一种用于连续管钻井的加压降阻装置的制作方法

1.本发明涉及油田开采领域，具体涉及一种用于连续管钻井的加压降阻装置。


背景技术：

2.在油井钻井过程中，连续管钻井技术由于其占地少、污染小、起下钻速度快等优势，得到了越来越广泛的应用。尤其是在国内大多数老油田已经处于开发的中后期的情况下，采用连续管钻井技术也能够实现难动用油气资源的有效开发。因此采用连续管钻井技术具有十分广阔的应用前景。
3.而在连续管钻井的过程中，由于底部钻具组合无钻铤，导致注入头下入力有限，无法提供足够钻井压力。因此，连续管钻井技术存在托压严重、水平段延伸困难等问题。
4.此外，连续管由于其不旋转、重量轻、刚度小的特点，导致其在受到井壁摩擦时极易造成管柱失稳形成螺旋锁定的情况，导致连续管钻井技术难以应用于深层井中。


技术实现要素：

5.针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于连续管钻井的加压降阻装置。本发明的用于连续管钻井的加压降阻装置能够提高连续管钻井的钻井压力，同时降低连续管受到的井壁摩擦力。
6.根据本发明，提供了一种用于连续管钻井的加压降阻装置，包括：降阻单元，所述降阻单元包括震荡元件及连接在所述震荡元件上的射流元件；加压单元，所述加压单元包括连接在降阻单元上的具有内腔的缸筒，所述内腔内设置有活塞杆在所述活塞杆上套设有活塞，以及连接在所述加压单元底部的钻具组合。
7.其中，所述射流元件能够产生射流从而使得流过降阻单元的流体产生震荡，所述活塞杆能够在所述筒体的外壁两侧的压差作用下沿着所述筒体进行轴向移动，从而对所述底部钻具组合施加柔性钻压。
8.在一个优选的实施例中，所述射流元件内设置有环形的第一旋涡腔和第二旋涡腔，以及分别连通所述第一旋涡腔和第二旋涡腔的换向流道和反馈流道。
9.在一个优选的实施例中，所述换向流道构造为大致“v”形，所述反馈流道沿着所述第一旋涡腔和第二旋涡腔的共同切线方向布置。
10.在一个优选的实施例中，所述活塞杆构造为管状，在所述活塞杆与所述缸筒内壁之间形成有液腔，所述活塞设置在所述液腔内。
11.在一个优选的实施例中，在所述缸筒的外壁上还设置有至少一个连通所述液腔的呼吸孔。
12.在一个优选的实施例中，在所述活塞杆的外壁上设置有刮切环，所述刮切环套装在所述活塞杆外壁的凹槽处。
13.在一个优选的实施例中，在所述缸筒远离降阻单元的一侧的端部还设置有连接所述底部钻具的花键接头，所述花键接头包括花键轴及花键筒。
14.在一个优选的实施例中，在所述花键轴上还套设有防掉半环。
15.在一个优选的实施例中，在所述筒体内设置有多组加压单元。
16.在一个优选的实施例中，所述活塞杆的底部具有过液槽，由此允许流经所述活塞杆的钻井液进入所述活塞杆和花键轴之间，从而推动所述花键轴和活塞杆一起运动。
附图说明
17.下面将参照附图对本发明进行说明。
18.图1显示了根据本发明的一个实施例的用于连续管钻井的加压降阻装置的示意图。
19.图2为图1所示的用于连续管钻井的加压降阻装置的射流元件的示意图。
20.图3显示了根据本发明的加压单元中的缸筒的示意图。
21.图4为图1所示的用于连续管钻井的加压降阻装置的活塞杆的示意图。
22.在本技术中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
23.下面通过附图来对本发明进行介绍。
