一种多功能井眼清洗工具.pdf

本发明公开了一种多功能井眼清洗工具，从上到下依次包括碎屑吸附机构、动力冲洗机构、打捞收集机构、磨铣机构，碎屑吸附机构包括磁力打捞器；动力冲洗机构的上接头上端与磁力打捞器连接，上接头下端与动力管连接，动力管内壁的喷射衬套中安装有喷嘴，动力管壁上开有喷出口；打捞收集机构的上收集筒与动力管下端连接，在上收集筒上端内壁装有滤网；滤网接头下方间隔设有分流块，分流块向下与分流管连接；分流管座向下与下收集筒上端连接，分流管座与下收集筒接触面设有过滤板；下收集筒下端与阀筒上端连接，阀筒内装有两组瓣阀；阀筒下端与磨铣机构的磨鞋连接。本发明装置，能够同时完成冲洗、磨铣、碎块打捞收集作业。

1.  一种多功能井眼清洗工具，其特征在于：从上到下依次包括碎屑吸附机构、动力冲洗机构、打捞收集机构、磨铣机构，
碎屑吸附机构包括中空的磁力打捞器(1)，磁力打捞器(1)外壁上均匀安装有密布的永磁块(24)，磁力打捞器(1)上端与钻杆连接；
动力冲洗机构包括上接头(2)，上接头(2)上端与磁力打捞器(1)下端连接，上接头(2)下端与动力管(3)通过螺纹连接，在动力管(3)内壁安装有喷射衬套(4)，喷射衬套(4)中沿圆周均匀斜向安装有多个喷嘴(6)，动力管(3)壁上对应开有多个喷出口，喷射衬套(4)与动力管(3)定位连接；喷射衬套(4)下端安装有衬套堵头(7)，衬套堵头(7)与喷射衬套(4)螺纹连接；
打捞收集机构包括上收集筒(10)，上收集筒(10)上端与动力管(3)下端螺纹连接，在上收集筒(10)上端内壁安装有滤网座(8)，滤网座(8)向下连接有滤网(9)，滤网(9)下端部连接有滤网接头(11)；滤网接头(11)下方间隔设置有分流块(12)，分流块(12)设置有四个外斜的出口，分流块(12)向下与分流管(13)螺纹连接，上收集筒(10)下端和分流管(13)下端分别通过螺纹与分流管座(14)套装连接；分流管座(14)向下与下收集筒(16)上端螺纹连接，分流管座(14)与下收集筒(16)接触面设置有过滤板(15)；下收集筒(16)下端与阀筒(20)上端螺纹连接，阀筒(20)内装有两组瓣阀；
阀筒(20)下端与磨铣机构的磨鞋(21)螺纹连接。

2.  根据权利要求1所述的多功能井眼清洗工具，其特征在于：所述的磨 鞋(21)下端面及下端沿外周均匀设置有多个磨铣组，每个磨铣组包括密布的金刚石颗粒(22)，磨鞋(21)下端面还沿轴向开有多个过流口(23)。

3.  根据权利要求1所述的多功能井眼清洗工具，其特征在于：所述的每组瓣阀由四块阀瓣(17)、一个阀座(18)及四个扭簧(19)组成，阀瓣(17)采用单开结构。

4.  根据权利要求1所述的多功能井眼清洗工具，其特征在于：所述的喷嘴(6)为文丘里射流式结构。

一种多功能井眼清洗工具
技术领域
本发明属于石油机械设备技术领域，涉及一种多功能井眼清洗工具。
背景技术
国内磨铣作业过程中，一般采用普通磨铣工具破碎后，碎屑通过钻井液循环排出井口，存在损害井口设备的隐患，而且要将金属碎屑携带出井口就必须对钻井液成分有特殊要求，这样就会增加作业成本。依靠钻井液循环也很难将磨铣作业后散落的大块碎物带出井口，后续打捞难度很大。
