一种具有双涡轮结构的环空式降压工具的制作方法

本发明涉及一种具有双涡轮结构的环空式降压工具，属于油气田钻井装备。

背景技术：

1、随着油气行业的快速发展，油气资源的需求不断增长，海洋钻井快速发展，并且逐渐迈向深水和超深水。但是深水钻井目前面临着压力窗口窄，压力控制难度大等问题。所以针对该难题，国内外通过多种技术手段来解决该问题。

2、针对该难题，采用的技术有空心球双梯度或多梯度钻井以及降压工具。对于空心球双梯度或者多梯度钻井，该套系统需要额外配备多套设备，并且需要实现对空心球的高效分离才能达到较为理想的效果，成本比较高，并且分离技术也有待提高。而目前的降压工具，多数采用的是井下泵或者旋转叶片等机构为上返流体提供动力实现降压，或者是单独通过小喷嘴产生文丘里效应，实现高速射流喷射，从而实现降压。前者所提到的降压工具内部多为旋转运动部件，在井下特殊的工况下容易磨损，使用寿命短，并且安装比较复杂。后者提到的降压工具单纯的使用小喷嘴虽然从实验的结果来看，可以起到降压的效果，但是实验使用的流体为清水，远达不到井下钻井液包含大量岩屑的情况，所以实际工作时容易导致喷嘴堵塞，从而影响正常的钻井工作。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种具有双涡轮结构的环空式降压工具，该工具能够有效降低井底井筒内钻井液环空当量密度、增加钻井液返回速度、能够研磨上返的循环液中所夹带的岩屑、防止流体出口堵塞，提高钻井安全性和效率。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种具有双涡轮结构的环空式降压工具，包括：

4、上涡轮组件，包括上涡轮组外壳、上涡轮组转子以及套设在所述上涡轮组转子外部的上涡轮组定子，所述上涡轮组定子的两端分别通过固定套固定在所述上涡轮组外壳内，所述上涡轮组转子的两端分别通过所述固定套和套筒进行轴向定位；

5、下涡轮组件，包括第一下涡轮组外壳和第二下涡轮组外壳，所述第一下涡轮组外壳的两端分别与所述上涡轮组外壳、所述第二下涡轮组外壳可拆卸连接，所述第二下涡轮组外壳内设置有下涡轮组转子以及套设在所述下涡轮组转子外部的下涡轮组定子，所述下涡轮组定子和所述下涡轮组转子均通过下涡轮组固定套筒和研磨短节进行轴向定位；

6、密封装置，其为液压密封装置，套设在所述第二下涡轮组外壳的外部，所述第二下涡轮组外壳上开有供钻井液进入所述密封装置的通孔；

7、下接头，与所述第二下涡轮组外壳可拆卸连接；

8、传动中心轴，其为中空环形轴，第一端设置于所述上涡轮组外壳内且贯穿所述上涡轮组转子，第二端贯穿所述下涡轮组转子后转动安装在所述下接头的孔道内，所述传动中心轴上开有供钻井液通过的通孔，所述套筒上开有开供钻井液进入所述传动中心轴的通孔，所述研磨短节安装于所述传动中心轴上且位于所述下涡轮组转子的下端；

9、所述第一下涡轮组外壳和所述下涡轮组固定套筒均开设有通孔。

10、所述的环空式降压工具，优选地，还包括上接头，与所述上涡轮组外壳可拆卸连接，所述上接头内开设有渐缩管流道，以提高流体流量。

11、所述的环空式降压工具，优选地，所述上接头的渐缩管流道为文丘里管形流道。

12、所述的环空式降压工具，优选地，所述固定套包括上涡轮组上固定套和上涡轮组下固定套，二者均与所述传动中心轴同轴设置，所述上涡轮组定子装配在所述上涡轮组上固定套与所述上涡轮组下固定套之间，所述上涡轮转子由所述上涡轮组固定套与所述套筒进行轴向定位。

13、所述的环空式降压工具，优选地，所述上涡轮组件还包括上涡轮组压盖，所述上涡轮组压盖安装在所述传动中心轴第一端的内部空腔中，用于对所述上涡轮组转子以及所述传动中心轴进行轴向定位。

14、所述的环空式降压工具，优选地，所述上涡轮组件还包括扶正轴承和扶正轴承固定套，所述扶正轴承套设在所述传动中心轴上且固定在所述上涡轮组下固定套的下端，所述扶正轴承固定套亦套设在所述传动中心轴上，对所述扶正轴承起轴向定位作用。

