基于随钻岩屑二次破碎减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种基于随钻岩屑二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其技术方案是提出采用岩屑二次破碎减小环空岩屑粒径的新方法，该方法对岩屑进行二次破碎，降低岩屑粒径于1mm以下，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的。利用新方法，开发一种岩屑二次破碎工具，所述工具本体包括轴肩、中颈、接头、过渡导流坡面、破屑台。本发明采用减小环空岩屑粒径的新方法，利用工具上镶嵌的硬质合金齿与下井壁的周向相对转动，对岩屑颗粒产生挤压并导致其破碎，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的。本方法对长水平段水平井、大斜度井、大位移井减摩降阻提速和延伸钻进能起到重要作用。
【专利说明】
基于随钻岩屑二次破碎减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具
技术领域
[0001]本发明涉及石油天然气勘探开发领域，特别涉及一种基于随钻岩肩二次破碎的长水平段水平井、大斜度井、大位移井减摩降阻提速和延伸钻进新方法。
技术背景
[0002]随着国内薄层低压油气藏的开发需求，水平井、大斜度井、大位移已广泛应用于石油天然气勘探开发领域中。然而，在钻井过程中存在诸如井眼清理不合格及沿程摩阻过大等关键技术问题，对高效安全钻井形成了极大的威胁。
[0003]在水平井、大斜度井、大位移中，环空岩肩易导致固相堆积成岩肩床。岩肩床的存在曾屡次引起接单根困难、起下钻遇阻遇卡、蹩钻等事故。若能及时清理岩肩床，防止岩肩堆积将能避免诸多井下事故。同时，由于在水平井、大斜度井、大位移中钻柱的重力作用，钻柱与井眼的低边接触，造成钻柱与井壁间的摩阻较大，滑动钻进时加不上钻压，机械钻速很低，旋转钻进时扭矩很大，造成钻柱过载失效，以及钻柱与套管磨损等问题。如何有效地减小摩阻、给钻头施加钻压，以提高机械钻速及井眼的延伸长度对于油气开发具有重要意义。
[0004]目前普遍采用改变各类工况参数来实现长水平段水平井、大斜度井、大位移井减摩降阻提速和井眼清理的效果，诸如提高钻井栗排量、钻杆旋转速度及泥浆粘度等方法。这些方法虽能达到一定程度的效果，但成本较高，而且会造成井壁不稳定及钻柱过度摩损等问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:一种基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，提出采用岩肩二次破碎减小环空岩肩粒径的新方法，该新方法对岩肩进行二次破碎，降低岩肩粒径于Imm以下，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的。利用新方法，开发一种岩肩二次破碎工具，所述工具本体包括轴肩、中颈、接头、过渡导流坡面、破肩台。其特征在于:本发明提出采用岩肩二次破碎减小环空岩肩粒径的新方法。该新方法是通过岩肩运移的室内实验研究，发现岩肩粒径越小，岩肩越容易运移，粒径小于3mm运移效率大大提高，粒径在0.1mm?Imm之间运移效率更高。同时，在不同粒径下钻柱与井壁的摩擦系数实验研究中，发现岩肩粒径越小，摩擦系数越小，粒径在0.1mm?Imm之间摩擦系数相对较小。该新方法通过岩肩二次破碎工具将岩肩二次破碎，降低岩肩粒径于Imm以下，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的。
[0007]所述的二次破碎工具的本体为一空心圆柱体，外径变径形成两端轴肩和中颈，设置接头一端为入口轴肩，另一端为出口轴肩。入口轴肩和出口轴肩与中颈间设置有过渡导流坡面，用于平滑过渡。破肩台位于中颈中部，占中颈轴向长度的1/2至3/5，岩肩二次硬质合金镶齿布于破肩台上，按照破碎机理及特征，可将工具分为:常规岩肩二次破碎工具、双节岩肩二次破碎工具、斜面岩肩二次破碎工具、V型棱岩肩二次破碎工具。
[0008]常规岩肩二次破碎工具的硬质合金镶齿交错均布于破肩台上，齿型为直径10?20mm的圆齿、锥齿及马蹄齿，齿数在20至100颗，齿的顶部低于两端轴肩I?5mm。
[0009]双节岩肩二次破碎工具涵有两个破肩台，硬质合金镶齿交错均布于破肩台上，齿型为直径5?15mm的圆齿，每个破肩台的齿数在20至100颗，前破肩台低于两端轴肩0.5?4mm，后破肩台于两端轴肩I?5mm。所述前破肩台和后破肩台用于筛分不同粒径的岩肩颗粒，实现不同粒径岩肩的同时破碎。
