專利名稱：井眼清箱室以及相關(guān)使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及增強(qiáng)型和改進(jìn)型的井眼碎屑清除工具以及相關(guān)的使用方法。通常，本發(fā)明的工具與諸如鉆柱之類的管柱連接，以便在潛孔(downhole)井環(huán)境中用于從井中移除碎屑。
背景技術(shù)：
諸如使工具或管道等在井眼中進(jìn)行磨銑的操作或壓裂操作等等井操作產(chǎn)生了碎屑，需要對這些碎屑進(jìn)行收集，并且從井中移除碎屑。例如，具有銑鞋(mill)的井底鉆具組件被制成為具有碎屑收集工具。碎屑收集工具有時被稱為垃圾籃(junk basket)、收集器籃或防砂篩(sand screen)。存在各種在不同原理下工作的不同的收集工具。然而，一般地，上述各種工具具有將循環(huán)流體與存在于井眼中的鉆粉和/或其它碎屑分離的共同目標(biāo)。在一些工具中，在管柱的下端處形成反向循環(huán)，并且反向循環(huán)用于將碎屑循環(huán)到收集工具中。反向循環(huán)通常是利用有時稱為動力頭的工具形成的，將載有鉆粉和/或顆粒材料的流引導(dǎo)到碎屑移除組件中。垃圾抽取裝置和真空裝置的示例性及非限制性的實(shí)施方案和/或公開內(nèi)容公開于下面的文獻(xiàn)中U. S. 2，915，127、U. S. 2，771，141、U. S. 2，915，127、U. S. 3，023，810、U. S. 3，382，925、U. S. 4，059，155、U. S. 5，176，208、U. S. 5，402，850、U. S. 5，944，100、U. S. 6，176，311、U. S. 6，276，452、U. S. 6，341，653、U. S. 6，962，197、U. S. 7，472，745、U. S. 2007/0272404A1、以及U. S. 2009/0126933A1，這些文獻(xiàn)的內(nèi)容為所有目的通過引用合并于此，如同這些文獻(xiàn)的全部內(nèi)容呈現(xiàn)于本文中一樣。然而，本技術(shù)領(lǐng)域仍在尋求用以從井中清除碎屑的令人滿意的工具。

發(fā)明內(nèi)容
通常，本發(fā)明的各個實(shí)施方案包括動力頭，其包括中央流道；至少一個排泄器，其具有與中央流道平行的流路；以及至少一個通道口(vent port)。閥能夠引導(dǎo)流體通過排泄器并且打開通道口，使得流體可以通過排泄器且進(jìn)入環(huán)狀空間中。排泄器被定位成形成低壓區(qū)，以產(chǎn)生進(jìn)入碎屑收集組件的反向循環(huán)。碎屑收集工具包括改進(jìn)型清箱(knock-out)過濾組件。通過下面對優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行的詳細(xì)說明，連同附圖和權(quán)利要求書，本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它的特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。


本發(fā)明的所有附圖都不是按比例繪制的，除非特別指出。應(yīng)理解的是，這些附圖僅描繪了本發(fā)明的典型實(shí)施方案，因此，不應(yīng)被視為對本發(fā)明范圍的限制，將利用附圖對本發(fā)明額外的特征和細(xì)節(jié)進(jìn)行說明，在附圖中圖I是本發(fā)明的動力頭處于關(guān)閉位置的實(shí)施方案的剖視圖；圖2是圖I中的處于打開位置的實(shí)施方案的剖視圖；圖3是沿圖3的線A-A剖切的剖視圖；圖4是本發(fā)明的能夠與本發(fā)明的動力頭實(shí)施方案一起使用的碎屑收集部的剖視圖；圖5是本發(fā)明的動力頭處于關(guān)閉位置的可選實(shí)施方案的剖視圖； 圖6A是圖5的動力頭處于打開位置的剖視圖；圖6B是顯示處于關(guān)閉位置的與圖6A的動力頭的可選實(shí)施方案類似的剖視圖；圖7是本發(fā)明的碎屑收集部的可選實(shí)施方案的剖視圖；圖8是圖8的碎屑收集部的篩部分的可選實(shí)施方案的剖視圖示例；圖9是與本發(fā)明的碎屑收集部的第三個可選實(shí)施方案組裝到一起的本發(fā)明的動力頭的立體圖；圖10是圖9中的組件的剖視圖；圖11是圖9中的組件的過濾器部分的剖視圖；圖12a和圖12b是圖9中的組件的清箱部分的實(shí)施方案的剖視圖；以及圖13是本發(fā)明的過濾器部分中的閥的剖視圖。
