一种井眼清砂工具的制作方法

1.本发明属于油气钻井工程中的井下工具技术领域，具体涉及一种井眼清砂工具。


背景技术：

2.在钻井施工中，氮气钻井可以有效保护储层，能够有效避免地层因液敏影响带来的水锁效应，从而有利于提升单井产量。
3.然而，氮气钻井由于气体流速高、钻屑粒径大、极易形成沉砂，因此钻屑返出地面要提供较大的氮气量，在钻遇地层后伴随地层掉块增加，导致岩屑携带困难。在斜井段和水平段易形成岩屑床和井底沉砂，岩屑床易造成高摩阻、高扭矩，严重情况下会导致卡钻等安全事故。此外，岩屑床不及时清理也会导致固井时，下入套管摩阻大、下入不到位，从而严重影响固井质量。由此，在大斜度定向井和水平井的氮气钻井施工中，阻止岩屑床的形成、及时清理沉砂，提高钻井质量至关重要。
4.目前，现有的清砂接头大多是靠转盘带动钻具组合转动，从而实现转动工作。但是，在滑动钻进的时候，由于钻柱不转动，导致清砂接头就没法工作。尤其是在薄储层中，轨迹调整频繁、滑动钻进时效增多，现有的清砂接头无法实现清砂作业。