[0010]斜面岩肩二次破碎工具的破肩台为倾角1°?3°的斜凸台，硬质合金镶齿交错均布排列于斜凸台上，齿型为直径5?15mm的圆齿，齿数共计在60至150颗。所述的斜凸台能筛分不同粒径的岩肩颗粒，实现不同粒径岩肩的同时破碎。
[0011]V型棱岩肩二次破碎工具的破肩台为等间距排列4?6条V型棱柱，硬质合金镶齿均布于棱柱上，齿型为直径为3~10mm的圆齿，每根棱柱上的齿数在70至120，齿的顶部低于两端轴肩I?5mm J型棱柱设计能对岩肩进行破碎的同时产生螺旋状紊态强旋流流动，达到分散破碎的效果。
[0012]由于上述技术方案，本发明具有以下优点:(I)本发明提出采用岩肩二次破碎减小环空岩肩粒径的新方法，该新方法是对岩肩进行二次破碎，降低岩肩粒径于Imm以下，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的。(2)采用岩肩二次破碎减小环空岩肩粒径的新方法，配套一种岩肩二次破碎工具，该工具利用破肩台上镶嵌的硬质合金齿与下井壁的周向相对转动，对岩肩颗粒产生挤压并导致其破碎，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的。部分工具能实现筛分不同粒径的岩肩颗粒实现不同粒径岩肩的同时破碎和对岩肩进行破碎的同时产生螺旋状紊态强旋流流动达到分散破碎的作用。
【附图说明】
[0013]图1为不同粒径的岩肩床厚度变化图；
图2为不同粒径条件下井壁对钻杆的摩擦系数；
图3为普通岩肩二次破碎工具结构示意图；
图4为双节岩肩二次破碎工具结构示意图；
图5为斜面岩肩二次破碎工具结构示意图；
图6为V型棱岩肩二次破碎工具结构示意图图7为岩肩破碎工具破碎机理示意图；
图8为岩肩破碎工具筛分破碎机理不意图；
图9为岩肩破碎工具分散破碎机理不意图。
[0014]图中:1.轴肩，1.1.入口轴肩，1.2.出口轴肩，2.中颈，3.接头，4.过渡导流坡面，
5.破肩台，5.1.前破肩台，5.2后破肩台，5.3斜凸台，6.圆齿，7.锥齿，8.马蹄齿，9.V型棱柱。
[0015]具体实施方法
以下结合附图对本发明详细说明和阐述。
[0016]本发明实施例提供了一种基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，提出采用岩肩二次破碎减小环空岩肩粒径的新方法，该新方法是对岩肩进行二次破碎，降低岩肩粒径于Imm以下，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的。利用新方法，开发一种岩肩二次破碎工具，所述工具本体包括轴肩1、中颈2、接头3、过渡导流坡面4、破肩台5。其特征在于:
如图1、图2所示，本发明提出采用岩肩二次破碎减小环空岩肩粒径的新方法。该新方法是通过岩肩运移的室内实验研究提出来的，实验发现岩肩粒径越小，岩肩越容易运移，粒径小于3mm运移效率大大提高，粒径在0.1mm?Imm之间运移效率更高。同时，在不同粒径下钻柱与井壁的摩擦系数实验研究中，发现岩肩粒径越小，摩擦系数越小，粒径在0.1mm?Imm之间摩擦系数相对较小。该新方法是通过岩肩二次破碎工具将岩肩二次破碎，降低岩肩粒径于Imm以下，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的。
[0017]如图3所示，所述的二次破碎工具的本体为一空心圆柱体，外径变径形成两端轴肩I和中颈2，设置接头3—端为入口轴肩1.1，另一端为出口轴肩1.2。入口轴肩1.1和出口轴肩
1.2与中颈2肩设置有过渡导流坡面4，用于平滑过渡。破肩台5位于中颈2中部，占中颈2轴向长度的1/2至3/5，岩肩二次硬质合金镶齿位于破肩台5上，按照破碎机理及特征，可将工具分为:常规岩肩二次破碎工具、双节岩肩二次破碎工具、斜面岩肩二次破碎工具、V型棱岩肩二次破碎工具。
[0018]如图3所示，常规岩肩二次破碎工具的硬质合金镶齿交错均布于破肩台5上，齿型为直径10?20mm的圆齿6、锥齿7及马蹄齿8，齿数在20至100颗，齿的顶部低于两端轴肩I?5mm ο
[0019]如图4所示，双节岩肩二次破碎工具具有两块破肩台5，硬质合金镶齿交错均布于破肩台5上，齿型为直径5?15mm的圆齿，每个破肩台5的齿数在20至100颗，前破肩台5.1低于两端轴肩0.5?4_，后破肩台5.2低于两端轴肩I?5mm。所述前破肩台5.1和后破肩台5.2用于筛分不同粒径的岩肩颗粒，实现不同粒径岩肩的同时破碎。
