[发明专利]一种气体钻井高效高安全性携岩工具

说明书

技术领域

本发明涉及用于油气田钻井的一种气体钻井携岩工具，特别适用 于气体钻直井、定向井、水平井的岩屑沉降集中井段。

背景技术

近年来，气体钻井在我国获得迅速发展，已实施约300口直井， 在我国实施的气体钻定向/水平井仅一口，岩屑易沉积，引起卡钻事故 是气体钻定向井/水平井的主要问题。在气体钻直井、定向井和水平井 中，上返流体介质主要是稀疏气固两相流，此上升气流对岩屑的冲击 力及气体粘性对岩屑的拖曳力相对泥浆介质较小，所以在气体钻井中 岩屑更容易沉积。而在定向井、水平井斜井段和水平段，由于重力方 向与流体介质流动方向有夹角甚至垂直，重力在介质流动垂直方向的 分量使岩屑向下井壁方向运动，同时此井段的钻具躺于下井壁上，这 种偏心环空使该处的过流流体动能总量降低，不足以推动较大颗粒岩 屑悬浮移动而在下井壁蠕移，大颗粒岩屑由于重力而向井底方向运动， 最终形成岩屑沉积。

有效清除岩屑、净化井眼是气体钻直井、定向井、水平井施工必 须首先解决的问题。目前，应对携岩问题主要是增加注气量，但是此 方法不能有效的解决该问题。因为：(1)注入量增大后，全井携岩能 量有所提高，但在斜井段、定向段、水平段岩屑沉降作用显著，因注 入量增加而增加携岩能力不足以完全克服该段的沉降作用；(2)沿程 能量损耗几乎同比例增大；(3)对钻具的冲蚀作用也增大。

有效降低钻井施工中岩屑沉积并保证钻具安全对于确保气体钻直 井、定向井、水平井的成功非常重要。因此，设计了一种气体钻井高 效高安全性携岩工具，该工具能够有效提高外环空内岩屑的运移和悬 浮能力，防止岩屑大量沉积，避免发生岩屑沉积卡钻等井下复杂。同 时，工具带有低摩擦系数的吸振保护接头，减阻减振性能好，可以有 效确保该工具的工作安全性，延长工具使用寿命。

发明内容

本发明的目的是：为提高气体钻井的上携岩能力，避免岩屑沉 降引起卡钻和其它井下复杂，特提供一种气体钻井携岩工具。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是： 一种气体钻井携岩工具，是由工具本体、自润滑密封圈、减振橡胶套、 工具外壳、径向滑动轴承和携岩喷孔组成，其结构特征是：上工具本 体7上开有斜切式携岩喷孔9，个数为1～6个，其轴线方向与工具本 体轴线方向夹角α即斜切角在5°～60°之间，携岩喷孔的布置形式有轴 向式、同周式、分层式的一种形式，携岩喷孔9内部通过螺纹安装有 喷嘴6，喷嘴6内表面浇注或轧制一层硬质合金，有效直径即喷嘴内最 细部分的直径为2～5mm。上工具本体7外表面上安装径向滑动轴承5， 径向滑动轴承5与上工具本体7和下工具本体1之间放置自润滑密封 圈2，其基体为厚度2～5mm的金属垫片，垫片上均布有15～40个圆孔， 用于填充压制后的石墨。上工具本体7和下工具本体1与套筒8、自润 滑密封圈2、径向滑动轴承5之间形成的腔室10内填充石墨；在工具 外壳4的内表面上吹塑或组装一层减振橡胶套3，厚度为3～6mm。工 具外壳4外表面光滑，其上浇注或轧制一层摩擦系数较低、耐温性较 好、防磨效果较好和侧向承载能力高的硬质合金，是钨钴类、钨钛钴 类、钨钛钴钽类的一种。

本发明具有的有益效果是：(1)携岩能力强，在工具本体上开有 与轴线成定角度的喷孔，喷出的高压气流有效增加易沉屑(斜井段/定 向段/水平段)循环介质的总能量，从而有效防止岩屑沉降；(2)结构安 全可靠，合理设计壁厚和喷嘴类型及利用吸振橡胶和减抗摩硬质合金 组合，有效缓解冲击反向力对强携岩工具的破坏；(3)适用性强，由于 喷孔流道设计成斜切入型，所以可适用于转盘转的普通工具，也适用 转盘不转的定向钻井工具；(4)对地面泵入要求不高，仅需增加泵入能 量的10％，喷孔个数1～6个，每个喷孔的有效直径在2～5mm，合理选 择喷孔个数和有效直径的搭配，能够使计算得钻杆内流体能量损失很 小。

附图说明

图1是本发明一种气体钻井携岩工具的结构示意图。

图中：1.下工具本体，2.自润滑密封圈，3.减振橡胶套，4.工具 外壳，5.径向滑动轴承，6.喷嘴，7.上工具本体，8.套筒，9.携岩喷 孔，10石墨储存腔室，11自润滑密封垫片石墨填充孔，α，斜切角。

图2是本发明一种气体钻井携岩工具的截面图。

图3是本发明一种气体钻井携岩工具的自润滑密封垫片的结构示 意图。