CN103775009A - 随钻动力岩屑床清除器 - Google Patents

Abstract

随钻动力岩屑床清除器包括壳体、螺杆、万向轴、中心轴、密封装置、轴承、旁通孔、主动齿轮、行星齿轮、切削滑套；螺杆、万向轴和中心轴依次连接后安装在壳体内部，中心轴内部为中空结构，中心轴上加工旁通孔，主动齿轮安装在中心轴上，与主动齿轮对应的壳体周向均设两个以上的行星齿轮，与行星齿轮对应的壳体外部套装切削滑套，切削滑套外部加工安装切削棱，主动齿轮、行星齿轮和切削滑套内壁凸起的齿圈形成依次啮合连接。本发明的清除器在当钻井液经过时，或者旋转钻进状态下，或者滑动钻进状态时，均能转动刮切岩屑床，且随钻动力岩屑清除器能传递钻压和扭矩，驱动井底钻头破岩。具有结构设计简单可靠、加工方便、传递扭矩大、运行平稳等特点。

Description

随钻动力岩屑床清除器

技术领域

本发明属于随钻动力岩屑床清除器主要涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业领域。

背景技术

钻井过程中，岩屑床的形成会造成很多钻井问题，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；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。此外，岩屑下沉造成砂卡或粘卡，影响钻井安全。

目前清除岩屑床的方法主要包括，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；③机械清除法，有顶部驱动设备的可利用边起钻边转动钻具的办法搅动岩屑床，同时循环泥浆清除岩屑床；在没有顶驱条件下，则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；对岩屑床比较厚的，短起一段，然后循环一段，再起一段，再循环一段，即“赶砂效应法”，如果效果不明显，则采取倒划眼和柔性钻具通井来改善井眼状况。将上述几种方法结合，虽然对清岩很有利，但却造成钻井工艺的复杂，而机械清除法短时间内必须起下钻，虽能起到清屑效果，却要花费很多时间在起下钻上，严重影响了钻井的效率，同样达不到快速，优质钻井的目的。钻柱式岩屑床清除工具（ZL200420038779.8）安装在钻具组合中，当钻柱处于旋转钻进状态时，钻柱式岩屑床清除工具随钻柱同时旋转，破坏清除岩屑床，由于其动力来源于钻柱扭矩，因此使得钻柱扭矩沿程损失增加，井底钻头破岩扭矩减小；但当钻柱处于滑动钻进状态时，钻柱式岩屑床清除工具虽然也能滑动刮切岩屑床，但V形扶正棱的结构增大了钻柱滑动摩阻力，从而影响了钻井效率的提高。

发明内容

针对提高返速法易造成松软地层垮塌掉块，改善泥浆性能法成本高，机械清除法短起下影响钻井效率等问题，本发明的目的是为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等施工现场提供随钻动力岩屑床清除器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：随钻动力岩屑床清除器，包括壳体、螺杆、万向轴、中心轴、密封装置、轴承、旁通孔、主动齿轮、行星齿轮、切削滑套；螺杆、万向轴和中心轴依次连接后安装在壳体内部，中心轴内部为中空结构，中心轴上加工旁通孔，主动齿轮安装在中心轴上，与主动齿轮对应的壳体周向均设两个以上的行星齿轮，与行星齿轮对应的壳体外部套装切削滑套，切削滑套外部加工安装切削棱，主动齿轮、行星齿轮和切削滑套内壁凸起的齿圈形成依次啮合连接

上述方案进一步包括：中心轴与壳体内壁之间、切削滑套与壳体之间均设有轴向密封和轴承；壳体上的行星齿轮为三个并呈120度均布。

切削滑套外部加工安装成对切削棱，并呈斜直棱或螺旋棱形式，上部切削棱旋转方向与下部切削棱旋转方向相反。

中心轴与壳体内壁之间、切削滑套与壳体之间的轴向密封腔内充满润滑油。

旁通孔是沿中心轴自外向内向下倾斜的。

随钻动力岩屑床清除器根据需要安装在钻具组合中，当钻井液经过随钻动力岩屑清除器时，液压马达开始旋转并驱动中心轴转动，由于主动齿轮安装在中心轴上，且与行星齿轮啮合，同时行星齿轮又与切削滑套内部齿圈啮合，因此中心轴旋转带动主动齿轮转动，经过行星齿轮、切削滑套内部齿圈传动后，驱动切削滑套转动，随着切削滑套的旋转，岩屑床被不断的刮切破坏清除，同时改变流场，提高岩屑的上返速度。当钻柱处于旋转钻进状态时，随钻动力岩屑清除器随钻具组合转动的同时，切削滑套仍能转动刮切岩屑床；当钻柱处于滑动钻进状态时，随钻动力岩屑清除器壳体不转，但切削滑套继续转动刮切岩屑床，从而减小了对钻柱滑动摩阻力的影响。并且无论是旋转钻进还是滑动钻进状态，随钻动力岩屑清除器都能够传递钻压和扭矩，驱动井底钻头破岩。

