涡流发生器的制作方法

本发明涉及一种涡流发生器，用于破坏岩屑床，属于钻井技术领域。

背景技术：

在直井钻井中，钻屑在环空下沉的方向和钻井液流动的方向平行相反，钻井液可以有效的把岩屑带到地面。但是在大斜度井段或水平井段钻井中，钻屑在重力的作用下垂直下沉，下沉的方向和钻井液流动的方向具有一定的角度甚至垂直，钻井液不能有效的把岩屑带到地面，沉积的岩屑在井底形成一个垫层（又称岩屑床），其产生的摩擦力阻碍了钻压的有效传递，严重时钻压加不上去，大大降低了钻进速度，甚至造成卡钻事故，并影响到固井质量。因此，如何清除井底岩屑床成为了钻井工程技术人员致力攻克的难题之一。

目前，现场使用的岩屑床破坏器主要有辅助加压器附带轴向脉动破坏岩屑床、人字槽岩屑床破坏器、莲花瓣型岩屑床破坏器。第一种岩屑床破坏器优点是自身摩阻小，工作频率高，辅助加压和清除岩屑床兼顾，不足之处是轴向运动时光滑的外表面对清除岩屑床效果不明显，当中心轴达到最大行程时必须重新给钻头加压；第二和第三种在钻柱旋转时对清除岩屑床具有较为显著的效果，但是当滑动钻进时, 由于岩屑床破坏器较长，出于控制井身质量的需要，往往把岩屑床破坏器接在动力钻具上面，钻进时动力钻具以上的钻具是不转动的，因而上述的岩屑床破坏器也是不转动的，这样就失去了破坏岩屑床的作用，并产生额外的摩擦阻力阻碍钻压的有效传递。而打斜井段时经常采用滑动钻进，非常渴望有一种好的岩屑床破坏器，但到目前为止，上述问题仍未得到较好解决。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，在分析了井下工况及各种井下工具的基础上，提供一种井下涡流发生器，用来破坏岩屑床。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：涡流发生器，其特征是，包括上接头、下接头以及涡轮，所述上接头包括上部的钻杆母扣、中部的上圆柱体、下部的上凸台，所述钻杆母扣与钻杆连接，并与之相通；所述上圆柱体外表面均匀设有若干左旋或右旋的上螺旋条；所述上凸台端面轴向设有若干上过流孔，上过流孔上端向上延伸并穿过上圆柱体，与钻杆母扣内孔连通；

所述下接头包括上部的下凸台及芯轴、中部的下圆柱体、下部的钻杆公扣，所述钻杆公扣与钻杆连接，并与之相通；所述下圆柱体外表面均匀设有若干下螺旋条，下螺旋条与上螺旋条旋向相反；下凸台外径与上凸台外径相同，下凸台端面轴向设有若干下过流孔，该过流孔的下端向下延伸并穿过下圆柱体，与钻杆公扣内孔连通；

所述上接头、下接头通过芯轴连接，所述涡轮中心设有通孔，并通过通孔套于芯轴上；所述涡轮两端口分别套于上、下凸台上，涡轮外表面均匀设有若干扶正条；所述涡轮端面轴向设有若干通孔，该通孔上、下端分别与上、下过流孔相通，流体经上过流孔流经涡轮通孔，冲击涡轮，使扶正条旋转，从而刮削岩屑，而后从下过流孔流出。

所述扶正条为竖直扶正条。

所述扶正条中部开有T形孔，孔内安放T形伸缩块，T形孔与T形伸缩块间隙配合。

所述T形孔由轴向孔、径向孔构成，所述T形伸缩块由轴向限位块、径向刮削块构成，轴向限位块置于轴向孔内，径向刮削块置于径向孔内，轴向孔的深度大于轴向限位块的厚度；

当扶正条处于涡轮下方时，对应的T形伸缩块在离心力和重力作用下，伸出T形孔外，即径向刮削块刮削井底的岩屑，当扶正条处于涡轮上方时，对应的T形伸缩块则缩回T形孔内。

所述涡轮两端与上、下凸台之间分别采用动配合密封。

所述下凸台端面中心开有螺纹孔，用于和芯轴连接。

所述上、下凸台外径分别小于上、下圆柱体的外径。

所述涡轮两端分别通过上轴承、下轴承与上、下凸台连接。

所述上过流孔为斜直孔，所述下过流孔为直孔。

在滑动钻进过程中，钻井液通过上接头的上过流孔（斜直孔），冲击涡轮叶片，带动涡轮旋转，涡轮下方靠近井底的T形槽（孔）内的（T形）伸缩块在离心力和自重的作用下就伸出来，刮削井底的岩屑，而处于涡轮上方的伸缩块则缩回T形槽（孔）内，避免因接触井壁而产生摩擦力。