国外的多功能清洗工具发展相对成熟，但是该类工具模块化和针对性不够理想，在使用过程中工具效果难以完全发挥，功能单一，清洗不彻底，金属屑悬浮上来损伤井口设备。
研制一种既不损害井口设备，又能将磨后碎块打捞收集的多功能井眼清洗工具就显得非常迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能井眼清洗工具，解决现有技术中存在磨铣碎屑打捞、收集不彻底，效率低、成本高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种多功能井眼清洗工具，从上到下依次包括碎屑吸附机构、动力冲洗机构、打捞收集机构、磨铣机构，
碎屑吸附机构包括中空的磁力打捞器，磁力打捞器外壁上均匀安装有密布的永磁块，磁力打捞器上端与钻杆连接；
动力冲洗机构包括上接头，上接头上端与磁力打捞器下端连接，上接头下端与动力管通过螺纹连接，在动力管内壁安装有喷射衬套，喷射衬套中沿圆周均匀斜向安装有多个喷嘴，动力管壁上对应开有多个喷出口，喷射衬套与动力管定位连接；喷射衬套下端安装有衬套堵头，衬套堵头与喷射衬套螺纹连接；
打捞收集机构包括上收集筒，上收集筒上端与动力管下端螺纹连接，在上收集筒上端内壁安装有滤网座，滤网座向下连接有长柱状的滤网，滤网下端部连接有滤网接头；滤网接头下方间隔设置有分流块，分流块设置有四个外斜的出口，分流块向下与分流管螺纹连接，上收集筒下端和分流管下端分别通过螺纹与分流管座套装连接；分流管座向下与下收集筒上端螺纹连接，分流管座与下收集筒接触面设置有过滤板；下收集筒下端与阀筒上端螺纹连接，阀筒内装有两组瓣阀；
阀筒下端与磨铣机构的磨鞋螺纹连接。
本发明的多功能井眼清洗工具，其特征还在于：
磨鞋下端面及下端沿外周均匀设置有多个磨铣组，每个磨铣组包括密布的金刚石颗粒，磨鞋下端面还沿轴向开有多个过流口。
每组瓣阀由四块阀瓣、一个阀座及四个扭簧组成，阀瓣采用单开结构。
喷嘴为文丘里射流式结构。
本发明的有益效果是，集冲洗、磨铣、打捞、收集于一体，可同时完成冲洗、磨铣和碎屑打捞收集。碎屑的打捞收集是通过文丘里效应形成一个局部的流体反循环，在反循环系统中通过流体循环将小碎屑和大碎块收集在工具收集仓内，避免了碎屑上排损伤井口设备。在整个作业中无需多次起下钻，对钻井液流速和成分要求不高，提高了效率，降低了作业成本。具体包括：
1)集成化设计，将冲洗、磨铣和打捞收集功能一体化。在作业中钻杆传递扭矩驱动工具，带动工具最底部的磨鞋进行工作，桥塞被磨铣破碎，在文丘里抽吸作用下，流体被抽吸后将碎屑沿着工具中心携带上去，进入收集仓，完成碎屑捕捉。文丘里动力喷射管安装在工具收集仓上部，在磨铣过程中，碎屑被流体携带将从磨铣工具中心向上运移，经过分流管，在分流管中随着磨铣液流经滤网过滤，会在收集仓中沉降下来。强大的运移能力可将大块井底落物(如石块、卡瓦碎片、落井牙轮块等)带进收集仓，完成碎物打捞收集。
2)本发明是采用局部反循环，金属碎屑不会悬浮在钻井液或者磨铣液中，从而避免了防喷器内堆积切屑而损害设备。
3)本发明不需要特殊的配方的磨铣液，工作过程中液流损耗小，节约了成本。
