一种用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的制作方法

本实用新型涉及海洋深水钻井技术领域，尤其涉及一种用于深水开路钻进时的用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置。

背景技术：

随着我国海洋石油开采技术与海洋装备的不断提升，石油与天然气开采区域逐渐由陆地与浅海区迈入深水区域。由于深水区域海水深度较深，导致海洋浅部地层成岩压实作用较弱，表层的岩层破裂压力极低，致使海洋深水区域钻进时表层安全泥浆窗口极窄，所以深水表层钻进一般使用海水开路钻进，直接使用海水作为钻井液将井底岩屑携带至泥面以上并直接排放在表层导管周围。虽然此种方法解决了表层钻进安全窗口小的问题，同时又确保了海洋生态环保，但表层钻进产生的岩屑大量的堆积在表层导管周围无法有效的清理，导致后续的坐水下井口作业及坐采油树作业存在较大的风险。因此，研制一套经济、方便的用于深水开路钻进时岩屑清扫的装置，对于解决海洋深水表层钻进岩屑清理难问题极为重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置，不仅可以在深水表层钻进时边钻进边清理堆积在海底表层导管周围的大量岩屑，而且实现了深水钻进过程中的连续工作，而无需中途频繁起下钻以调节用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置位置的目的。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供了一种用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置，包括：

开口筒体，具有轴向设置的开口通槽；

多个扫屑机构，沿所述开口筒体的圆周方向间隔连接在所述开口筒体上；其中，所述扫屑机构具有：

固定块，连接在所述开口筒体的外壁上；

扫屑腿，其一端可转动地连接在所述固定块上，其另一端设有扫屑叶片轮；

拉杆，其一端位于所述固定块的上方并连接在所述开口筒体的外壁上，其另一端可移动地连接在所述扫屑腿上。

在本实用新型的实施方式中，所述扫屑腿具有扫屑本体及扫屑板，所述扫屑本体的一端可转动地连接在所述固定块上，所述扫屑本体的另一端与所述扫屑板相连，所述扫屑叶片轮连接在所述扫屑板的端部。

在本实用新型的实施方式中，所述扫屑本体与所述扫屑板相连的一端套设有轴承。

在本实用新型的实施方式中，所述固定块具有相对设置的开口端及固定端，所述固定块通过所述固定端连接在所述开口筒体的外壁上，所述扫屑本体通过所述开口端插入所述固定块内。

在本实用新型的实施方式中，所述固定块包括顶壁及底壁，所述顶壁和所述底壁的两侧分别连接有侧壁，所述顶壁的长度大于所述底壁的长度。

在本实用新型的实施方式中，所述固定块的上部设有滑轮，所述扫屑本体上开设有穿孔，所述穿孔内设有钢丝绳，所述钢丝绳绕设在所述滑轮上。

在本实用新型的实施方式中，所述拉杆的一端可转动地连接在所述开口筒体的外壁上，所述拉杆的另一端可转动地连接有滑块，所述滑块套设在所述扫屑本体上。

在本实用新型的实施方式中，所述开口筒体的内壁上设有多层滚动结构，各层所述滚动结构包括沿所述开口筒体的圆周方向间隔设置的多个滚柱。

在本实用新型的实施方式中，两两相邻的所述滚柱之间设有磁性块，所述磁性块连接在所述开口筒体的内壁上。

本实用新型的用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的特点及优点是：该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置可使深水开路钻进过程中在海底表层导管处堆积的大量岩屑被清扫干净，并且能够最大程度上减小后续坐水下井口作业时的作业风险与作业难度。该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置结构简单、使用方便且成本低廉，同时，可实现一开、二开钻进过程中该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的连续工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的结构示意图。