随钻动力岩屑清除器还具有结构设计简单可靠、加工方便、运行平稳等特点。

附图说明

图1是依据本发明所提出的随钻动力岩屑清除器结构示意图。

图2是依据本发明所提出的随钻动力岩屑清除器切削滑套展开平面示意图。

图中1-壳体、2-螺杆、3-万向轴、4-中心轴、5-密封装置、6-轴承、7-密封装置、8-旁通孔、9-轴承、10-主动齿轮、11-行星齿轮、12-切削滑套、13-切削棱

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明。

如图1，螺杆2、万向轴3、中心轴4安装在壳体1内部，中心轴4与壳体1内壁之间安装密封装置7和轴承9，中心轴4上加工旁通孔8，中心轴4内部为中空结构，主动齿轮10安装在中心轴4上，三个行星齿轮11安装在壳体1内，并呈120度均布，主动齿轮10同时与三个行星齿轮11啮合，切削滑套12安装在壳体1外部，切削滑套12与壳体1外壁之间安装密封装置5和轴承6，切削滑套12内壁加工齿圈，并与行星齿轮11啮合。

如图2，切削滑套12外部加工安装切削棱13，上部切削棱13旋转方向与下部切削棱13旋转方向相反。

随钻动力岩屑床清除器根据需要安装在钻具组合中，当钻井液经过随钻动力岩屑清除器时，液压马达开始旋转并驱动中心轴转动，由于主动齿轮安装在中心轴上，且与行星齿轮啮合，同时行星齿轮又与切削滑套内部齿圈啮合，因此中心轴旋转带动主动齿轮转动，经过行星齿轮、切削滑套内部齿圈传动后，驱动切削滑套转动，随着切削滑套的旋转，岩屑床被不断的刮切破坏清除，同时改变流场，提高岩屑的上返速度。当钻柱处于旋转钻进状态时，随钻动力岩屑清除器随钻具组合转动的同时，切削滑套仍能转动刮切岩屑床；当钻柱处于滑动钻进状态时，随钻动力岩屑清除器壳体不转，但切削滑套继续转动刮切岩屑床，从而减小了对钻柱滑动摩阻力的影响。并且无论是旋转钻进还是滑动钻进状态，随钻动力岩屑清除器都能够传递钻压和扭矩，驱动井底钻头破岩。

Claims (5)

1.随钻动力岩屑床清除器，其特征是：包括壳体、螺杆、万向轴、中心轴、密封装置、轴承、旁通孔、主动齿轮、行星齿轮、切削滑套；螺杆、万向轴和中心轴依次连接后安装在壳体内部，中心轴内部为中空结构，中心轴上加工旁通孔，主动齿轮安装在中心轴上，与主动齿轮对应的壳体周向均设两个以上的行星齿轮，与行星齿轮对应的壳体外部套装切削滑套，切削滑套外部加工安装切削棱，主动齿轮、行星齿轮和切削滑套内壁凸起的齿圈形成依次啮合连接。

2.根据权利要求1所述的随钻动力岩屑床清除器，其特征是：中心轴与壳体内壁之间、切削滑套与壳体之间均设有轴向密封和轴承；壳体上的行星齿轮为三个并呈120度均布。

3.根据权利要求1或2所述的随钻动力岩屑床清除器，其特征是：切削滑套外部加工安装成对切削棱，并呈斜直棱或螺旋棱形式，上部切削棱旋转方向与下部切削棱旋转方向相反。

4.根据权利要求3所述的随钻动力岩屑床清除器，其特征是：中心轴与壳体内壁之间、切削滑套与壳体之间的轴向密封腔内充满润滑油。

5.根据权利要求4所述的随钻动力岩屑床清除器，其特征是：旁通孔是沿中心轴自外向内向下倾斜的。

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