4)本发明采用了模块化设计，根据作业内容和井况不同，可采取不同的模块搭配和定制：a)根据预计碎屑体积确定收集腔的长短；b)针对不同打捞介质可选择不同的捕捉方案；c)通过更换喷嘴兼顾整体作业压力来调节抽吸能力以达到最大的捕捉效果；d)工具底部可根据需求连接不同的装置，可连接清刮器、领眼磨鞋和平底磨鞋，也可敞开直接进行打捞收集作业。各模块之间采用统一连接扣型，方便互换，收集腔可叠加，各部件搭配容易。
附图说明
图1是本发明清洗工具的结构示意图；
图2为本发明中的碎屑吸附机构的结构示意图；
图3为本发明中的动力冲洗机构的结构示意图；
图4为本发明中的打捞收集机构的结构示意图一；
图5为本发明中的打捞收集机构的结构示意图二；
图6为本发明中的磨铣机构的结构示意图；
图7为本发明磨铣机构中的磨鞋端面结构示意图。
图中，1.磁力打捞器，2.上接头，3.动力管，4.喷射衬套，5.销钉，6.喷嘴，7.衬套接头，8.滤网座，9.滤网，10.上收集筒，11.滤网接头，12.分流块，13.分流管，14.分流管座，15.过滤板，16.下收集筒，17.阀瓣，18.阀座，19.扭簧，20.阀筒，21.磨鞋，22.金刚石颗粒，23.过流口，24.永磁块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明的结构是，从上到下依次包括碎屑吸附机构、动力冲洗机构、打捞收集机构、磨铣机构。
参照图2，碎屑吸附机构位于最上部，包括中空的磁力打捞器1，磁力打捞器1外壁上均匀安装有密布的永磁块24，磁力打捞器1上端与钻杆连接；实施例中设置为四列均布等间距的强力永磁块共36块，保证了组合后对铁碎屑的吸附能力，永磁块可拆卸更换。
参照图3，在磁力打捞器1下端连接有动力冲洗机构，动力冲洗机构包括上接头2，上接头2上端通过标准钻杆扣与磁力打捞器1下端连接，上接头2下端与动力管3通过螺纹连接，在动力管3内壁安装有喷射衬套4，喷射衬套4中沿圆周均匀斜向安装有多个喷嘴6，动力管3壁上对应开有多个喷出口，喷射衬套4通过销钉5与动力管3定位连接，确保喷射衬套4上面安装的喷嘴6与动力管3喷出口对齐，方便向外喷射；喷射衬套4下端安装有衬套堵头7，衬套堵头7与喷射衬套4螺纹连接。
实施例中，喷射衬套4中采用了3组可更换的喷嘴6，喷嘴6为文丘里 射流式结构，利用对流加速原理，工作后喷射出的流体不仅对套管内部冲洗清洁，而且在工具旋转后底部形成旋流抽吸作用，通过局部反循环完成功能，避免了正循环碎屑带出井口损坏井口设备的危害，同时大大降低了的泥浆成本。
参照图4、图5，打捞收集机构包括上收集筒10，上收集筒10上端与动力管3下端螺纹连接，在上收集筒10上端内壁安装有滤网座8，滤网座8向下连接有长柱状的滤网9，滤网9下端部连接有滤网接头11；滤网接头11下方间隔设置有分流块12，分流块12设置有四个外斜的出口，分流块12向下与分流管13螺纹连接，上收集筒10下端和分流管13下端分别通过螺纹与分流管座14套装连接；分流管座14向下与下收集筒16上端螺纹连接，分流管座14与下收集筒16接触面设置有过滤板15；下收集筒16下端与阀筒20上端螺纹连接，阀筒20内装有两组瓣阀，其中每组瓣阀由四块阀瓣17、一个阀座18及四个扭簧19组成。
打捞收集机构用于对磨铣后碎屑根据大小进行分类，分开两个收集仓对碎块进行收集，碎块经过瓣阀17后，较大碎块被滤板15挡住，小碎块继续经分流管13，出分流块12后减速，经滤网9过滤后沉降收集，分流块12采用四斜口的结构使得碎块沉降后不从原路返回，且此结构流体动能损失最小，阀瓣17的单开结构设置也将大块碎片回路堵住，达到收集效果。
