分體式葉片液力、磁傳動井眼清潔工具制造技術

本實用新型專利技術涉及的是分體式葉片液力、磁傳動井眼清潔工具，這種分體式葉片液力-磁傳動井眼清潔工具由流筒殼體、旋轉磁芯、上保徑體、旋轉葉片構成，流筒殼體外壁靠近外螺紋處設置有下保徑體，流筒殼體外壁還設置有限位環，上保徑體安裝在限位環一側；旋轉磁芯由轉筒與轉軸一體形成，轉筒與轉軸的過渡連接段有鉆井液孔，轉軸外固定液力轉換裝置，轉筒的外壁均布有永磁鐵，相鄰兩根永磁鐵磁極方向反向；旋轉磁芯安裝在流筒殼體內，旋轉葉片筒體內壁均布有永磁鐵，相鄰兩根永磁鐵磁極方向反向；液力轉換裝置為雙層筒狀體，兩層筒之間設置有軸向的壓差葉片；旋轉葉片為分體可拆卸的。本實用新型專利技術通過液力-磁耦合傳動，不受鉆桿是否旋轉限制，在鉆井液循環的情況下，實現液力-磁耦合傳動，提高井眼清潔效率。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及石油天然氣井鉆井過程中，為了有效抑制巖肩床形成，提高井眼清潔效率所使用的井眼清潔工具，具體涉及分體式葉片液力-磁傳動井眼清潔工具。
技術介紹
目前海洋石油天然氣、頁巖氣開采常采用大斜度井、水平井、大位移井等井型來提高井眼泄油面積，最大限度地提高單井產量。這些井型由于存在造斜段(井斜角由0°增加到90°的彎曲井段)和水平井段，巖肩在重力分量的作用下不容易被鉆井液及時攜帶出井目艮，出現巖肩堆積的現象，形成巖肩床，現場經驗與室內理論實驗均表明巖肩床易于在大斜度井段(一般指45~90°之間的造斜段)和水平井段(井斜角90° )之間形成。如果井內沉積巖肩床厚度過高，將會導致一系列嚴重的井下問題，如鉆具摩擦阻力、扭矩增大，甚至發生嚴重的井下事故如卡鉆、扭斷鉆具等，處理這些井下事故將大幅度降低機械鉆速，大幅度增加非生產時間和作業成本。這就要求在這類井型的鉆井過程中，保持較高的井眼巖肩清潔效率，在巖肩床易于形成的井段采用必要的方法，防止巖肩床的形成，保證鉆具與井眼安全。針對目前大斜度和水平段存在巖肩清潔困難的問題，鉆井現場普遍采用以下五種方法清潔井眼巖肩，包括:提高鉆井液返速、改善鉆井液流變性能、短起下鉆具、提高鉆桿轉速、和使用鉆桿傳遞扭矩的井眼清潔工具。1、提尚鉆井液返速井眼環空中鉆井液平均上返速度越高，越有利于清除巖肩。但高返速對鉆井設備的要求高，相應的動力成本也很高。同時對于某些松軟地層，高返速可能造成嚴重的井壁坍塌事故。因此，受設備和地層的限制，提高返速并不能完全解決井眼清潔問題。2、改善鉆井液流變性能該方法通過降低泥漿的流性指數，提高動塑比，改善鉆井液攜巖性能，增強其懸浮攜帶能力。該方法的缺點是改善鉆井液性能需要額外添加鉆井液外加劑，增加成本，同時較高的動塑比也會給泵等地表設備帶來較大的負擔，增大功耗。該方法單獨應用往往起到的效果有限，須配合其它方法。3、短起下鉆具在現有條件下，除采用提高泥漿返速及改善泥漿性能來提高其攜巖能力外，實際鉆井中還需配合短程起下鉆、分段循環和倒劃眼等措施，以破壞、清除巖肩床。因此，對于巖肩床沉積不嚴重井段，可采用短程起下鉆的辦法。對巖肩床易于形成的井型和井段，在短程起下鉆過程中，造斜點以下鉆具沿下井壁運動，可破壞巖肩床。對巖肩床比較嚴重，采用短程起下鉆效果不明顯的井，可采用倒劃眼的辦法破壞巖肩床。采用短起下清除法雖能起到清肩效果，卻要在起下鉆上花費很多時間，嚴重影響了鉆井的效率。