图2为本实用新型的用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置处于工作状态的结构示意图。

附图标号说明：1、开口筒体；11、开口通槽；12、中心通道；13、环形斜面；14、外壁上端外缘；15、内壁上端外缘；16、滚动结构；161、滚柱；162、磁性块；2、扫屑机构；21、固定块；211、顶壁；212、底壁；213、侧壁；214、凸块；215、滑轮；216、钢丝绳；22、扫屑腿；221、扫屑叶片轮；222、扫屑本体；2221、销轴；2222、柱体；2223、穿孔；223、扫屑板；23、拉杆；231、滑块；232、连接环；233、销轴；3、轴承；4、转盘面；5、钻柱；51、钻杆公扣；52、钻杆接头；6、海底表层导管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置，包括开口筒体1和多个扫屑机构2，其中：开口筒体1具有轴向设置的开口通槽11；多个扫屑机构2沿所述开口筒体1的圆周方向间隔连接在所述开口筒体1上；其中，所述扫屑机构2具有：固定块21、扫屑腿22和拉杆23，该固定块21连接在所述开口筒体1的外壁上；扫屑腿22的一端可转动地连接在所述固定块21上，其另一端设有扫屑叶片轮221；拉杆23的一端位于所述固定块21的上方并连接在所述开口筒体1的外壁上，其另一端可移动地连接在所述扫屑腿22上。

具体是，开口筒体1采用钢材制成，其中部形成有中心通道12，在开口筒体1的侧壁处设有开口通槽11，该开口通槽11与中心通道12相连通，通过该开口通槽11的设置，可使该开口筒体1具有一定的扩张弹性。在本实施例中，该开口筒体1的内径与海洋石油钻井现场所用的钻柱外径一致，例如可为5.5英寸或5.875英寸。

由于海洋石油钻井现场所用的钻柱上存在接箍，该接箍的外径稍大于该开口筒体1的外径，因此，在本实用新型中，将开口筒体1的上端面设计为具有一定斜度的环形斜面13，该环形斜面13沿径向向外的方向朝上方倾斜设置，也即，该开口筒体1的外壁上端外缘14的水平高度高于该开口筒体1的内壁上端外缘15的水平高度，这样可保证下钻柱的过程中，在一定的下放压力作用下，可使开口筒体1临时张开，以使接箍可以顺利通过开口筒体1的中心通道12，并且在接箍通过之后，开口筒体1迅速恢复至原始状态；在本实施例中，该环形斜面的斜度为18°～20°。

进一步的，在开口筒体1的内壁上设有多层滚动结构16，各层滚动结构16包括沿开口筒体1的圆周方向间隔设置的多个滚柱161；该些滚柱161的滚面稍凸出于开口筒体1的内壁。在本实用新型中，在开口筒体1的内壁上设有三层滚动结构16，当然，在其他的实施例中，在开口筒体1的内壁上也可设有两层、四层或更多层的滚动结构16，在此不做限制。在本实施例中，在开口筒体1的内壁上设有多个凹槽，滚柱161例如通过连接在其两端的转轴插入凹槽的两侧壁上，而能滚动的设置在凹槽中。本实用新型设计多层滚动结构16的目的，是为了减少钻柱下放过程中，对开口筒体1内壁的磨损。

更进一步的，两两相邻的滚柱161之间设有磁性块162，该磁性块162连接在开口筒体1的内壁上。也即，在开口筒体1的内壁上设有多层磁性结构，各层磁性结构具有沿开口筒体1的圆周方向间隔设置的多个磁性块162，在本实施例中，该磁性块162为圆柱体形，当然，在其他的实施例中，该磁性块162也可为多棱柱体形或其他形状，在此不做限制。该些磁性块162镶嵌在开口筒体1的内壁上，其稍凸出于开口筒体1的内壁，并与多个滚柱161的滚面位于同一圆柱面上。在磁性吸附力的作用下，该些磁性块162能将开口筒体1与钻柱紧紧连接在一起。

当钻柱穿设在开口筒体1的中心通道12内时，多个滚柱161可以减小钻柱与开口筒体1之间的接触面积，便于钻柱快速安全地沿开口筒体1的轴线方向向下移动，同时因该些滚柱161只会沿钻柱的轴向滚动，而不会发生沿开口筒体1的圆周方向的转动，从而使得该开口筒体1可随钻柱一起旋转；另外，该些磁性块162的强磁吸力使钻柱与开口筒体1内壁紧紧连接在一起，以进一步保证开口筒体1能随钻柱一起旋转。

