[发明专利]一种用于降低井下钻井液固相含量的装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种井下钻井液固相分离设备，它是在不改变现有的地面固控设备的基础上，进一步降低进入钻头的钻井液固相含量。它解决了钻井工艺对钻井液两种要求的矛盾，一是快速钻进所要求的低固相、低密度钻井液；二是为维护井壁，保护油气层所要求的较高密度、适当固相的钻井液。 

背景技术：

长期以来，国内外研究机构投入了大量的人力和物力，开展钻井液循环系统的研究，目前已研制出相对完善的钻井液地面固控系统，能够实现五级钻井液净化。但随着钻井深度和地层压力的增加，为增加井壁稳定性，避免压差卡钻，必然会在钻井液中加入固相重组分，以增大钻井液的密度。随着钻井液密度的增大，钻井速度将迅速下降，钻头磨损明显加剧。为此，国外提出了井下钻井液处理装置，采用此装置，既能保持环空钻井液密度，保持井壁稳定，又能降低水眼处钻井液粘度和密度，减轻水眼的磨损，提高当量水马力，充分发挥高压喷射水力破岩和清岩的作用。同时，由于井底钻井液固相含量的减少，将减轻钻头牙齿的磨损，提高钻头的寿命和机械钻速。但此装置尚有材质、结构等方面的问题，因此还需要进一步的研究。 

发明内容：

本发明的目的是要提供一种用于井下钻井液固相控制的装置，用于解决钻深井、超深井固相含量高所带来的钻速低问题。同时，它也解决了钻井工艺对钻井液两种要求的矛盾，一是快速钻进所要求的低固相、低密度钻井液；二是为维护井壁，保护油气层所要求的较高密度、适当固相的钻井液。 

本发明为达上述目的所采用的技术方案是：此装置由上部接头和下部接头组成，上部接头连接钻铤，下部接头连接钻头。下部接头套筒的底部开有圆柱销孔，通过圆柱销固定旋流发生器，旋流发生器的中间开有溢流口，通过螺纹与溢流管连接，旋流发生器的侧面开有凹槽，里面装有O型圈，旋流发生器的上部通过螺纹与水力旋流器连接，水力旋流器的顶部与回流体形成圆锥面连接，回流体通过螺纹与下部接头的内筒连接，回流体上有钻井液入口流道和底流流道，回流体的底流流道的出口处装有回流喷嘴。所述的水力旋流器的锥角一般在10°～15°之间，回流喷嘴的当量直径与溢流管的直径比一般在2～3之间。 

本发明的有益效果：进入此装置的钻井液在水力旋流器离心分离的作用下，低固相、 低密度钻井液流向钻头，高固相、高密度钻井液流向环空，实现井下钻井液固相分离。 

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。 

图2为上部接头结构示意图。 

图3为A-A处的剖面示意图。 

图4为四入口式旋流发生器主视图。 

图5为四入口式旋流发生器俯视图。 

图6为两入口式旋流发生器主视图。 

图7为两入口式旋流发生器俯视图。 

图8为回流喷嘴主视图。 

图9为回流喷嘴俯视图。 

具体实施方式：

下面结合附图来详细说明本发明。 

图1所示，此装置主要由上下两部分构成，上部接头1连接上部钻铤部分，下部接头7的下部连接钻头。下部接头7的内部主要装有回流体2、水力旋流器4、旋流发生器5、圆柱销8。旋流发生器5通过下部的圆柱销8与上部接头7进行固定，旋流发生器5与下部接头7的内壁使用O型圈6进行密封，旋流发生器5的中间通过丝扣与溢流管10相连，旋流发生器5的上部通过丝扣与水力旋流器4相连，水力旋流器4的上部通过圆锥面与回流体2进行连接密封，回流体2通过丝扣与下接头7的内壁进行连接，回流体2集钻井液入口12与回流流道11于一体，回流流道11的末端装有回流喷嘴3。 

本发明钻井液循环过程为钻井液由井口经钻柱、钻铤进入此装置的上接头1，由上接头1进入回流体2的钻井液入口流道12，经入口流道12进入到下部接头7和水力旋流器4之间的环空，然后由环空通过水力旋流器4和旋流发生器5的入口9进入旋流发生器5中，钻井液经过旋流发生器5的旋转加速作用，实现在水力旋流器4中的固相离心分离，此后钻井液分成两部分流动。第一部分是高固相、高粘度钻井液经过回流流道11，最后由回流喷嘴3喷出，流向环空；第二部分是低固相、低粘度钻井液经溢流管10流出，流入钻头。从而实现了井下钻井液的固相分离，提高了钻井液清岩、携岩的能力，最终达到提高钻井速度的目的。 

此外，该装置可以根据钻井的深度，所钻遇地层的不同可以调节回流喷嘴3的大小，回流喷嘴3可以使用一个也可以使用两个。旋流发生器的进口可以为图4、5所示的四入口式，也可以选择图5、6所示的两入口式。