若是旋转钻进，上、下接头的螺旋条及涡轮的螺旋条（扶正条）都会从井底刮削岩屑，同时上返的液体进入下接头的螺旋槽（即下螺旋条之间的缝隙），经涡轮的螺旋槽（即扶正条之间的缝隙）后又从上接头反方向的螺旋槽（即上螺旋条之间的缝隙）流出，从而在涡流发生器的中间形成涡流，加剧了岩屑床的破坏。

由于涡流发生器较短（结构简单、不占空间），对测量井斜方位影响不大，故其可接在动力钻具以下，以取得更好的清除岩屑床效果。又由于钻井液流经涡流发生器时压力损耗不大，所以可在钻柱中间分段接入，效果更好。

综上所述，无论是旋转钻进还是滑动钻进，涡流发生器都能较好的清除岩屑床。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中扶正条及T形孔的结构示意图；

图3为本发明中T形伸缩块的结构示意图；

图中：1上接头、2下接头、3涡轮、4钻杆母扣、5上圆柱体、6上凸台、7上螺旋条、8上过流孔、9下凸台、10下圆柱体、11钻杆公扣、12下螺旋条、13下过流孔、14芯轴、15扶正条、16通孔、17 T形孔、18 T形伸缩块、19轴向孔、20径向孔、21轴向限位块、22径向刮削块、23上轴承、24下轴承。

具体实施方式

如图1所示，涡流发生器由三个部件组成，上接头1、下接头2和涡轮3。上接头的上端为钻杆母扣4，其中间（上圆柱体5）外表面有若干左旋或右旋的上螺旋条7，其下面是外径略小于螺旋条根部外径的上凸台6（即上凸台外径小于上圆柱体外径）。

上凸台的中间是一根芯轴（中心轴14），上端的母扣与钻杆相连接，母扣下面有若干上过流孔8（斜直孔）通到下面的台阶面，经过的流体可以冲击涡轮叶片（扶正条15）。

下接头的上部是下凸台9，该凸台外径与上凸台6的外径相同，下凸台端面开有若干下过流孔13（直孔），下过流孔上与涡轮的通孔16连通，下与钻杆公扣的内孔连通。下凸台的中间开有螺纹孔，用于和中心轴连接。

下接头中部的下圆柱体10，其外表面带有与上接头旋向相反的下螺旋条12，最下部是钻杆公扣，用来与钻杆连接。

涡轮的中心带有通孔，套在芯轴（中心轴）上，外表面有若干竖直的扶正条15，扶正条的中间开有T形孔17，孔内安放T形伸缩块18，涡轮两端的孔分别套在上接头下端和下接头上端的凸台上，采用动配合密封。

T形孔由轴向孔19、径向孔20构成，T形伸缩块由轴向限位块21、径向刮削块22构成，轴向限位块置于轴向孔内，径向刮削块置于径向孔内，轴向孔的深度大于轴向限位块的厚度。

流体经上过流孔流经涡轮通孔，冲击涡轮，使扶正条旋转，从而刮削岩屑，而后从下过流孔流出（斜直孔出来的水流会为涡轮旋转提供一个冲击力，水流流经涡轮通孔，从直孔流出，直孔可以减小水流阻力）。当扶正条处于涡轮下方时，对应的T形伸缩块在离心力和重力作用下，伸出T形孔外，即径向刮削块刮削井底的岩屑，当扶正条处于涡轮上方时，对应的T形伸缩块则缩回T形孔内。

本发明中，上、下接头中间留有钻井液流通的腔道，因此，本发明在不影响钻井工作的基础上，采用上、下螺旋条、扶正条及伸缩块的组合方式，可更好的破坏岩屑床，使用效果更佳。