[0020]如图5所示，斜面岩肩二次破碎工具的破肩台5为倾角1°?3°的斜凸台5.3，硬质合金镶齿交错均布排列于斜凸台5.3上，齿型为直径5?15mm的圆齿，齿数共计在60至150颗。所述的斜凸台5.3能筛分不同粒径的岩肩颗粒，实现不同粒径岩肩的同时破碎。
[0021]如图6所示，V型棱岩肩二次破碎工具的破肩台5为按照等间距排列4?6条V型棱柱9，硬质合金镶齿均布于棱柱上，齿型为直径为3?1mm的圆齿，每根棱柱上的齿数在70至120，齿的顶部低于两端轴肩I?5mm J型棱柱设计能对岩肩进行破碎的同时产生螺旋状紊态强旋流流动，达到分散破碎。
[0022]本发明实施例的工作原理:在长水平段水平井、大斜度井、大位移井关键井段中安装一根岩肩破碎工具，工具在钻柱的旋转带动下承受扭矩M，以稳定转速旋转。构成岩肩床的岩肩颗粒C在钻井液的带动下，按箭头方向F到达工具的与下井壁A的环空间隙。岩肩二次破碎工具的破碎作用如图7所示，工具因同岩肩颗粒和下井壁存在周向相对运动，对岩肩颗粒产生挤压并导致其破碎。工具的筛分破碎作用如图8所示，岩肩颗粒因受到硬质合金镶齿顶部与下井壁A的间距限制，大颗粒Cl位于前破肩台下方，小颗粒C2位于后破肩台下方，达到筛分并破碎不同粒径的效果。工具的携岩作用如图9所示，因工具的旋转，V型棱柱产生螺旋状紊态强旋流流动，并将岩肩颗粒C携带上返至上环空，达到分散破碎。
[0023]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，提出采用岩肩二次破碎减小环空岩肩粒径的新方法，该新方法对岩肩进行二次破碎，降低岩肩粒径于Imm以下，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提高钻井速度的目的；该新方法配套一种岩肩二次破碎工具，所述工具本体包括轴肩、中颈、接头、过渡导流坡面、破肩台。2.如权利要求1所述基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，提出采用岩肩二次破碎减小环空岩肩粒径的新方法;该新方法是通过岩肩运移的室内实验研究，发现岩肩粒径越小，岩肩越容易运移，粒径小于3mm运移效率大大提高，粒径在0.1mm?Imm之间运移效率更高；同时，在不同粒径下钻柱与井壁的摩擦系数实验研究中，发现岩肩粒径越小，摩擦系数越小，粒径在0.1mm?Imm之间摩擦系数相对较小；该新方法通过岩肩二次破碎工具将岩肩二次破碎，降低岩肩粒径于Imm以下，达到减少摩阻、增强延伸钻进能力、提尚钻井速度的目的。3.如权利要求1所述基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，所述的二次破碎工具的本体为一空心圆柱体，外径变径形成两端轴肩和中颈，设置接头一端为入口轴肩，另一端为出口轴肩；入口轴肩和出口轴肩与中颈间设置有过渡导流坡面，用于平滑过渡;破肩台位于中颈中部，占中颈轴向长度的1/2至3/5，岩肩二次硬质合金镶齿布于破肩台上，按照破碎机理及特征，可将工具分为:常规岩肩二次破碎工具、双节岩肩二次破碎工具、斜面岩肩二次破碎工具、V型棱岩肩二次破碎工具。4.如权利要求3所述基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，常规岩肩二次破碎工具的硬质合金镶齿交错均布于破肩台上，齿型为直径10?20mm的圆齿、锥齿及马蹄齿，齿数在20至100颗，齿的顶部低于两端轴肩I?5mm。5.如权利要求3所述基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，双节岩肩二次破碎工具具有两个破肩台，硬质合金镶齿交错均布于破肩台上，齿型为直径5?15mm的圆齿，每个破肩台的齿数在20至100颗，前破肩台低于两端轴肩0.5?4mm，后破肩台低于两端轴肩I?5mm。6.如权利要求3所述基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，斜面岩肩二次破碎工具的破肩台为倾角1°?3°的斜凸台，硬质合金镶齿交错均布排列于斜凸台上，齿型为直径5?15mm的圆齿，齿数共计在60至150颗。7.如权利要求3所述基于随钻岩肩二次破碎的减摩降阻提速和延伸钻进方法及工具，其特征在于，V型棱岩肩二次破碎工具的破肩台为等间距排列4?6条V型棱柱，硬质合金镶齿均布于棱柱上，齿型为直径为3~10mm的圆齿，每根棱柱上的齿数在70至120，齿的顶部低于两端轴肩I?5mm。
【文档编号】E21B7/00GK105863504SQ201610310325
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】祝效华, 毛宇
【申请人】西南石油大学