多个扫屑机构2位于开口筒体1的外壁，其沿开口筒体1的圆周方向间隔连接在开口筒体1上。在本实施例中，在开口筒体1的外壁上共连接有三个扫屑机构2，三个扫屑机构2沿开口筒体1的圆周方向等间隔设置。当然，在其他的实施例中，在不影响开口筒体1产生扩张变形的前提下，在开口筒体1的外壁上也可设有两个、四个或更多个扫屑机构2，在此不做限制。

该扫屑机构2包括固定块21、扫屑腿22和拉杆23，其具体结构说明如下：

该固定块21包括顶壁211及底壁212，顶壁211和底壁212的两侧分别连接有侧壁213，顶壁211、底壁212和两个侧壁213的一端形成该固定块21的固定端，以便与开口筒体1的外壁焊接相连，顶壁211、底壁212和两个侧壁213的另一端形成该固定块21的开口端，以便扫屑腿22插入固定块21内；在本实施例中，顶壁211的长度大于底壁212的长度，该顶壁211的外缘与底壁212的外缘均对扫屑腿22有限位作用；进一步的，在本实施例中，该顶壁211的外缘处还设有向下的凸块214，起到限位扫屑腿22的作用。

该扫屑腿22具有扫屑本体222及扫屑板223，扫屑本体222的一端自固定块21的开口端插入固定块21内，并可转动地连接在固定块21上，该扫屑本体222的另一端与扫屑板223相连，在扫屑板223的另一端部连接有扫屑叶片轮221。在本实施例中，该扫屑腿22的长度为2m～3m。

具体的，该扫屑本体222大体呈长方体杆状，其一端开设有穿孔，该穿孔内穿设有销轴2221，销轴2221的两端分别连接在固定块21的两个侧壁213上，该销轴2221的外径稍小于该穿孔的内径，从而使得扫屑本体222能绕销轴2221旋转，其旋转的极限位置分别为固定块21的顶壁211和底壁212的外缘处。该扫屑本体222的另一端形成有外径小于扫屑本体的柱体2222，在该柱体2222上套设有轴承3。在工作时，轴承3的外周缘会随着扫屑腿22沿着海底表层导管的顶端面旋转，以减轻扫屑腿22与海底表层导管的上端面之间的磨损。在本实施例中，该柱体2222的长度大于1.5英寸，轴承3的内圈直径与柱体2222的外径相同，以使该轴承3能与柱体2222紧密配合。

扫屑板223大体呈长方形板体状，其一端螺纹连接在扫屑本体222的柱体2222上，其另一端焊接连接有扫屑叶片轮221。在本实用新型中，该扫屑叶片轮221为螺旋叶片，其长度为0.5m，该扫屑叶片轮221的轴线与扫屑板223的长度方向呈一定夹角设置，且该扫屑叶片轮221朝向扫屑板223的斜下方设置，便于清理海底表层导管周围的岩屑。本实用新型的扫屑板223采用螺纹连接于扫屑本体222，一方面便于在扫屑本体222上安装和更换轴承3，另一方面也便于更换扫屑板223。

在本实用新型中，固定块21的顶壁211上设有滑轮215，滑轮215能在水平方向上转动，该扫屑本体222上开设有穿孔2223，该穿孔2223内设有钢丝绳216，该钢丝绳216绕设在滑轮215上。由于扫屑腿22通过钢丝绳216绕设连接在固定块21的滑轮215上，该扫屑腿22在旋转至固定块21的底壁212处时，也会受到钢丝绳216长度的限制。该钢丝绳216和固定块21的底壁212可使扫屑腿22与开口筒体1的外壁之间保持一定的张开角度，便于装置后期的安装，同时，该钢丝绳216也会对扫屑腿22产生一定的拉力，从而对扫屑腿22也具有一定的限位作用。

拉杆23大体呈杆状体，其一端可转动地连接在开口筒体1的外壁上，该拉杆23的另一端可转动地连接有滑块231，该滑块231套设在扫屑本体222上。

在本实用新型中，该拉杆23大体呈长方体杆状，其两端分别开设有穿孔或焊接有连接环232；在开口筒体1的外壁和滑块231上分别焊接有一对吊耳，其中连接在开口筒体1外壁上的一对吊耳位于固定块21的上方；该拉杆23两端的连接环232分别置于对应的一对吊耳中，并通过销轴233穿过吊耳和连接环232，拉杆23的两端可在两对吊耳中绕销轴233旋转。

