèi)，防止套管底部插入井壁巖層，減少下井阻力，同時(shí)還具有一定的攜帶巖屑的能力。但部分井由于井壁失穩(wěn)，造成井壁坍塌或縮徑，因鉆井液攜帶巖屑的能力不夠，造成砂橋或井底沉砂，由于井筒存在砂橋或井底沉砂，一旦發(fā)生遇阻，浮鞋本身沖洗和攜帶巖屑的能力不夠，導(dǎo)致套管無(wú)法下到預(yù)計(jì)位置。針對(duì)這一問(wèn)題，遼河石油勘探局工程技術(shù)研究院，設(shè)計(jì)了鉆井巖屑床攪拌器，其專利號(hào)為01271736.3，這個(gè)裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，只需接于鉆桿之間便可將鉆井液中巖屑順利排出地面；但還存在下述缺點(diǎn)：（1）清除巖屑床的動(dòng)力主要是利用螺旋葉片的攪拌、攜帶作用，作用力不是很大，巖屑清除效率不高。（2）螺旋葉片與井壁的距離影響了攜屑能力，使本來(lái)就很狹窄的環(huán)空更小，減少了巖屑向上運(yùn)移的空間，巖屑攜帶能力不高。（3）多用于斜井，對(duì)于直井的井眼凈化、清洗作用不大。（4）對(duì)于坍塌或易塌井段的井眼清洗更是無(wú)能為力。還有的是，中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院，研究了一種在井底產(chǎn)生水力增壓脈動(dòng)的鉆頭短節(jié)，其專利號(hào)為03269456.3；這個(gè)裝置的優(yōu)點(diǎn)是可在井底形成周期性的增壓脈動(dòng)和負(fù)壓脈動(dòng)，從而減少巖屑的“壓持效應(yīng)”，強(qiáng)化井底凈化效果，提高射流破巖、輔助破巖鉆進(jìn)的效率；但其存在下述缺點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在產(chǎn)生脈沖的過(guò)程中會(huì)損失很多能量，降低了水射流的沖擊力。（2）必須依靠增壓及負(fù)壓脈動(dòng)交替進(jìn)行來(lái)降低“壓持效應(yīng)”，同時(shí)具有間歇性，不能連續(xù)工作或者直接作用巖屑表面，凈化效率不高。

?所以常規(guī)技術(shù)處理這一問(wèn)題很困難，嚴(yán)重時(shí)必須拔套管，下鉆通井處理，浪費(fèi)了大量人力和物力，并造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種代替浮鞋的井下套管旋流導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器可明顯提高鉆井液攜帶巖屑的能力，保證套管順利下入設(shè)計(jì)井深。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案是：井下套管旋流導(dǎo)向器，包括接箍、外筒、導(dǎo)向定子、心軸、葉柵、葉輪及導(dǎo)向座，所述接箍及外筒均為圓筒狀，二者螺紋連接，外筒的下端螺紋連接導(dǎo)向座，導(dǎo)向座為空心半球狀；上述外筒內(nèi)從上至下依次通過(guò)頂絲固定三個(gè)導(dǎo)向定子；所述導(dǎo)向定子的主體為圓盤(pán)狀，設(shè)置中心軸孔，并以中心軸孔為中心，環(huán)向均布六個(gè)導(dǎo)流傾斜圓孔，其中的導(dǎo)流傾斜圓孔的傾斜角度采用如下公式計(jì)算：????????????????????????????????????????????????；

式中：v₀為導(dǎo)流傾斜圓孔入口處絕對(duì)流速，m/s；v₁為導(dǎo)流傾斜圓孔出口處絕對(duì)流速，m/s，在大小上可認(rèn)為與v₀相等；ρ_d為流體密度，kg/m³；Q_e為通過(guò)單個(gè)導(dǎo)流傾斜圓孔的有效排量，L/s；

所述心軸上裝配三個(gè)軸承，這三個(gè)軸承分別裝配固定在導(dǎo)向定子的中心軸孔內(nèi)，相鄰兩導(dǎo)向定子之間的心軸上裝配葉柵；心軸的下端螺紋連接葉輪，葉輪的前端探出導(dǎo)向座的圓曲面。

優(yōu)選所述葉柵的進(jìn)口角度為63°~?66°、出口角度為36°~40°。

優(yōu)選所述葉柵的進(jìn)口角度為64.5°、出口角度為38.3°。

本發(fā)明的井下套管旋流導(dǎo)向器工作原理

流體軸向流入井下套管旋流導(dǎo)向器時(shí)，通過(guò)導(dǎo)向定子傾斜孔改變流動(dòng)方向后沖擊葉柵，使流體的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，推動(dòng)葉柵轉(zhuǎn)動(dòng)，為心軸下部的葉輪提供動(dòng)力，帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)；葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)形成了旋流場(chǎng)，可推開(kāi)沉積在井底的巖屑，克服液柱壓力對(duì)井底巖屑的“壓持效應(yīng)”，防止巖屑在井底堆積和壓實(shí)，使巖屑易于上返，從而提高鉆井液攜帶巖屑的能力；葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在接觸到粒徑較大的巖屑時(shí)，鉆頭在旋轉(zhuǎn)扭矩作用下對(duì)巖屑產(chǎn)生切削作用，在扭力作用下，巖屑沿剪切面產(chǎn)生裂縫，逐漸破碎、瓦解，巖屑粒徑變小，使之容易被水力沖擊、攜帶，避免因大顆粒攜帶困難出現(xiàn)卡鉆的危險(xiǎn)，且被水射流沖出井底后，能夠順利通過(guò)環(huán)空，返至地面。?