24.图1显示了根据本发明的一个实施例的用于连续管钻井的加压降阻装置100。如图1所示，所述的用于连续管钻井的加压降阻装置100包括连接在钻柱(未示出)上的降阻单元1。所述降阻单元1包括震荡元件10及插入所述震荡元件10上的射流元件20。所述射流元件20能够使流过射流元件20的高压流体产生周期变化的射流从而带动震荡元件10发生震荡。由此使得所述震荡元件10沿轴向产生周期性的震动，从而带动井下钻柱(未示出)沿轴向震动，从而降低钻柱与井壁之间的摩擦力，达到减摩降阻的作用。
25.图2为图1所示的用于连续管钻井的加压降阻装置100的射流元件20的示意图。如图2所示，在所述流元件20的内部设置有构造为环形的第一旋涡腔22和第二旋涡腔24。在所述第一旋涡腔22和第二旋涡腔24上分别设置有进液口225和出液口245。所述第一旋涡腔22和第二旋涡腔24之间还设置有分别连通所述第一旋涡腔22和第二旋涡腔24的换向流道25和反馈流道26。
26.如图2所示，所述换向流道25构造为大致“v”形，其具有与第一旋涡腔22连通的第一流道251，以及同时与第一旋涡腔24相连通的第二流道252和第三流道253。所述反馈流道26设置为两个，其分别沿着第一旋涡腔22和第二旋涡腔24的共同切线方向进行布置。
27.当高压液体自所述振荡元件10后，会经过进液口225到达射流元件20内，并在进液口225处形成为射流。随后所述射流会分别经过所述第一流道251和第二流道252到达第二旋涡腔24内。在这一过程中，由于高压流体为湍流，流动不稳定，因此其进入第二流道252和第三流道253的流量不同，导致分别经过第二流道252和第三流道253的两股流体会在第二旋涡腔24互相冲击并流出。而根据附壁效应，最终射流只会从第一流道251或第二流道252中的一个流至第二旋涡腔24内，并在第二旋涡腔24内形成旋涡。
28.随着第二漩涡腔24中的漩涡越来越大，反馈流道26中的流体流量和流速随之增大，当第二漩涡腔24中漩涡变大至某一临界值时。所述反馈流道26中流体冲击第二流道252
或第三流道253的流体使之换向，直至第二漩涡腔24中的漩涡被打乱逐渐消散，并形成反向的漩涡流。通过这样的周期性的切换，可以产生振荡效果，使所述震荡元件10产生周期改变的轴向力，从而带动震荡元件10沿轴向产生周期性的震动。
29.如图1所示，所述的用于连续管钻井的加压降阻装置100还包括加压单元2。其中，所述加压单元2布置在降阻单元1的下游，能够接收降阻单元1内流出的周期性切换的高压流体。所述加压单元2远离降阻单元1的底部连接有钻具组合(未示出)。在本发明中，所述振荡机构10能够使得井下的高压流体产生振荡效果，从而使具有振荡效果的高压流体作用于加压单元2上。这样，在具有振荡效果的高压流体与底部钻具组合之间所形成的高低压差会作用到加压单元2上，从而由加压单元2对底部钻具组合施加柔性钻压。
30.如图1所示，所述加压单元2包括具有内腔35的缸筒30。所述缸筒30通过接头31与所述降阻单元1相连接，使得流体在通过降阻单元1后能够流至所述内腔35中。在所述缸筒30内还设置有活塞杆32，在所述活塞杆32的外壁套设有活塞321。所述活塞杆32能够在活塞321端面所受内外压差的作用下沿着所述缸筒30的轴向移动。同时，所述活塞杆32构造为管状，在所述活塞杆32内限定有流体流通的通道351，使得流进内腔35的流体能够通过通道351流出所述缸筒30之外。
31.在活塞杆32与设于其外侧的缸筒30之间形成了液腔31。所述液腔31能够为钻井液提供暂时的储存空间。
32.容易理解，当所述内腔35内的流体压力大于缸筒30外侧的空间38内的流体压力时，这一压差会作用在活塞321的两侧的端面上，从而推动活塞杆32会向远离射流元件20的方向移动。
