[发明专利]一种石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置及方法

权利要求书

1.一种石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置，其特征在于：它包括外壳（401），所述外壳（401）上设有若干旁通孔（405），所述外壳（401）内设有可相对转动的内衬筒（404），所述内衬筒（404）为外圆壁中心线与内孔中心线不同心的偏心管；在内衬筒（404）的厚侧壁上设有槽孔（411），所述槽孔（411）在重力作用下与外壳（401）上与旁通孔（405）相对；在内衬筒（404）内设有可相对移动的可控单向阀，所述可控单向阀的外圆壁与槽孔（411）配合处于密封状态，当可控单向阀在内衬筒（404）内移动时，使槽孔（411）、旁通孔（405）与内衬筒（404）内部连通或关闭。

2.如权利要求1所述的石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置，其特征在于：所述内衬筒（404）的两端分别通过轴承（408）与外壳（401）内圆壁连接，所述内衬筒（404）的外圆壁与外壳（401）的内圆壁之间设置外密封圈（403）形成动密封；在内衬筒（404）的端部上设有弹簧支座（410），所述可控单向阀通过回复弹簧（407）连接于弹簧支座（410）上。

3.如权利要求2所述的石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置，其特征在于：所述可控单向阀包括阀座（412）、阀球（413）和阀簧（414），所述阀座（412）的底部与回复弹簧（407）连接，所述阀座（412）的外圆壁设有内密封圈（406），使阀座（412）的外圆壁与槽孔（411）配合处于常密封状态，在阀座（412）内设有中间流道，在所述中间流道内设有阀簧（414），所述阀簧（414）上设连接有阀球（413），所述阀簧（414）的弹力小于回复弹簧（407）的弹力。

4.如权利要求1至3之一所述的石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置，其特征在于：所述旁通孔（405）均布于外壳（401）的同一圆周上，且所述旁通孔（405）倾斜地布置于外壳（401）上，使旁通孔（405）的中心线与外壳（401）的中心线形成15°-75°的夹角。

5.如权利要求4所述的石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置，其特征在于：所述旁通孔（405）为4-8个，且均布于外壳（401）的同一圆周上。

6.如权利要求1至3之一或5所述的石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置，其特征在于：所述槽孔（411）设于内衬筒（404）的厚侧壁上，且在内衬筒（404）的同一圆周上，所述槽孔（411）是沿内衬筒（404）中心轴方向的夹角为90°的扇面槽孔，该扇面槽孔以内衬筒（404）的外圆壁中心点为圆心。

7.一种石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除方法，将权利要求1至6之一所述的石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置安装于钻柱（2）上，钻柱（2）在水平井中钻进，其特征在于：

当水钻井平井中的岩屑床（3）未形成，钻柱（2）所受摩擦阻力和扭矩满足标准值，并符合钻进要求，则保持钻柱（2）内当前流体排量为60-80m3/min，使钻柱（2）正常钻进；此时作用于可控单向阀上的压力值未达到使阀簧（414）收缩的启动压力值，可控单向阀的中间流道通畅，阀座（412）的外圆壁、内密封圈（406）使槽孔（411）配合处于密封状态，流体由钻柱（2）内经钻头流入环空；

当钻井水平钻进中的岩屑床（3）形成，钻柱（2）所受的摩擦阻力和扭矩超过标准值，出现钻柱（2）的钻速降低，或者阻卡钻具无法正常钻进时，则控制钻柱（2）内的流体排量增加40-60 m3/min，阀簧（414）先达到其启动压力值并收缩，使阀球（413）贴于阀座（412）上将中间流道阻断，若作用于可控单向阀上的压力值达到使回复弹簧（307）收缩的启动压力值时，则阀座（412）压缩回复弹簧（307），使阀座（412）相对于内衬筒(404)移动；否则，再次加大流体排量至150-200 m3/min，直至作用于可控单向阀上的压力值达到使回复弹簧（307）收缩的启动压力值，使阀座（412）压缩回复弹簧（307），使阀座（412）相对于内衬筒(404)移动，此时的使槽孔（411）、旁通孔（405）与内衬套（404）连通形成通道，流体由钻柱（2）内经槽孔（411）和旁通孔（405）喷出环空，冲击岩屑床（3）；

当水平井中的岩屑床（3）清除完后，控制钻柱（2）内的流体排量为60-80m3/min，阀球（413）在阀簧（414）弹力作用下脱离阀座（412），可控单向阀的中间流道重新形成通道，回复弹簧（407）推动阀座（412）恢复至原有位置，使流体重新由钻柱（2）内经钻头流入环空，进行正常钻进；

在钻柱（2）的钻进过程中，外壳（401）随钻柱（2）保持旋转状态，内衬筒（404）在偏心重力作用下相对于外壳（401）转动，使内衬筒（404）的厚侧壁上的槽孔（411）始终朝向水平井的下井壁。