技术实现要素：

5.针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种井眼清砂工具，该清砂工具不仅能够在钻井施工中及时清理井眼中的沉砂，有效阻止岩屑床的形成，而且其能够利用钻井介质实现转动，在轨迹调整频繁、滑动钻进时效增多等工况下实现转动，从而进行清砂作业，这非常有利于提高钻井施工中的清砂效率，显著提高了钻井质量。
6.为此，根据本发明提供了一种井眼清砂工具，包括：中心管，所述中心管内形成有在轴向上不连通的第一中心流道和第二中心流道，在所述第一中心流道的侧壁上设有第一通孔，在所述第二中心流道的侧壁上设有第二通孔；套设在所述中心管上的套筒，所述套筒的两端分别通过转动机构与所述中心管的外壁面形成转动连接，并且在所述套筒与所述中心管的径向之间形成旋流空，从而使所述第一中心流道、所述第一通孔、所述旋流空间、所述第二通孔、所述第二中心流道依次连通而形成过流通道；其中，在所述套筒的外壁设有多个径向向外延伸的翼肋，所述套筒构造成能够在流体通过所述过流通道时旋转，从而带动所述翼肋旋转以清洁井眼内壁。
7.在一个实施例中，在所述套筒的内壁设有多个旋流槽，流体通过所述过流通道时冲击所述旋流槽，从而带动所述套筒旋转。
8.在一个实施例中，所述旋流槽构造成沿所述套筒的轴向螺旋形延伸，且多个旋流槽在周向上均匀间隔开分布，所述旋流槽的深度设置成处于3-10mm的范围内。
9.在一个实施例中，所述翼肋构造成沿所述套筒的轴向螺旋形延伸，且多个所述翼肋在周向上均匀间隔开分布，所述翼肋沿径向向外延伸的尺寸设置成处于10-25mm的范围内。
10.在一个实施例中，所述第一通孔的直径设置成小于所述第二通孔的直径。
11.在一个实施例中，所述第一通孔的延伸方向设置成偏离所述中心管的直径方向，从而使流体通过所述第一通孔时能够冲击所述旋流槽而带动所述套筒旋转。
12.在一个实施例中，所述转动机构包括轴承和对称设置在所述轴承的轴向两侧的减摩环，所述轴承的外圈和内圈分别与所述套筒的内壁面和所述中心管的外壁面压紧配合，从而使所述套筒能够相对于所述中心管转动。
13.在一个实施例中，所述中心管的外壁设有彼此轴向间隔开的第一环形凸起和第二环形凸起，所述套筒的内壁设有两个分别靠近端部且端面轴向朝外的台阶，在所述第一环形凸起、所述第二环形凸起与对应的所述台阶的轴向之间分别形成安装空间，所述转动机构对应安装在相应的所述安装空间内。
14.在一个实施例中，在所述第一环形凸起、所述第二环形凸起与所述套筒的内壁面之间分别设有第一密封件，在所述台阶与所述中心管的外壁面之间对应设有第二密封件。
15.在一个实施例中，在所述第一环形凸起和所述第二环形凸起的轴向外侧分别设有挡块。
16.与现有技术相比，本技术的优点之处在于：
17.根据本发明的井眼清砂工具尤其适用于大斜度定向井、大位移井和水平井气体钻井施工。该井眼清砂工具能够利用钻井介质实现转动，能够在轨迹调整频繁、滑动钻进时效增多等工况下实现转动而进行清砂作业，这非常有利于提高钻井质量。在大斜度定向井和水平井的氮气钻井施工中，利用该井眼清砂工具能够有效阻止岩屑床的形成，并能够及时清理沉砂，有效降低了携砂困难，非常有利于提高钻井质量。此外，在后续固井作业过程中，能够有效避免下入套管摩阻大、下入不到位，严重影响固井质量等情况。井眼清砂工具能够通过流体作用带动套筒外部的翼肋高速旋转以清理井筒内壁，能够大大提高对井壁的清洁效率和增强清洁效果。
附图说明
18.下面将参照附图对本发明进行说明。
19.图1显示了根据本发明的井眼清砂工具的结构。
20.图2显示了图1中沿线a-a的剖视图。
21.图3是流体流过井眼清砂工具内的过流通道的示意图。
22.在本技术中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
23.下面通过附图来对本发明进行介绍。
24.在本技术中，需要说明的是，将井眼清砂工具下入井筒中靠近井口的一端定义为上端或相似用语，将远离井口的一端定义为下端或相似用语。
25.图1显示了根据本发明的井眼清砂工具100的结构。如图1所示，井眼清砂工具100包括中心管1和套设在中心管1上的套筒4。在套筒4的外壁面上设有翼肋41。套筒4构造成能够相对于中心管1旋转，从而带动翼肋41旋转以清洁井眼内壁。
26.根据本发明，中心管1内形成有在轴向上不连通的第一中心流道2和第二中心流道3，在第一中心流道2的侧壁上设有第一通孔21，在第二中心流道3的侧壁上设有第二通孔31。
27.套筒4的两端分别通过转动机构6与中心管1的外壁面形成转动密封连接，并且在套筒4与中心管1的径向之间形成旋流空间5。第一中心流道2通过第一通孔21与旋流空间5连通，第二中心流道3通过第二通孔31与旋流空间5连通。由此，使第一中心流道2、第一通孔21、旋流空间5、第二通孔31、第二中心流道31依次连通而形成过流通道。
28.根据本发明的一个实施例，如图1所示，中心管1构造成包括第一管体101和固定连接在第一本体101的下端的第二本体102。第一管体101的上端用于连接上部管柱，下端用于连接下部管柱。在一个实施例中，第一管体101的下端设置成封闭，且第一管体101的下端构造成正锥形接头。第二管体102的上端设置成封闭，且第二管体102的上端构造成负锥形连接头。第一管体101与第二管体102通过正锥形接头与负锥形连接头以螺纹连接方式适配连接形成固定连接。优选地，第一管体101与第二管体102的连接处设置在处于对应于旋流空间5的轴向中部。