本发明上述的相邻机构之间的连接方式采用双级正矩形短齿同步螺纹连接(TSWP)，在保证收集仓容积的前提下提高了工具的抗扭强度，满足作业要求。
参照图6、图7，阀筒20下端与磨铣机构的磨鞋21螺纹连接(如图4所示)，磨鞋21下端面及下端沿外周均匀设置有多个磨铣组，每个磨铣组包 括密布的金刚石颗粒22，磨鞋21下端面还沿轴向开有多个过流口23。
实施例采用底部开槽的磨鞋结构，内、底两个面都交错布有金刚石颗粒，磨鞋设置有六个均布的过流口23，起冷却磨铣刃和加速流体的作用，高速流体可使碎块更容易顺着鞋底进入工具收集仓，增强打捞能力。
本发明的清洗工具采用模块化设计，工具顶端螺纹与常规钻杆匹配，工具各个机构之间采用统一扣型，根据井况和作业内容对工具进行合理搭配，从而完成最佳作业效果。
本发明的工作原理是，
本发明的清洗工具向上接在钻杆下端，通过钻杆带动该清洗工具旋转，清洗工具底部的磨鞋21开始工作，在工作过程中泵送流体进入清洗工具，在喷射衬套4处由于喷嘴6的节流高速喷射，产生一个压差，在压差的作用下产生反循环，通过反循环将碎屑和碎块捕捞收集，部分溢出碎屑可被磁力打捞器1吸附收集。
本发明的具体工作过程是，
1)磨铣液通过磁力打捞器1中心通道，进入上接头2内部(液流如图2-图5箭头所示方向)，再进入喷射衬套4中的每个喷嘴6，通过各个喷嘴6产生的高速流体对套管壁进行冲洗清洁，同时产生一个节流压差，动力管3喷口及以下在压差作用下产生一个局部反循环；
2)流体从环空向下流动到底部，从磨鞋21的过流口23进入清洗工具(如图6-图7所示)，磨鞋21工作时磨铣产生的碎屑和碎块，在流体局部反循环抽吸和旋转作用下被加速后的流体从磨鞋21中心向上移运，流体打开阀瓣17，碎屑和碎块被向上移运，进入碎块收集仓；
3)进入仓内后继续向上移运，较大的碎块在过滤板15的隔挡下不能通 过，被挡在大碎块收集仓内(如图5所示)，能通过过滤板15的较小碎块和碎屑被流体带动继续向上运移，进入分流管13后加速向上，最后从分流块12的四个出口溢出，进入小碎屑收集仓(如图4所示)，碎屑随流体继续向上移运的过程中被滤网9过滤；
4)停泵后阀瓣17在扭簧19的作用下关闭，碎屑沉降下来落入小碎屑收集仓内，大碎块也落入大碎块收集仓内，清洗工具出井后，卸开管串取出收集的碎物。
5)部分难收集的小碎铁屑随井壁环空向上循环会被碎屑吸附机构吸附在其表面。
本发明清洗工具采用模块化设计，根据对磨铣产生碎屑多少的判断，通过更换零部件来达到作业效率最高化，可对其中的收集仓进行增加或者缩减，从而满足作业需求。为了防止在打捞碎屑时碎片堵塞筛管，在清洗工具工作一段时间后停泵，管柱上提和下放持续几次后，开泵继续工作，这样能对两个收集仓内的碎物进行重新排列，重复几次有助于提高作业效果。
本发明清洗工具通过文丘里效应形成一个局部的反循环，采用特殊的结构将碎屑和碎块逐级分离，逐步过滤，最后分别收集在两个腔内，避免了碎屑上排损伤井口设备。专业模块化搭配方案，解决了多种在洗井作业中遇到的问题。在工具工作过程中，同时完成冲洗、磨铣、碎屑打捞收集等作业。在整个作业过程无需多次起下钻，对钻井液成分和流速要求不高，提高了效率，也降低了成本。