4、提尚鉆桿轉速鉆進過程中提高鉆桿轉速可以提高鉆桿表面附近的鉆井液周向速度，使巖肩更好的懸浮至井眼高邊，一定程度上提高巖肩的清潔效率。但在打巖肩清潔困難的造斜段(井斜角0-90° )時，國內外普遍采用井下動力鉆具(螺桿鉆具和渦輪鉆具)滑動鉆進造斜，為保持井眼方位角不變，鉆桿和包括井下動力鉆具的殼體不旋轉，此時只有鉆頭旋轉破巖。但由于鉆桿整體不旋轉，不能采用提高鉆桿速度的方法清除巖肩床。5、使用鉆桿傳遞扭矩的井眼清潔工具抑制大斜度井段和水平井段巖肩床形成的另一種方法是使用帶有葉片的巖肩清潔工具，該工具與鉆桿通過絲扣連接，鉆桿旋轉的同時將扭矩傳遞給井眼清潔工具，巖肩清潔工具隨鉆桿旋轉而抑制巖肩床，但缺點是工具旋轉動力來自于鉆桿，當打造斜段應用井下動力鉆具(渦輪鉆具，螺桿鉆具)進行滑動鉆進時，由于鉆桿不旋轉，該類型工具也無法實現旋轉，基本沒有抑制巖肩床形成的作用。
技術實現思路
本技術的目的是提供分體式葉片液力-磁傳動井眼清潔工具，這種分體式葉片液力-磁傳動井眼清潔工具用于解決目前大斜度井、水平井、大位移井等井型滑動鉆進時井眼巖肩清潔效果不好，不能有效地抑制巖肩床形成的問題。本技術解決其技術問題所采用的技術方案是:這種分體式葉片液力-磁傳動井眼清潔工具由流筒殼體、旋轉磁芯、上保徑體、旋轉葉片構成，流筒殼體入口端有內螺紋，出口端有外螺紋，流筒殼體外壁靠近外螺紋處設置有下保徑體，流筒殼體外壁還設置有限位環，上保徑體安裝在限位環一側；旋轉磁芯由轉筒與轉軸一體形成，轉筒與轉軸的過渡連接段有鉆井液孔，轉軸外固定液力轉換裝置，轉筒的外壁均布有永磁鐵，每根永磁鐵沿筒體軸向設置，永磁鐵磁極方向沿徑向設置，相鄰兩根永磁鐵磁極方向反向；旋轉磁芯安裝在流筒殼體內，轉筒與流筒殼體出口相通，旋轉葉片套裝在流筒殼體外，旋轉葉片位于上保徑體與下保徑體之間，旋轉葉片與轉筒對應設置；旋轉葉片為具有葉片的筒狀體，筒體內壁均布有永磁鐵，每根永磁鐵沿筒體軸向設置，永磁鐵磁極方向沿徑向設置，相鄰兩根永磁鐵磁極方向反向；上保徑體和下保徑體均為外部帶有保徑葉片的環狀體，上保徑體的保徑葉片外徑與下保徑體的保徑葉片外徑相同，且二者的保徑葉片略大于旋轉葉片的外徑；液力轉換裝置為雙層筒狀體，兩層筒之間設置有軸向的壓差葉片，將兩層筒之間的環形空間分隔出若干通道；旋轉葉片為分體可拆卸的，由兩個半體對扣在一起，插入連接栓連接，再使用鎖定銷對連接栓鎖定形成。上述方案中旋轉磁芯和旋轉葉片中永磁鐵鑲嵌數量均為2?20個，旋轉磁芯和旋轉葉片在滿足強度的情況下永磁鐵鑲嵌數量優先取上限，這樣每相鄰兩永磁鐵形成的周期性變化磁場沿周向分布較密集，與液力旋轉磁芯的永磁鐵作用產生推拉力時，力的大小變化相對較小，旋轉時受力更加均勻。上述方案中旋轉磁芯的轉筒外壁具有軸向的鑲嵌槽，鑲嵌槽均布在轉筒外壁上，永磁鐵鑲嵌在鑲嵌槽；旋轉葉片的筒體內壁具有軸向的鑲嵌槽，鑲嵌槽均勻布置，永磁鐵鑲嵌在鑲嵌槽。上述方案中液力轉換裝置的內筒有鍵，旋轉磁芯的轉軸有鍵槽，液力轉換裝置通過鍵固定在轉軸上。本技術具有以下有益效果:1、本技術通過液力-磁耦合傳動，不受鉆桿是否旋轉限制，可在使用井下動力鉆具滑動鉆進時使用，在鉆井液循環的情況下，旋轉磁芯將鉆井液的壓力勢能轉換為自身旋轉的動能，通過永磁鐵透過流筒殼體傳遞磁力和扭矩，帶動流筒殼體外側旋轉葉片旋轉，從而實現液力-磁耦合傳動。