33.图3显示了根据本发明的加压单元2中的缸筒30的示意图。如图3所示，在所述缸筒30上设置有两个连通所述液腔31的呼吸孔60。这两个呼吸孔60优选地呈径向对称分布，以此来保证液腔31与外部环空连通。这样，活塞321与活塞杆32的组合体在缸筒30内沿轴向自由往复运动过程中，井下流体能够通过液腔31被反复地吸入或排出。
34.在油井钻进的过程中，钻井液会首先经过钻柱到达油井底部的钻头(未示出)处，再通过钻头到达钻柱与井壁之间的空间内，随后通过钻柱与井壁之间的空间上返至井口处，完成循环。在这一循环过程中，由于钻头和底部动力钻具具有节流压差，因此自钻柱与井壁之间的空间38回返至井口的钻井液的压力始终小于钻柱内的钻井液的压力。
35.因此，当本发明的用于连续管钻井的加压降阻装置100安装在钻柱上参与钻井液循环时，位于所述缸筒30外侧的流体压力会始终小于内腔35内的流体压力。在这一压差作用下，所述活塞杆32会向远离射流元件20的方向移动。将这一压力传递给下部的钻具组合上。
36.图4为图1所示的用于连续管钻井的加压降阻装置100的活塞杆32的示意图。如图4所示，在所述活塞杆32的外壁上还设置有卡槽42。所述卡槽用于套设刮切环。所述刮切环设置为凸出所述卡槽42的圆环，其能够与缸筒30的内壁相抵接。由此，当所述活塞杆32沿着所述缸筒30的轴向移动时，所述刮切环47能够清理所述缸筒30的内壁，防止钻井液或其他固态杂质残留在缸筒30的内壁上。
37.如图1所示，在所述活塞杆32远离震荡元件10的一端还设置有花键接头50。所述加压降阻装置100通过花键接头50与钻柱相连接。具体地，所述花键接头50包括套设在一起花
键轴52和花键筒54。所述花键接头50能够在井下钻柱旋转钻进的过程中保证本发明的用于连续管钻井的加压降阻装置100始终与钻柱进行同步转动。
38.同时，在所述花键轴52的外壁上设置防掉半环，所述防掉半环56能够嵌入至所述花键轴上所开设的卡槽中(未示出)，从而防止花键轴52滑脱掉入井底，造成井下事故。
39.容易理解，在本发明中，通过活塞杆32以及花键轴52，可以实现两级加压。通过这种设置，可以进一步地提高本发明的用于连续管钻井的加压降阻装置100的增压效果。同时，在活塞杆32的底部设置有过液槽322。由于过液槽322的存在，使得流经第一组活塞杆32的钻井液会进入到花键轴52轴端处，可有效解决钻井液流动受阻的问题。
40.而需要说明的是，工作人员也可以根据现场的实际工况和工具整体的抗拉和抗扭强度设置多组活塞杆32，从而确定实际的加压级数，在这里不作限制。
41.以下简述根据本发明的用于连续管钻井的加压降阻装置100的工作过程。
42.本发明的用于连续管钻井的加压降阻装置100用于连接在钻柱上，随着钻柱一同下入油气井之中。在钻进过程中，所述降阻单元1能够产生周期变化的水力振荡，从而使得加压降阻装置100沿轴向周期地震动，带动井下钻柱进行周期性的震动。由此降低钻柱与井壁之间的摩擦力，达到减摩将阻的作用。
43.同时，在钻井液循环的过程中，由于所述缸筒30内的钻井液的压力始终高于缸筒30与井壁之间的钻井液的压力，因此在所述缸筒30的径向两侧会产生压力差,推动所述活塞杆32及活塞杆32上的活塞321向远离所述震荡元件10的方向移动，从而将压力传递给活塞杆32远离所述震荡元件10的一侧的钻具组合上，从而产生加压作用。
44.最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。