[发明专利]冲击式岩屑床清除工具

说明书

本发明涉及井眼清洁工具技术领域，是一种冲击式岩屑床清除工具，其包括中心杆和外筒，中心杆上部外侧和外筒上端内侧传动连接在一起，且外筒能相对于中心杆上下移动。本发明结构合理而紧凑，通过冲击发生组件的设置可使冲击驱动组件相对于中心杆周期性上下往复运动，冲击驱动组件使得螺旋短节周期性上下往复运动，进而使螺旋短节对岩屑床周期性的产生向下的撞击力，使其在清除岩屑床时具有良好的破岩效果；通过在螺旋短节上设置螺旋角上大下小的切削刃，以增强其上端螺旋槽的携岩能力，促进岩屑向井口输送，同时使其下端更利于刮削岩屑床和搅动钻井液使岩屑不容易聚集凝结，进而能更快清除岩屑床。

技术领域

本发明涉及井眼清洁工具技术领域，是一种冲击式岩屑床清除工具。

背景技术

随着钻井技术的提高，各类结构比较复杂的井如定向井、水平井、大位移井等应运而生并且日益增加，为石油工业的加速发展提供了有力的条件；但与此同时，新的问题也层出不穷。由于该类井井斜角大、水平位移大，特别是大斜度井、大位移井，具有很大的水平位移和很长的高井斜稳斜井段，岩屑在自身重力的作用下容易在环空内沉积，形成一层岩屑床。

岩屑床形成后，增加了环空钻井液中的固相含量，减小了环空间隙，容易引起蹩泵。而且岩屑床的存在会使钻具下部的扶正器产生相当大的扭矩或造成扶正器泥包，从而导致卡钻。岩屑床的存在还会使下井测井仪器等受阻，施工成功率下降甚至难以进行；会使下套管、固井作业困难，水泥封固质量差。井斜角大于45°范围内的大井斜井段，最容易出现岩屑轴线上返速度为零、轴向滑向钻进方向的滑落速度大于零、沉向井底低边的沉降速度大于零而形成岩屑床，并且常发生岩屑床向钻进方向滑动的情况，易造成井下复杂情况，乃至钻进困难的现象发生。

针对岩屑清除难的问题，作业现场普遍采用以下四种方法清洁井眼：改善钻井液流变性能、提高钻井液返速、短程起下钻具和使用带有切削装置的井眼清洁工具。但上述方式容易导致松软地层垮塌或掉块，增加井下作业风险。其中前两种方式对钻井液携岩能力和悬浮能力的改善是有限的；而通过短程起下钻具、倒划眼等措施清除岩屑床会影响正常作业周期，增加钻井成本；使用带有切削装置的井眼清洁工具，利用边钻、边旋转的办法确实能够有效地搅动岩屑床、改变流场，但其携岩能力较差，会增加钻柱扭矩沿程损失，使钻头破岩扭矩减小且有泥包风险，在水平段、高造斜井段中钻柱通常会躺在下井壁上，没有辅助破岩功能影响切削装置发挥刮削岩屑床的功能。

发明内容

本发明提供了一种冲击式岩屑床清除工具，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有定向井、大位移井和水平井钻井过程中岩屑床清除困难，没有辅助破岩功能清除岩屑床时工作效率不高的问题。进一步解决了现有岩屑床清除工具携岩能力较差的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种冲击式岩屑床清除工具，包括中心杆和外筒，中心杆上部外侧和外筒上端内侧传动连接在一起，且外筒能相对于中心杆上下移动，外筒下部内侧设有安装环槽，安装环槽内从上至下安装有套装于中心杆下部外侧的冲击发生组件和冲击驱动组件，且冲击发生组件既能与中心杆同步转动又能相对于中心杆上下移动，冲击驱动组件能随着冲击发生组件的转动而周期性上下往复运动，外筒下方设有下接头，外筒和下接头之间固定安装有至少一节螺旋短节，首节螺旋短节上端与冲击驱动组件下端相抵。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述冲击发生组件可包括弹性部件和凸轮筒，安装环槽上部内侧从上至下依次设有套装于中心杆外侧的弹性部件和凸轮筒，且凸轮筒既能与中心杆同步转动又能相对于中心杆上下移动，凸轮筒下侧面沿圆周交替均布有凸起部和凹槽部；冲击驱动组件包括底座和滚子，对应凸轮筒下方位置的中心杆外侧套装有底座，底座上侧面设有开口向上的环形滚槽，环形滚槽内沿圆周均布有至少两个滚子，每个滚子上端分别与凸起部和凹槽部对应位置相抵。

上述凸轮筒可包括推力筒、凸轮盘和螺栓，对应弹性部件下端位置的中心杆外侧从上至下设有推力筒和凸轮盘，推力筒下端和凸轮盘上端通过螺栓固定安装在一起，凸轮盘下侧面沿圆周交替均布有凸起部和凹槽部。