15、所述的环空式降压工具，优选地，所述密封装置包括橡胶环形密封圈、活塞杆和活塞缸，所述橡胶环形密封圈安装于所述活塞杆上，所述活塞杆安装于所述活塞缸20中。

16、所述的环空式降压工具，优选地，所述研磨短节为中空筒状结构，其外壁周向方向均匀间隔布置有若干沿其轴向延伸的肋条。

17、所述的环空式降压工具，优选地，所述肋条沿其长度方向的横截面成梯形。

18、所述的环空式降压工具，优选地，相邻所述肋条之间形成流道，所述流道为直流道或渐缩流道。

19、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

20、本发明提供的降压工具，能够有效降低井底井筒内钻井液环空当量密度、增加钻井液返回速度、能够研磨上返的循环液中所夹带的岩屑、防止流体出口堵塞，提高钻井安全性和效率。

技术特征：

1.一种具有双涡轮结构的环空式降压工具，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的环空式降压工具，其特征在于，还包括上接头(1)，与所述上涡轮组外壳(2)可拆卸连接，所述上接头(1)内开设有渐缩管流道，以提高流体流量。

3.根据权利要求2所述的环空式降压工具，其特征在于，所述上接头(1)的渐缩管流道为文丘里管形流道。

4.根据权利要求1所述的环空式降压工具，其特征在于，所述固定套包括上涡轮组上固定套(3)和上涡轮组下固定套(8)，二者均与所述传动中心轴(7)同轴设置，所述上涡轮组定子(5)装配在所述上涡轮组上固定套(3)与所述上涡轮组下固定套(8)之间，所述上涡轮转子(6)由所述上涡轮组固定套(3)与所述套筒(9)进行轴向定位。

5.根据权利要求1所述的环空式降压工具，其特征在于，所述上涡轮组件还包括上涡轮组压盖(4)，所述上涡轮组压盖(4)安装在所述传动中心轴(7)第一端的内部空腔中，用于对所述上涡轮组转子(6)以及所述传动中心轴(7)进行轴向定位。

6.根据权利要求1所述的环空式降压工具，其特征在于，所述上涡轮组件还包括扶正轴承(10)和扶正轴承固定套(11)，所述扶正轴承(10)套设在所述传动中心轴(7)上且固定在所述上涡轮组下固定套(8)的下端，所述扶正轴承固定套(11)亦套设在所述传动中心轴(7)上，对所述扶正轴承(10)起轴向定位作用。

7.根据权利要求1所述的环空式降压工具，其特征在于，所述密封装置包括橡胶环形密封圈(17)、活塞杆(19)和活塞缸(20)，所述橡胶环形密封圈(17)安装于所述活塞杆(19)上，所述活塞杆(19)安装于所述活塞缸20中。

8.根据权利要求1所述的环空式降压工具，其特征在于，所述研磨短节(18)为中空筒状结构，其外壁周向方向均匀间隔布置有若干沿其轴向延伸的肋条。

9.根据权利要求8所述的环空式降压工具，其特征在于，所述肋条沿其长度方向的横截面成梯形。

10.根据权利要求8所述的环空式降压工具，其特征在于，相邻所述肋条之间形成流道，所述流道为直流道或渐缩流道。

技术总结
本发明涉及一种具有双涡轮结构的环空式降压工具，包括：上涡轮组件，包括上涡轮组外壳、上涡轮组转子以及套设在上涡轮组转子外部的上涡轮组定子；下涡轮组件，包括第一下涡轮组外壳和第二下涡轮组外壳，第一下涡轮组外壳的两端分别与上涡轮组外壳、第二下涡轮组外壳可拆卸连接，第二下涡轮组外壳内设置有下涡轮组转子以及下涡轮组定子，下涡轮组定子和下涡轮组转子均通过下涡轮组固定套筒和研磨短节进行轴向定位；密封装置，套设在第二下涡轮组外壳的外部，第二下涡轮组外壳上开有供钻井液进入密封装置的通孔；传动中心轴，第一端设置于上涡轮组外壳内且贯穿上涡轮组转子，第二端贯穿下涡轮组转子后转动安装在下接头的孔道内。

技术研发人员：李中,任美鹏,祝效华,谢仁军,马英文,杨向前,张兴全,石昌帅,殷志明,郭华,程飞龙,王隽妍,江文龙
受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15