专利名称：旋涡清洁钻杆的制作方法
技术领域：
本发明为一种旋涡清洁钻杆，特别是一种利用旋涡发生器所产生的旋涡来提高水平井环形空间气体的携岩效率，其对解决水平井水平段环形空间可能出现的岩屑床问题具有十分重要的现场指导意义。
背景技术：
岩屑床是水平井的特有现象，即在偏心环形空间中，由于小环形空间中气流速度较小和岩屑粒径足够大，导致在水平段下井壁方向形成岩屑床。然而，岩屑床的存在易引起井下事故的发生，进而严重影响钻井的正常运作。旋涡清洗钻杆主要依靠其特殊的几何结构来控制环形空间流场的改变，以期能够达到清洗岩屑床的目的，从而降低岩屑床的发生几率。利用发明的旋涡清洁钻杆可以在环形空间中产生大小、范围不同的旋涡，其能够将滞留在井壁底边的岩屑带至环形空间中心处，以便被环形空间气体带出井口，最终达到有利于清洗岩屑床的目的。目前，清洗岩屑床的钻井工具基本都是从普通钻杆结构出发，进而改进其结构参数，如在钻杆表面加工出几个V形槽等方法，而且只适合于钻井液(即泥浆)钻井环境。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的问题，提供一种利用旋涡特性来提高清洗岩屑床效率的旋涡清洁钻杆。为了达到上述目的，本发明的构思是本发明是根据气体钻井的特点，在普通的钻杆表面添加一种类似于叶片的旋涡发生器，且结构简单，从而构成了旋涡清洁钻杆的本体。 利用旋涡发生器在钻杆周围环形空间产生大小、数量和范围不同的旋涡，其能够改变沉积在井壁底边岩屑的运移轨迹，并将它带回到环形空间中心区域，以便岩屑被气体带出水平段，从而达到清洗岩屑床的目的。根据上述构思，本发明采用如下技术方案
一种旋涡清洁钻杆，包括钻杆本体(1)，钻杆本体表面有旋涡发生器(2)，该漩涡发生器能够提高环形空间气体切向速度，产生将滞留在井眼低边的岩屑带至环形空间中心的旋涡，从而达到有利于清洗气体钻井水平段岩屑床。上述的旋涡发生器(2)为在钻杆本体表面凸起的条块，该条块的高度 H范围为广19mm，长度￡范围在20cnT50Cm，与钻杆表面接触处宽度对应的圆心角J在 10^60°，端面宽度对应的圆心角在1(Γ82°，并且长度方向与钻杆表面有平滑过渡。上述的旋涡发生器为叶片状。上述旋涡发生器在钻杆本体(1)表面的数量为1 6个。上述的钻杆本体(1)的材质与常规钻井的钻杆相同。本发明与一般普通钻杆相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优
3点本发明利用旋涡发生器能够产生旋涡的特性，以便控制环形空间气体流场达到有利于携岩效率提高的目的。计算结果表明，本发明能够有效地改善环形空间气体的流动特性，增强环形空间气体的携岩能力，减少岩屑床的发生几率。
图1是带有单个旋涡发生器的旋涡清洁钻杆的结构图； 图2是旋涡发生器的结构示意图3是图2中A—A处的剖视图； 图4是普通钻杆产生的旋涡图5是环形空间任意断面内旋涡清洁钻杆产生的旋涡图； 图6是带有一组对称旋涡发生器的旋涡清洁钻杆结构图； 图7是带有一组对称旋涡发生器的旋涡清洁钻杆环形空间结构图； 图8是带有一组对称旋涡发生器的旋涡清洁钻杆环形空间的旋涡图； 图9是带有二组对称旋涡发生器的旋涡清洁钻杆结构图； 图10是带有二组对称旋涡发生器的旋涡清洁钻杆环形空间流线图。
具体实施例方式实施例一参见图6，本旋涡清洁钻杆是钻杆本体(1)带有一组对称旋涡发生器2， 参见图2和图3，旋涡发生器2为在钻杆本体(1)表面凸起的条块，该条块的高度//范围为广19mm，长度￡范围在20cnT50Cm，与钻杆表面接触处宽度对应的圆心角i 在10飞0°，端面宽度对应的圆心角在10、2°，并且长度方向与钻杆表面有平滑过渡。其对应的环形空间环空结构见图7，对应的流场旋涡图见图8。实施例二 参见图9，本旋涡清洁钻杆是钻杆本体(1)带有二组对称旋涡发生器 (2)，旋涡发生器(2)为叶片状，上下两根钻杆以钻杆接头(3)连接。其对应的环形空间气体流线图见图10.
原理如下
本发明利用旋涡发生器不仅能够产生旋涡，而且有效地提高了环形空间气体的切向速度，因此旋涡清洁钻杆可以有效地改善水平井段环形空间携岩效果，减少岩屑床形成的可能性。图2给出了旋涡发生器的具体结构。图1是带有单个旋涡发生器的旋涡清洁钻杆结构图。图5为单个旋涡发生器附近断面内的旋涡图。从图5中可以看到，由于使用了旋涡清洁钻杆，在钻杆表面附近及环形空间中心处都出现了旋涡。这是因为旋涡发生器直接与气流作用，改变了环形空间气体的流动结构，尤其使气体的切向速度明显增大。图6和图9 是带一组和两组旋涡发生器的旋涡清洁钻杆。
权利要求
1.一种旋涡清洁钻杆，包括钻杆本体(1 )，其特征在于钻杆本体(1)表面有旋涡发生器 (2)，该漩涡发生器(2)能够提高环形空间气体切向速度，产生将滞留在井眼低边的岩屑带至环形空间中心的旋涡，从而达到有利于清洗气体钻井水平段岩屑床。
2.根据权利要求1所述的旋涡清洁钻杆，其特征在于所述的旋涡发生器(2)为在钻杆本体 (1)表面凸起的条块，该条块的高度丑范围为广19匪，长度二范围在20αιΓ50αιι，与钻杆表面接触处宽度对应的圆心角4在10飞0°，端面宽度对应的圆心角在1(Γ82°，并且长度方向与钻杆表面有平滑过渡。
3.根据权利要求1所述的旋涡清洁钻杆，其特征在于所述的旋涡发生器(2)为叶片状。
4.根据权利要求1所述的旋涡清洁钻杆，其特征在于所述旋涡发生器(2)在钻杆本体 (1)表面的数量为1 6个。
5.根据权利要求1所述的旋涡清洁钻杆，其特征在于所述的钻杆本体(1)材质与常规钻井的钻杆相同。
全文摘要
本发明涉及一种旋涡清洁钻杆。包括钻杆本体(1)，钻杆本体表面有旋涡发生器(2)，其能够在钻杆周围环形空间产生许多大小、数量和范围不同的旋涡，从而把堆积在井眼低边的环空岩屑带至环形空间中心处，最终被环形空间气体带走，这将有效地减少了水平井水平段岩屑床形成的可能性。
文档编号E21B17/00GK102220847SQ201110161038
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者姚建林, 狄勤丰, 王文昌 申请人:上海大学