滑块231为中空的长方体状，其穿设在扫屑腿22的扫屑本体222上，在本实施例中，在滑块231的两相对的内壁上可镶嵌有能滚动的滚珠或滚柱，便于滑块231沿着扫屑腿22滑动，从而拉杆23可随着连接在滑块231上的吊耳移动。

如图2所示，该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的工作过程如下：

步骤1：首先，将本实用新型的用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置坐放在海洋石油钻井平台的转盘面4上；

步骤2：上提钻柱5，使钻柱5最下端的钻杆公扣51穿过该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的开口筒体1，继续下放钻柱5，直至钻柱5上的钻杆接头52到达开口筒体1的上端处；

步骤3：释放大钩悬重至开口筒体1所受下压力值达到设计值W1，该开口筒体1在下压力的作用下会被钻杆接头52撑开，当钻柱5的钻杆接头52通过开口筒体1时，及时恢复正常下钻作业时的大钩悬重；

步骤4：将钻井工具，也即钻具组合及钻头，连接在钻杆公扣51上，在确保该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置可通过转盘面4的开口的情况下下放钻柱5，该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置将随着钻柱5下放至转盘面4以下；之后，进行接钻柱5作业，直至该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置到达海底表层导管6的上端面位置处；

步骤5：在该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的固定块21与钢丝绳216的限位作用下，该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的扫屑腿22处于张开状态并搭设在海底表层导管6的上端面上，该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的最大宽度大于海底表层导管6的最大直径，海底表层导管6对该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的下行行程起到限制的作用；之后，继续接钻柱5作业并下放钻柱5，当钻柱5的钻杆接头52部分再次到达该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置时，按照步骤3作业；

步骤6：当钻井工具的钻头下放至井底位置时，开始钻进作业，钻柱5在钻进过程中会沿着该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置轴向向下移动，同时也会带动该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置旋转以扫开堆积在海底表层导管6周围的大量岩屑；

步骤7：随着钻进过程中钻柱5的下行，当钻杆接头52到达该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置时，释放大钩悬重至开口筒体1所受下压力值达到设计值W1，该设计值W1依据表层开路钻进过程中的钻压进行设定，确保设计值W1大于在开路最大钻压钻进时该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置所承受的下压力W2，当钻杆接头52刚好与该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置配合在一起时，恢复大钩悬重并恢复钻柱5旋转，使得在钻柱5的带动下，该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的扫屑腿22能够保持一定时长的旋转以达到最大程度清扫堆积在海底表层导管6周围大量岩屑的目的，在清扫过程中注意观察钻柱5的扭矩；

步骤8：当扭矩明显下降时，可以判定堆积在海底表层导管6周围的岩屑已被清理干净，可继续按照步骤3进行作业，并按照步骤7继续钻进作业；

步骤9：当现场进行划眼作业时，可按照步骤3进行作业，此时作业过程中通过钻井工具对井眼进行修整，该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置将随着钻柱5一同旋转，从而可以清扫在修整井眼过程中排出的大量岩屑；

步骤10：当钻进作业到达目的层位时或者需要进行下套管作业时，在清扫完海底表层导管6周围的岩屑之后可进行起钻作业，该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置将随着钻杆接头52一起上行至钻井平台的转盘面4，由于该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置被提起时，在重力的作用下各扫屑腿22将恢复向下倾斜张开的状态，使得该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置可以快速方便的通过转盘面4的开口，再进行脱离作业。

本实用新型的该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置，可使深水开路钻进过程中在海底表层导管6处堆积的大量岩屑被清扫干净，并且能够最大程度上减小后续坐水下井口作业时的作业风险与作业难度。该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置结构简单、使用方便且成本低廉，同时，可实现一开、二开钻进过程中该用于深水表层钻进时岩屑清扫的装置的连续工作。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。