一种长水平井岩屑床清除装置

1.本发明涉及石油钻井岩屑床清除技术领域，具体涉及一种长水平井岩屑床清除装置。


背景技术：

2.为提高单井产量和最终采出程度，水平井水平井段的设计长度逐步增加，目前国外非常规油气开发中水平段长度一般都大于2000m，3000m的水平段也非常常见，最大水平井井段长度已突破5000m。水平井，特别是长水平段水平井钻井面临着诸多技术挑战，长水平段钻井过程中面临钻井液携岩效率低、斜井段易堆积形成岩屑床等难题，导致摩阻扭矩大、托压严重和起/下钻阻卡复杂状况多，后期电测、下套管遇阻严重，一次到底难度大。现有井眼清洁工艺技术主要包括优化钻井参数、改进钻井液性能和短起下和倒戈眼等，这些操作都会大幅度提高作业成本。而使用岩屑床清除装置操持井眼清洁不会增加作业时间而且对钻井设备也没有特殊要求，与其他方法相比不但能够大幅节约成本，并且具有很好的井眼净化效果。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种长水平井岩屑床清除装置,突出的工具突出的叶片通过机械挂削作用修复不规则井壁，通过丝扣与钻杆连接构成钻具组合，由钻具传递扭矩旋转，叶片旋转诱导环空钻井液产生螺旋流结构并沿钻井液上返方向传播，抑制岩屑颗粒沉降形成岩屑床，提高岩屑清楚效率。
4.本发明采用下述的技术方案：一种长水平井岩屑床清除装置，包括母接头、水眼、公接头、本体、叶片，所述母接头、本体、公接头依次连接，所述本体之间设有叶片，所述本体上设有多个水眼,所述水眼在钻杆旋转时同时打开并射流，所述长水平井岩屑床清除装置可拆卸，通过丝扣与钻杆连接。
5.优选的，所述叶片为v形叶片，螺距1100mm，v形叶片开口方向与钻杆旋转方向相反，以叶片轴线终点为对称分布。
6.优选的，所述叶片数量为6个，轴向均布。
7.优选的，螺旋角在40
°‑
50
°
时获得最大轴向速度，螺旋角在25
°‑
35
°
时获得最大合速度。采用单组岩屑床清除装置时叶片螺旋角为25
°‑
35
°
。若采用两组岩屑床清除装置，前叶片螺旋角采用15
°‑
25
°
螺旋角提高切向速度，后叶片螺旋角采用40
°‑
50
°
螺旋角增加岩屑轴向运移速度，有利于返出。
8.优选的，所述长水平井岩屑床清除装置整体长度为0.75m-1m。可以有效的清除岩屑床并将岩屑甩到上环空，在达到高效携岩的目的同时对施工过程中摩擦阻力影响较小。岩屑床清除装置下入井底后，会一定程度的增大井底的摩阻扭矩。抗弯刚度和抗剪刚度越大，导致管柱刚性产生的对井壁的正压力就越大，管柱受到的摩阻力和摩阻扭矩就越大，因此尽量减小岩屑床清除装置的长度可以有效限制其刚度。
9.优选的，所述长水平井岩屑床清除装置在钻杆上的安装位置为：
[0010][0011]
式中：α-岩屑床清除装置的携带因子，取1.12；β-岩屑清除装置的加速因子，取1.18；v
s-中等颗粒滑落速度；va环空返速。
[0012]
本发明的有益效果是：结构简单，操作方便，能够同时通过水力、机械双作用破坏及清除岩屑床，清洁效率高。
附图说明
[0013]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
[0014]
图1为本发明结构示意图。
[0015]
图中：
[0016]
1-母接头、2-水眼、3-公接头、4-本体、5-叶片。
具体实施方式
[0017]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0019]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020]
如图1所示，一种长水平井岩屑床清除装置，包括一种长水平井岩屑床清除装置，其特征在于，包括母接头1、水眼2、公接头3、本体4、叶片5，所述母接头1、本体4、公接头3依次连接，所述本体4之间设有叶片5，所述本体4上设有多个水眼2,所述水眼2在钻杆旋转时同时打开并射流，配合叶片5的旋转破坏岩屑床，所述长水平井岩屑床清除装置可拆卸，通过丝扣与钻杆连接。
[0021]
所述叶片5为v形叶片，螺距1100mm，v形叶片开口方向与钻杆。旋转方向相反，以叶片5轴线终点为对称分布。
[0022]
所述叶片5数量为6个，轴向均布。
[0023]
本实施例中井筒内径id12.25in，钻柱外径od5in，岩屑密度2.25g/cm3、粒径为4.20mm，钻井液密度为1.25g/cm3,排量3.800l/min。井深1642m-2040m处井斜角在61.99
°
及65.67
°
达到稳斜，在此段增加本发明。
[0024]
所述叶片5螺旋角为25
°
。
[0025]
所述长水平井岩屑床清除装置整体长度为1m。
[0026]
所述长水平井岩屑床清除装置在钻杆上的安装位置为：
[0027]
环空面积：
[0028][0029]
流量：
[0030][0031]
环空返速：
[0032][0033]
使用moore公式求岩屑颗粒的滑脱速度：
[0034]
流性指数：
[0035][0036]
稠度系数：
[0037][0038]
则环空返速为0.999926m/s时的钻井液粘度可以得到：
[0039][0040]
假设为中等颗粒雷诺数1《re
p
《2000，则其滑落速度可得：
[0041][0042]
反算颗粒雷诺数：
[0043][0044]
说明假定的颗粒雷诺数范围是合适的，使用中等颗粒雷诺数的moore公式计算岩屑滑落速度是合理的。
[0045]
大位移井筒滑落速度修正结果：
[0046][0047]
另外在井中加入本发明，考虑本发明的影响，α-岩屑床清除装置的携带因子，取1.12；β-岩屑清除装置的加速因子，取1.18，本发明安装距离为：
[0048]
[0049]
本发明在实验室清除岩屑床效果实验结果如下表所示：
[0050]
岩屑注入量g岩屑排出量g井筒岩屑剩余量g清除效率％3347630282319390.5
[0051]
说明本发明的岩屑清除效果良好。
[0052]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。