旋轉葉片在液力-磁耦合傳動旋轉的情況下，可以大幅度提高井眼環空鉆井液的周向速度，抑制巖肩床的形成，提高井眼清潔效率。2、本技術中的旋轉葉片為分體式的，能更好的適用于葉片磨損嚴重、頻繁更換葉片的井下工況，需要拆卸更換旋轉葉片時，分別解鎖鎖定銷和連接栓即可拆卸旋轉葉片的兩個半體分離開，從而拆卸開下旋轉葉片，不需要卸開流筒殼體內螺紋，更換旋轉葉片所需時間短，提尚鉆井效率。【附圖說明】圖1是本技術的結構示意圖；圖2是圖1的右視圖；圖3是本技術中旋轉磁芯軸測圖；圖4是本技術中旋轉磁芯與旋轉葉片磁極布置示意圖；圖5是本技術中旋轉磁芯旋轉后旋轉葉片內永磁鐵受力方向示意圖；圖6是本技術中流筒殼體軸測圖；圖7是本技術中流筒殼體左視圖；圖8是圖7中流筒殼體A-A剖視圖；圖9是本技術中上保徑體軸測圖；圖10是本技術中旋轉葉片軸測圖。圖中流筒殼體，2旋轉磁芯，3上保徑體，4旋轉葉片，5入口端，6出口端，7下保徑體，8限位環，9轉筒，10轉軸，11液力轉換裝置，12鑲嵌槽，13永磁鐵，14保徑葉片，15壓差葉片，16鉆井液孔，17鍵槽，18連接栓，19鎖定銷。【具體實施方式】下面對本技術作進一步的說明:結合圖1、圖2所示，這種分體式葉片液力-磁傳動井眼清潔工具由流筒殼體1、旋轉磁本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分體式葉片液力、磁傳動井眼清潔工具，其特征在于：這種分體式葉片液力、磁傳動井眼清潔工具由流筒殼體（1）、旋轉磁芯（2）、上保徑體（3）、旋轉葉片（4）構成，流筒殼體入口端（5）有內螺紋，出口端（6）有外螺紋，流筒殼體（1）外壁靠近外螺紋處設置有下保徑體（7），流筒殼體（1）外壁還設置有限位環（8），上保徑體（3）安裝在限位環（8）一側；旋轉磁芯（2）由轉筒（9）與轉軸（10）一體形成，轉筒（9）與轉軸（10）的過渡連接段有鉆井液孔（16），轉軸（10）外固定液力轉換裝置（11），轉筒（9）的外壁均布有永磁鐵（13），每根永磁鐵（13）沿筒體軸向設置，永磁鐵（13）磁極方向沿徑向設置，相鄰兩根永磁鐵（13）磁極方向反向；旋轉磁芯（2）安裝在流筒殼體（1）內，轉筒（9）與流筒殼體（1）出口相通，旋轉葉片（4）套裝在流筒殼體（1）外，旋轉葉片（4）位于上保徑體（3）與下保徑體（7）之間，旋轉葉片（4）與轉筒（9）對應設置；旋轉葉片（4）為具有葉片的筒狀體，筒體內壁均布有永磁鐵（13），每根永磁鐵（13）沿筒體軸向設置，永磁鐵（13）磁極方向沿徑向設置，相鄰兩根永磁鐵（13）磁極方向反向；上保徑體（3）和下保徑體（7）均為外部帶有保徑葉片（14）的環狀體，上保徑體（3）的保徑葉片（14）外徑與下保徑體（7）的保徑葉片（14）外徑相同，且二者的保徑葉片（14）略大于旋轉葉片（4）的外徑；液力轉換裝置（11）為雙層筒狀體，兩層筒之間設置有軸向的壓差葉片（15），將兩層筒之間的環形空間分隔出若干通道；旋轉葉片（4）為分體可拆卸的，由兩個半體對扣在一起，插入連接栓（18）連接，再使用鎖定銷（19）對連接栓（18）鎖定形成。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫曉峰，閆鐵，劉維凱，柏明星，陳燁，李顯義，
申請(專利權)人：東北石油大學，
類型：新型
國別省市：黑龍江;23