[发明专利]用于水平井的岩屑清理工具及钻具

说明书

本发明涉及一种用于水平井的岩屑清理工具及钻具。该岩屑清理工具包括：中心轴组件，所述中心轴组件的上端和下端构造为用于连接到钻具中的连接端；旋转外筒，所述旋转外筒套设在所述中心轴组件外，在所述中心轴组件与所述旋转外筒之间形成环形空间，在所述旋转外筒的外侧壁上构造有搅流件；以及旋转驱动机构，所述旋转驱动机构设置在所述旋转外筒与所述中心轴组件之间的环形空间内，并与所述旋转外筒和所述中心轴组件相接合，所述旋转驱动机构构造为能驱动所述旋转外筒相对于所述中心轴组件进行转动。

技术领域

本发明涉及油气井钻井技术领域，特别是涉及一种用于水平井的岩屑清理工具。本发明还涉及一种包含该岩屑清理工具的钻具。

背景技术

在水平井的钻进过程中、尤其是在水平井的斜井段和水平井段的钻进过程中，存在轨迹控制要求高、管柱受力复杂以及允许使用的钻井液的密度低等问题。这导致钻进产生的岩屑难以被钻井液带出井眼，容易在井内发生堆积。这导致钻具下入井内的过程容易受阻，作业困难，并导致后期固井的难度很大。另外，尤其是在井眼倾斜(例如，倾斜45°至60°)的情况下，钻井产生的岩屑容易下沉并发生严重堆积，形成岩屑床。这会显著增加钻具在钻进过程中受到的摩阻，甚至导致卡钻或井眼堵塞等复杂的井下事故。另外，这也会增加钻具工作的载荷，并降低钻头的机械钻速，影响钻井液的性能。

尤其是，目前的钻井钻头主要向着提高机械钻速的方向进行发展研究。这会显著提高岩屑的量，并导致上述情况更加容易发生。

为此，目前提出了一些用于在钻进过程中清理岩屑的装置。CN 206860108U记载了一种地热井用携岩工具。该工具在圆柱形的主体外侧构造了多条旋转扶正棱。这些扶正棱通过在环空内转动而产生紊流，同时还碾压岩屑使其变细，由此来提高钻井液携带岩屑的能力。然而，这种工具是随钻杆一起旋转的，旋转速度与钻杆的旋转速度相同，即转速较低。因此，该工具形成紊流的效果较差。另一方面，为了形成一定的紊流，并进行较为有效的碾压，该工具需要具有较大的长度，且只能安装在钻杆处。这使得钻头附近仍旧容易产生岩屑的堆积。因此，这种工具的清理岩屑、提高钻进效果的作用并不明显。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于水平井的岩屑清理工具。通过这种工具能够有效提高水平井(尤其是水平井的斜井段和水平井段)中的岩屑的清理效率。本发明还提出了一种包含该岩屑清理工具的钻具。

根据本发明的第一方面，提出了一种岩屑清理工具，包括：中心轴组件，所述中心轴组件的上端和下端构造为用于连接到钻具中的连接端；旋转外筒，所述旋转外筒套设在所述中心轴组件外，在所述中心轴组件与所述旋转外筒之间形成环形空间，在所述旋转外筒的外侧壁上构造有搅流件；以及旋转驱动机构，所述旋转驱动机构设置在所述旋转外筒与所述中心轴组件之间的环形空间内，并与所述旋转外筒和所述中心轴组件相接合，所述旋转驱动机构构造为能驱动所述旋转外筒相对于所述中心轴组件进行转动。

通过旋转驱动机构能使旋转外筒相对于随钻具旋转的中心轴组件进行进一步转动，以此来实现旋转外筒的相对较快的旋转。这有利于带动旋转外筒上的搅流件发生转动，并由此在钻具与井壁之间的环空内形成紊流。通过所形成的紊流，能够有效地避免岩屑堆积在井内，并使得这些岩屑更容易被钻井液(尤其是密度较低的钻井液)带走。这有利于确保钻井过程的顺利进行，降低钻具受到的摩阻，避免卡钻、井眼堵塞等问题。同时，钻具的工作载荷保持在正常范围内，使得钻进过程能够高效进行。

在一个优选的实施例中，所述旋转驱动机构构造为当所述环形空间内有流体流动经过所述旋转驱动机构时，驱动所述旋转外筒相对于所述中心轴组件发生转动。

在一个优选的实施例中，所述旋转驱动机构包括安装在所述旋转外筒的内侧壁上的涡轮转子，以及安装在所述中心轴组件的外侧壁上的涡轮定子，所述涡轮转子与所述涡轮定子相接合，使得当有流体流动通过所述旋转驱动机构时，能驱动所述涡轮转子相对于所述涡轮定子发生旋转。