[发明专利]一种水平段气体钻井用井眼净化工具

说明书

技术领域

本发明涉及石油工程领域钻井过程中钻水平井井眼净化的工具。

背景技术

在钻大斜度井、水平井、大位移井等倾斜角度较大的井时，容易出现井下岩屑运移困难，发生岩屑滞留、堆积在井眼下方低边方向，形成具有一定长度的岩屑床。岩屑床的形成造成了钻井扭矩加大，施加钻压困难甚至卡钻的危险，导致钻井无法顺利进行，造成巨大的经济损失。

为解决岩屑床的形成，目前已有一些清除岩屑床的工具但其功能并不十分理想：专利CN102220847A公开的旋涡清洁钻杆，具有一定改变环空气体流场的功能，但清洁钻杆对岩屑的举升能力由于涡旋发生器尺寸过小而十分微弱，并且岩屑床堆积在钻铤靠近钻头处已经形成，在钻杆处才改变流场为时已晚。专利CN1318726C披露的一种气体钻水平井用的钻具扶正器，其主要功能实现了减少甚至消除由于偏心环空造成的低速流动区域，从而使岩屑运移出去，具有一定的稳定、减小摩阻的功能，但基于扶正器上修改后的工具对岩屑向上举升的能力十分弱小，宽窄不一的流道只能让悬浮的岩屑通过扶正器，而起不到将堆积的岩屑大量举升至空中的作用。专利CN203285361U描述的一种岩屑床清除器，其清除功能只依靠螺旋流道改变流场方向、速度，不能大量举升岩屑，使大量岩屑再次运移，亦不能研磨岩屑减小岩屑运移的困难。专利CN201738848U描述的钻井用井眼清洁工具，可以实现改变环空流场，再次破碎岩屑床的岩石，但不具有将大量岩屑举升在环空空中进行再次运移的功能。而气体钻水平井过程中，岩屑床比常规钻井更容易形成，因为气体质量小，动能小，流动过程中携带岩屑的能力弱，上述专利技术不能满足气体钻井清洁岩屑床的需要。

目前国内外也有涉及有关井眼清洁工具的设计，其设计原理大致分为两类：一种是添加螺旋形工具，其目的是改变环空流场，将稳定流动的流体改变为紊乱流，从而增加流体携岩能力（陈锋，狄勤丰，袁鹏斌等. 高效岩屑床清除钻杆作用机理[J]. 石油学报，2012，33(2): 298-303）。另一种是在工具上造成“斜U”型槽，其目的是加大工具将沉积的岩屑从岩屑床举升到环空空中的能力，可以造成岩屑的二次运移（王智锋. 复杂结构井岩屑床清除技术[J]. 石油钻采工艺，2009，31(1): 102-104；孙浩玉. 岩屑床清除器设计及其流场仿真研究[J]. 石油机械，2009，37(12): 38-41）。所涉及的特殊工具或新结构扶正器在一定程度上具备一定清洁岩屑床的功能，但不能很好满足气体钻水平井清理岩屑床的需求，因为在气体钻水平井过程中，岩屑颗粒受到流体的浮力、冲击力远远小于常规泥浆钻井，单位体积气体的动能也小于钻井液的动能。

由此可见，目前少有能将改变流场、再次破岩以及举升岩屑至环空空中的清洁岩屑床的工具。而气体钻井形成的岩屑床相对于液体钻井而言，更难清理，针对气体钻水平井时形成的岩屑床，还需要更有效的清洁工具。

目前针对气体钻水平井井眼净化的研究表明，加强井眼净化率的方法有以下几种方式：1、设计螺旋流道，改变环空气体流场，使之成为非稳定流，增加绕动，提高气体携岩能力。2、设计螺旋键槽，提高清洁短接旋转时举升岩屑的能力，使大量岩屑被抬到环空空中，造成再次运移。3、研磨岩屑，减小岩屑平均粒径，使岩屑更容易被携带。4、加大空压机注气量，增加环空气体流速。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水平段气体钻井用井眼净化工具，原理可靠，结构合理，不仅使大量岩屑再次运移，同时研磨岩屑，使岩屑粒径尺寸减少，从而增强岩屑被气体携带运移的能力，适用于气体钻井和液体钻井工况下的钻水平井井眼净化工艺，弥补了现有技术的缺陷和不足，具有广阔的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

本发明采用复合结构螺旋流道，不但增大气体流速还可增强环空气体的绕动流动，增大气体的携岩能力；在螺旋流道的迎风面设计斜U型凹槽，在旋转过程中斜U型凹槽可将岩屑床的岩屑大量举升到环空空中，达到使大量岩屑再次运移的目的；在螺旋流道扶正条外表面嵌入大小不同的合金齿，增强旋转过程中对岩屑的研磨，达到进一步研磨岩屑，使岩屑粒径尺寸减少，从而达到增强岩屑被气体携带运移能力的目的。

一种水平段气体钻井用井眼净化工具，由主体、螺旋流道、合金齿以及接头组成，所述主体为圆柱型，其外径为15cm~30cm，长度为80cm~120cm，主体两端是接头，所述螺旋流道位于主体上，所述螺旋流道的宽度为7~14cm，深度为5~10cm。