[发明专利]一种井下旋流固液分离钻井提速工具

说明书

本发明属于石油天然气钻探技术领域，涉及一种井下旋流固液分离钻井提速工具，利用导流叶片结构，产生旋流流场，利用水力旋流分离原理，实现工具内钻井液的固液分离,通过井下旋流分离作用，减少喷射至井底的钻井液的固相含量，减轻其对井底岩屑的压持效应，提高钻井液对岩屑的清除效果，改善井底钻头的破岩环境，从而提高钻井速度,且低固相含量的钻井液还可缓解钻头磨损速度，进而延长钻头寿命。

技术领域：

本发明属于石油天然气钻探技术领域，涉及一种井下旋流固液分离钻井提速工具，在钻井过程中，该工具可以对进入钻头的钻井液进行除固相处理，降低钻头喷嘴喷射出的钻井液固相含量，减少钻头磨损、改善钻头破岩环境，从而间接提高钻井速度。

背景技术：

钻井液是目前常规油气钻井中必备的钻井流体，具有清洗井底、携带岩屑、冷却钻头、平衡地层压力等多种重要作用，被称为钻井的血液。固相含量是衡量钻井液性能的重要指标之一，它是指钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数，固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速度等有直接的影响。过高的固相含量的钻井液由钻头喷嘴喷射至井底，易造成严重的压持效应，并导致钻头磨损加快，进而影响钻井速度。特别是在随钻堵漏过程中，需要向钻井液中添加诸如超细碳酸钙、超细二氧化硅等固相颗粒物堵漏剂，这样对钻井速度的影响将更加严重。研究表明，钻速随钻井液中固相含量的增加而降低，固相含量达到7％时，相对于清水钻井液的机械钻速下降了50％，且固相含量每降低1％，钻速至少可提高10％。井下旋流分离技术是将旋流分离器连接在钻头和钻柱之间，在钻井液流入钻头之前，将钻井液中的部分固相进行分离，并将其提前排入井筒环空，进而有效减少钻头喷嘴喷出的钻井液的固相含量。低密度、固相含量低的钻井液流入井底，有利于缓解钻井液对井底岩屑的压持效应，减缓钻头磨损，在提高钻井速度的同时延长钻头的工作寿命。CN101245694A公开了一种井下钻井液分离装置，其包括外壳总成、涡轮组总成、分离器总成、支撑系统总成，该系统利用旋转筒的高速旋转实现钻井液的动态旋流分离，在旋转筒的入口处设计有旋转栅，不仅能够保证流体流动的稳定，使得轻重组分易于分离，而且可以进一步吸收来自于导轮钻井液的旋转动能。喷嘴采用向上倾斜的设计方案，将在井底产生一定的负压，便于井底岩屑的清除，加快钻头的钻进速度；CN102657963A公开了一种用于降低井下钻井液固相含量的装置，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。可以通过改变回流喷嘴直径调整装置的分离效果；CN107237607A公开了一种井下旋流辅助破岩工具，该工具包括密封连接的上接头和下接头，上接头内设置有多个沿轴向贯通、且沿周向间隔设置在上接头的周向一侧的钻井液输送通道孔,下接头内设置有沿轴向贯通的、且与钻井液输送通道孔连通的下接头中心孔，下接头中心孔内密封套设有能封隔下接头中心孔的分流管座。在下接头中心孔内位于上接头与分流管座之间设置有直径向上接头方向渐缩的锥筒旋流器，锥筒旋流器的外壁与下接头中心孔的内壁之间呈间隔设置，锥筒旋流器的大径端的侧壁上设置有允许钻井液沿锥筒旋流器内壁切向进入的导流槽，锥筒旋流器的小径端能沿与上接头的轴向呈倾斜、且朝向远离下接头的方向与井下水力旋流辅助破岩工具的外部环空自内向外单向连通。该工具对现场施工作业条件没有特殊限制，具有普遍适用性，易于现场推广。

上述所公开的钻井井下旋流分离技术虽然在旋流发生原理、流道设计、工具适应性等方面提出了有意义的观点，但利用涡轮高速旋转离心分离器，工具活动部件易损坏，影响工具的整体寿命。而其他设计形式均是采用反装旋流器的设计方法，导致被旋流器分离的钻井液中的高密度相需克服重力作用才能排出，这严重影响了工具的分离效果。

发明内容：