[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

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除技术领域，尤其是一种石油、天然气及地质钻水平井用岩屑床清除装置及方法。

背景技术

勘探开发形势的需要推动着井型的演变与发展，如今水平井在油气田勘探开发中所占的比例越来越大。由于水平井钻井过程中水平段的井斜角多为90°，且水平位移较大，由于重力作用使钻柱倾向躺于下井壁，造成钻柱相对于井筒偏心，在下井壁处形成低速流区，使水平段钻井产生的岩屑向上携带困难，容易滞留、聚集、成床，当岩屑床沉积到一定程度，会使钻柱的摩阻和扭矩突然增加，甚至床体滑坡形成堆积，严重时会造成卡钻、托压等井下复杂事故，严重影响或制约钻井施工的正常进行。岩屑床一旦形成，清除难度较大，现阶段清除岩屑床、提高井眼净化程度的系列技术措施还存在诸多不足，尤其对于气体钻井。

目前钻井水平钻进岩屑床清除工具技术，仍主要是利用从钻柱内循环进入环空的高压流体介质，通过对清除工具排屑槽道的不同的改变或优化，实现携带更多的岩屑并清除岩屑床目的。该类清除工具的工作原理，始终是岩屑床处于被动处理的状态，因此工具对岩屑床的破坏或清除效果不够理想。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置及方法，解决石油、天然气及地质钻水平井过程中产生岩屑床的问题，达到有效破坏并清除岩屑床的效果。通过将清除装置的内衬筒设计成偏心结构，使其内衬筒在水平放置时的重心始终处于清除装置的中心线以下。当外壳转动时，内衬筒相对于外壳之间转动，在偏心重力作用下位于内衬筒厚侧壁上的槽孔始终朝下对着岩屑床，当钻柱内的流体通过槽孔、旁通孔喷出即实现对岩屑床的冲击和清除。可通过控制注入钻柱内流体的流量大小，控制本发明装置开启或关闭不同的流体通道，实现在钻井水平钻进中对岩屑床的冲击、清除或正常钻进。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置，它包括外壳，所述外壳上设有若干旁通孔，所述外壳内设有可相对转动的内衬筒，所述内衬筒为外圆壁中心线与内孔中心线不同心的偏心管；在内衬筒的厚侧壁上设有槽孔，所述槽孔在重力作用下与外壳上与旁通孔相对；在内衬筒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配合处于密封状态，当可控单向阀在内衬筒内移动时，使槽孔、旁通孔与内衬筒内部连通或关闭。

由于采用了上述结构，当装置外壳连接于钻柱上随钻柱旋转时，所述设计成偏心结构的内衬筒相对于外壳之间转动，由于偏心重力作用，内衬筒上的槽孔将始终朝向岩屑床一侧。当外壳上的旁通孔、内衬筒的槽孔与内衬筒内部连通时，钻柱内的流体从装置中心线以下的旁通孔喷出，即实现对岩屑床进行冲击和清除堆积岩屑的目的。本发明中的内衬筒内设有可控单向阀，利用可控单向阀阀座上的密封圈密封内衬筒上的槽孔。当可控单向阀在内衬筒内移动时，可使槽孔、旁通孔与内衬套内部连通或关闭。当提高钻柱内的流体排量至设定值，可控单向阀的阀球受到较高排量流体作用压缩阀簧，贴于阀座上将中间流道阻断，流体继续推动阀球和阀座移动，使槽孔、旁通孔与内衬套内部形成通道，流体即由钻柱内经槽孔和旁通孔喷出，冲击清除岩屑床。当使钻柱内流体排量下降到一定值时，阀球在阀簧弹力作用下脱离阀座，使可控单向阀的中间流道重新形成通道，回复弹簧由于流体液压力的降低，在弹力作用下推动阀座回复至原有位置，阀座重新密封槽孔、旁通孔与内衬筒形成的通道，流体则重新由钻柱内经钻头流入环空，进行正常钻进作业。本发明可通过控制注入钻柱内流体的流量大小，控制本发明槽孔、旁通孔与内衬套内部形成通道的开闭，从而实现精确控制对岩屑床的冲击和清除；本发明可有效破坏并清除石油、天然气及地质钻水平井过程中产生的岩屑床。 

本发明的石油天然气钻井水平钻进岩屑床清除装置，所述内衬筒的两端分别通过轴承与外壳内圆壁连接，所述内衬筒的外圆壁与外壳的内圆壁之间设置外密封圈形成动密封；在内衬筒的端部上设有弹簧支座，所述可控单向阀通过回复弹簧连接于弹簧支座上。