29.根据本发明，如图2所示，在套筒4的内壁设有多个旋流槽42，中心管1内的流体通过过流通道时能够冲击旋流槽42，从而带动套筒4旋转。旋流槽42构造成沿套筒4的轴向螺旋形延伸，且多个旋流槽42在周向上均匀间隔开分布。旋流槽42深度可以根据套筒4外径确定，旋流槽42的深度设置成处于3-10mm的范围内。在一个实施例中，旋流槽42的截面形状为梯形，旋流槽42的周向宽度根据套筒4的外径确定，不同内径的钻杆选取的旋流槽数量不同，例如可以设置6条、8条、10条或12条。旋流槽42的这种结构尤其能够显著提高流体对旋流槽42的侧壁的冲击作用，从而保证套筒4能够高速旋转，非常有利于提高套筒4的外部的翼肋41对井眼内壁的清洁效率和增强清洁效果。
30.根据本发明，在套筒4的外壁面上设有多个径向向外伸出的翼肋41，且翼肋41构造成沿套筒4的轴向螺旋形延伸。多个翼肋41在周向上均匀间隔开分布。翼肋41的深度根据套筒4的外径确定，且翼肋41的外径不大于钻具钻头扶正器(未示出)的外径。翼肋41沿径向向外延伸的尺寸设置成处于10-25mm的范围内。翼肋41的这种结构非常有利于提高翼肋41对井眼内壁的清洁效率和增强清洁效果。
31.根据本发明，第一通孔21的直径设置成小于第二通孔31的直径。在一个实施例中，第一通孔21沿轴向设有多层，每层设有多个第一通孔21，且多个第一通孔21在周向上均布。第二通孔31设有多个，且在周向上均布。这样有利于使经过过流通道的流体形成射流，能够增强流体对套筒4的内壁的旋流槽42的冲击作用。
32.如图2所示，在一个实施例中，第一通孔21的延伸方向设置成偏离中心管1的直径方向。第一通孔21的这种设置方式，能够在流体通过第一通孔21时有效冲击旋流槽42的侧壁，从而能够有效带动套筒4旋转。这样，保证了套筒4的旋转，进一步提高了井眼清砂工具100对井眼内壁的清洁效率和增强清洁效果。
33.根据本发明，套筒4的两端分别通过转动机构6与中心管1的外壁面形成转动连接。如图1所示，转动机构6包括轴承61和对称设置在轴承61的轴向两侧的减摩环62，轴承61的外圈和内圈分别与套筒4的内壁面和中心管1的外壁面压紧配合，从而使套筒4通过轴承61能够相对于中心管1转动。
34.如图1所示，在中心管1的外壁设有彼此轴向间隔开的第一环形凸起11和第二环形凸起12。第一环形凸起11设置在第一管体101的外壁面上，第二环形凸起12设置在第二管体102的外壁面上。同时，在套筒4的内壁设有两个分别靠近套筒4的端部且端面轴向朝外的台阶43。在第一环形凸起11、第二环形凸起12与对应的台阶43的轴向之间分别形成安装空间。转动机构6对应安装在相应的安装空间内，并且，处于轴承61的轴向两侧的减摩环62分别与安装空间的上下端面接触，以减小轴承61的摩擦。这种结构不仅使套筒4能够相对于中心管1旋转，而且使中心管1能够对套筒4形成轴向限位，从而保证套筒4对井眼内壁的清洁效果。
35.为了保证安装空间的密封性，在中心管1的第一环形凸起11、第二环形凸起12与套筒4的内壁面之间分别设有第一密封件13，在套筒4的台阶43与中心管1的外壁面之间对应设有第二密封件14。这能够有效保证套筒4与中心管1的接触面之间的密封，从而保证安装空间的密封性能，有利于保证转动机构6的工作性能和延长转动机构6的使用寿命。
36.根据本发明，在第一环形凸起11和第二环形凸起12的轴向外侧分别设有挡块7。上端的挡块7与第一管体101通过螺纹连接，下端的挡块与第二管体102通过螺纹连接。一方面，两个挡块7能够对套筒4形成轴向限位。另一方面，能够调整套筒4转动时的松紧。
37.下面简述根据本发明的井眼清砂工具100的工作流程。首先，将井眼清砂工具100连接到管柱中。在钻井施工过程中，井眼清砂工具100下入井筒中，随钻井工具在井下运行。如图3所示，当管柱中的流体(液体或气体)从中心管1中通过时，来自上部管柱中的流体从中心管1的第一中心流道2依次通过第一通孔21、旋流空间5、第二通孔31和第二通孔31，从而进入中心管1的第二中心流道3中，由此经过过流通道。第一中心流道2中的流体经过第一通孔21进入旋流空间5时冲击套筒4的内壁上的旋流槽42而带动套筒4旋转，从而带动套筒4的外部的翼肋41旋转以清理井筒内壁。由此，实现清砂功能。图3中的箭头指示的方向为流体在过流通道中的流动方向。
38.根据本发明的井眼清砂工具100尤其适用于大斜度定向井、大位移井和水平井气体钻井施工。在大斜度定向井和水平井的氮气钻井施工中，利用该井眼清砂工具100能够有效阻止岩屑床的形成，并能够及时清理沉砂，有效降低了携砂困难，非常有利于提高钻井质量。该井眼清砂工具100能够利用钻井介质提供动力来实现转动，从而能够在轨迹调整频繁、滑动钻进时效增多等工况下实现转动而进行清砂作业，大大提高了适用性。此外，在后续固井作业过程中，能够有效避免下入套管摩阻大、下入不到位，严重影响固井质量等情况。井眼清砂工具100能够通过流体作用带动套筒4外部的翼肋41高速旋转以清理井筒内壁，能够大大提高对井壁的清洁效率和增强清洁效果。
39.在本发明中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
41.最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。