[发明专利]一种水力与机械复合可控式岩屑床清除工具

说明书

本发明公开了一种水力与机械复合可控式岩屑床清除工具，在外壳体外部设有螺旋槽道、钻井液喷射孔，在钻井液喷射孔内部安装有喷头。在外壳体内部设有滑套、大直径弹簧、轴承盖、等厚偏心圆筒，在等厚偏心圆筒两端装有深沟球轴承，在偏心圆筒内部设有推进筒、弹簧挡环、小直径弹簧。本发明结合了大斜度井、大位移井、水平井等钻进过程中岩屑床形成原理和岩屑运移规律，采用基于流量控制的钻井液喷射机构控制钻井液流量，从而达到提高环空返速、搅动沉积岩屑的效果。相较于常规机械式岩屑床清除工具，其不仅可以有效地解决长距离水平钻进过程中岩屑沉积而导致的卡钻、形成泥包等问题，还能达到清洗钻杆与井眼、控制环空流速提高钻井效率的目的。

技术领域

本发明涉及石油天然气钻大斜度井、水平井、大位移井以及复杂结构井钻进过程中岩屑床清除技术领域，特别涉及一种石油、天然气、页岩气及其他地质钻水平井用岩屑床清除工具。

技术背景

岩屑床是在钻水平井、大斜度井、大位移井、复杂结构井时钻头不断破碎岩石形成的岩屑颗粒，岩屑颗粒在重力作用下沉积在水平井、大斜度井、大位移井、复杂结构井等的下井壁而形成的。在日常钻井过程中，如果不能很好的清除岩屑床或者是控制其形成则会造成诸多钻井问题，如：①增加环空泥浆固相含量，减小环空间隙，形成椭圆井眼，造成憋泵以及降低钻速，增加起下钻的抽吸压力；②易形成键槽和台阶，造成井下事故；③钻井中悬重和钻压失真；④造成扶正器、钻铤扭矩增大或扶正器泥包，导致憋钻；⑤岩屑下沉造成砂卡或粘卡；⑥导致旋转与推进摩阻增大，致使钻柱和套管磨损加剧；⑦对钻柱施加钻压困难及地面驱动设备扭矩不足，影响钻进的效果；⑧使套管下入、固井作业困难，水泥封固井质量变差，各类测试工具和测试仪器工作受阻等问题。

为了解决岩屑床带来的问题，目前主要采取以下措施：①提高返速法，环空上返速度越高,越有利于清除岩屑，但返速太高，易造成上部松软地层垮塌掉块，同时对钻井设备和钻具也提出了更高的要求；②改善泥浆性能法，一般采用正电胶泥浆体系,通过降低泥浆流性指数，提高动塑比，改善泥浆携岩性能，增强悬浮携带能力，但泥浆性能调整范围有限需要额外添加钻井液外加剂，使得钻井成本增加，而且较高的钻井液动塑比容易压漏地层，造成井漏；③采用定时定井段的短起下钻，分段循环和划眼等措施，即对岩屑床不太严重的井段,可采用短起下钻，但是在起下钻具的过程中耗费较多的时间，影响钻进效率，间接增加钻井成本。上述几种方法，虽然对清除岩屑很有利，能达到清除岩屑床的效果，但却会带来对钻井设备与钻具要求提高、钻井成本增加以及耗时较长影响钻井效率等问题。同样达不到快速、稳定、高效清除岩屑床，从而达到优质钻井的目的。

总结目前现有岩屑床清除工具存在如下问题：(1)大多采用纯机械式的岩屑床清除工具清除井筒环空底部沉积的岩屑，有少部分采用水力射流的方式清除岩屑床，但是整体效果都欠佳；(2)现有的岩屑床清除工具并没有针对各井段不同的岩屑沉积情况，通过同一工具采用不同的清除方式来分别针对性地进行清除；(3)极少有只针对岩屑床进行水力清除，而不影响井筒上壁面，且是通过通入流量大小来控制清除机构开启与关闭的岩屑床清除工具；(4)目前，也极少有采用机械与水力射流相结合的方式来清除岩屑床的工具，且都是被动式，更无法根据不同岩屑床情况实现主动式可控操作。因此，有必要发明一种新型的岩屑床清除工具，实现机械与水力喷射相结合，且可针对不同的岩屑沉积情况，实现主动操作，从而采用不同的清除方式更加有效地清除岩屑床，提高钻井效率。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有岩屑床清除工具所存在的问题，并根据岩屑床的形成机理，提供一种机械与水力作用相结合且可针对不同井段岩屑沉积的不同情况采用不同的方式清除岩屑的岩屑床清除工具，解决石油、天然气、页岩气及地质钻水平井过程中产生岩屑床的问题，从而解决在钻井过程中由于岩屑床的形成而导致的一系列钻井问题。

本发明采用如下技术方案：