[发明专利]钻柱管状组件

说明书

技术领域

本发明涉及使井眼中的钻屑流通的设备和方法。

背景技术

在井眼钻探中，钻头安装在钻柱的端部上，钻柱包括以端部到端部的方式结合的一定长度的管。钻柱通常作为一个整体从地面钻机旋转以便为钻头提供旋转从而切入到地层内。在钻探过程中，随着钻头切入到地层内而产生岩石和泥土(钻屑)的碎片。这些钻屑需要从钻头与地层之间的界面移除，并且被运输回到地面。这通常由下述来实现，即通过将钻井液向下泵送通过钻柱的内部中空钻孔，通过所述钻头流出并沿着钻柱和孔之间的环形空间向上流回，使得钻屑悬浮于流体流内，并携载它们远离钻头并回到地面，并且在钻头切入地层内的同时润滑和冷却钻头。在环形空间内向上运输钻屑的过程中钻屑从悬浮液中沉淀出来通常是成问题的，因为这会妨碍钻柱的运动并因此减慢或停止钻探过程。在斜井和定向钻孔作业中这尤其是成问题的，在上述作业中井眼水平延伸而不是垂直延伸，以及数千英尺长的较长水平段是常见的，其会遭受钻屑趋于沉淀并积聚在井眼下侧上的钻屑床中。

保持钻屑处于悬浮状态的现有措施包括附接到所述钻柱外表面的各种设计的叶轮，其随同所述钻柱旋转，并保持钻屑处于悬浮状态。

发明内容

根据本发明，提供了管状形式的钻柱管状组件，其具有沿管状组件轴线延伸的中心钻孔，以及两个端部，管状组件在每一端部处具有端部连接器，用于将钻柱管状组件连接到用于在地层中钻出井眼的钻柱内，所述管状组件具有用于使得油井或气井中的钻屑流通的一种机构，其中所述机构包括：

-从管状组件延伸的径向突起形式的至少一个径向叶轮，所述径向突起配置成将径向推力施加到在通过管和孔(hole)之间的环形空间的钻井液中的钻屑流上，以使经过径向突起的钻屑被迫在径向方向上远离所述管状组件的外表面；以及

-从所述管状组件径向延伸的径向突起形式的第一和第二轴向叶轮，所述第一和第二轴向叶轮相对于所述径向叶轮设置在所述管状组件上沿轴向间隔开的位置处，以使径向叶轮在轴向上位于轴向叶轮之间，轴向叶轮配置成将轴向推力施加到通过管和孔之间的环形空间的流体上，以及其中由所述第一轴向叶轮施加到流体上的轴向推力的方向与由第二轴向叶轮施加到流体上的轴向推力的方向相反。

通常情况下径向叶轮可包括多于一个的径向突起。在具有多于一个径向突起的某些实施例中，径向突起可围绕所述管状组件的轴线沿周向间隔开。

任选地，每个轴向叶轮可包括多于一个的径向突起，例如每个轴向叶轮上可设置2，3，4或更多的径向突起。在具有多于一个径向突起的某些轴向叶轮中，所述径向突起可围绕所述管状组件的轴线沿周向间隔开，通常在沿着管状组件轴线的相同轴向位置处彼此对准。

每个轴向叶轮可通常包括围绕管状组件螺旋形地延伸的至少一个螺旋形部分，通常每个叶轮具有多于一个的螺旋形部分，以及任选地，螺旋形部分通常可围绕所述管状组件的轴线沿周向间隔开，通常在沿着管状组件轴线的相同轴向位置处彼此对准。

通常情况下在第一和第二轴向叶轮中的轴向叶轮的螺旋形组件在相应的相反方向上延伸，例如，第一轴向叶轮上的螺旋形组件可在顺时针方向上延伸，和第二轴向叶轮上的那些可在逆时针方向上延伸，或反之亦然。

本发明还提供在钻探作业中使得油井或气井中的钻屑流通的一种方法，所述方法包括将钻柱管状组件结合到钻柱内，所述钻柱管状组件具有用于使得油井或气井中的钻屑流通的一种机构，其中所述机构包括：

-从钻柱管状组件延伸的径向突起形式的至少一个径向叶轮，所述径向突起配置成将径向推力施加到在通过管状组件和孔之间的环形空间的钻井液中的钻屑流上，以使经过径向突起的钻屑被迫在径向方向上远离所述管状组件的外表面；

-从所述管状组件沿径向延伸的径向突起形式的第一和第二轴向叶轮，所述第一和第二轴向叶轮相对于径向叶轮设置在所述管状组件上沿轴向间隔开的位置处，以使径向叶轮在轴向上位于轴向叶轮之间；

其中所述方法包括：

-使得流体流经径向叶轮并将流过径向叶轮的流体转向成沿径向向外远离所述管状组件的外表面；以及

-通过轴向叶轮将轴向推力施加到通过管状组件和孔之间的环形空间的流体上，其中由所述第一轴向叶轮施加到流体上的轴向推力的方向与由第二轴向叶轮施加到流体上的轴向推力的方向相反。

径向叶轮可任选地具有斜坡。