具體實(shí)施例方式本說明書僅以舉例方式示出特定細(xì)節(jié)，而且僅用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的示例性討論的目的，并且是為了提供被視為是最有利于且最易于理解本發(fā)明的各個實(shí)施方案的原理和構(gòu)思方案的緣故而呈現(xiàn)的。在這方面，并未試圖比基本理解本發(fā)明所必需的細(xì)節(jié)更詳細(xì)地顯示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，結(jié)合附圖進(jìn)行的說明使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可顯然知曉在實(shí)踐中如何可以具體實(shí)施本發(fā)明的多種形式。下面的定義和解釋并不意味著而且也不旨在控制任何未來的構(gòu)造，除非在下面的描述中明確且毫無疑義地進(jìn)行了改進(jìn)。在術(shù)語的構(gòu)造使該術(shù)語無意義或基本無意義的情況下，應(yīng)當(dāng)由Webster’ s Dictionary, 3rd Edition (韋伯斯特詞典第三版)來確定定義。定義和/或釋義不應(yīng)當(dāng)從其它的專利申請、專利或公布中并入(無論相關(guān)與否)，除非在本說明書中特別指出，或若這種并入對于保持有效性是必要的。如本文使用的，術(shù)語“附接”或其任何字形變化描述并且是指兩個物品的至少部分的連接。如本文使用的，術(shù)語“一體”意思是且指的是在組裝之后不缺少關(guān)鍵部分。如本文使用的，術(shù)語“流體”是指連續(xù)的、無定形的物質(zhì)，此物質(zhì)的分子自由地移動而經(jīng)過彼此并且具有呈現(xiàn)其容器形狀的趨勢，流體例如為液體或氣體。除了在操作實(shí)施例中或者以其它方式指出，表示本發(fā)明使用的部件的數(shù)量的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)理解為在所有情形下均以術(shù)語“大約”進(jìn)行修飾。
如本文使用的，“排泄器”是通常具有噴嘴的裝置；該裝置的輸入口用于使流體流過該裝置而到達(dá)輸出口，并且用于形成抽吸通道以將流體抽入抽吸口中從而與在輸入通道和輸出通道之間流動的流體混合。排泄器包括例如噴射泵和文氏(Venturi)泵?！芭判蛊鬏S線”是指噴嘴的中心線。如本文所使用的，“碎屑捕獲器”是用于將固體與井眼流體分離并且包括篩和籃的
>J-U ρ α裝直。本發(fā)明的各個實(shí)施方案總體提供了增強(qiáng)型壓差動力頭。在另外的各個實(shí)施方案中，本發(fā)明的壓差動力頭可以與各種鉆井附件和/或模塊化鉆井附件一起使用。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明的壓差動力頭與諸如但是不限于垃圾籃、濾篩和/或類似工具的井眼清箱工具相關(guān)聯(lián)。壓差是通過來自工具和/或生產(chǎn)管道的內(nèi)徑的反向循環(huán)流形成的，而不是 通過來自生產(chǎn)管道和/或井眼或外殼的外徑的流動的操作形成的。流動至少部分是由壓差和文氏效應(yīng)形成的。本發(fā)明的各個實(shí)施方案使得通過內(nèi)管來自排泄器的壓力最大化?，F(xiàn)在參照附圖，其中，在全部的附圖中使用相同的附圖標(biāo)記，在圖I-圖3中示出了布置于地下井眼105中的本發(fā)明的動力頭110的實(shí)施方案。在圖I中，示出動力頭110處于關(guān)閉位置；在圖2中，示出動力頭110處于打開位置。動力頭110的可選實(shí)施方案能夠包括為特定鉆井方案或鉆井工序所需的其它各個部分或區(qū)段。在各個實(shí)施方案中，諸如上部分件(upper sub,圖4中示出了其實(shí)施例)之類的另外的鉆柱分件或零件也連接到一起。在各個實(shí)施方案中，動力頭110包括管狀構(gòu)件25，管狀構(gòu)件25限定軸向延伸的流路102和位于管狀構(gòu)件25的壁中的通道口 150。管狀構(gòu)件25在其端部上具有用于連接與管柱中的流體連通的動力頭的器件，諸如螺紋。動力頭110進(jìn)一步包括閥組件30 ;閥組件30位于管狀構(gòu)件25中，以在管狀構(gòu)件25中沿軸向在打開位置和關(guān)閉位置之間滑動。通常，當(dāng)處于關(guān)閉位置的通道口 150被阻斷時，在動力頭的內(nèi)部和井眼105的管道環(huán)狀空間之間不連通。在打開位置，通道口 150打開。閥組件30的本體包括上部構(gòu)件142、至少一個排泄器155和偏轉(zhuǎn)器基座175。閥組件30具有圍繞軸向延伸的通路156的球形致動器球閥座132。應(yīng)注意的是，閥座132位于旁通口線路115的下游和抽吸室124的上游。排泄器噴射噴嘴122可移除地安裝(螺紋連接)到上部構(gòu)件142中，使排泄器管道155與排泄器噴射噴嘴122對準(zhǔn)。噴嘴下方的開放式空間形成抽吸室124。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，存在六個排泄器，但是對于動力頭運(yùn)作而言僅需要至少一個排泄器。如圖所示，排泄器不僅使用了平滑匯聚式的外形，而且在優(yōu)選的實(shí)施方案中，匯聚式的外形與平滑發(fā)散式的外形相結(jié)合。這些外形對于含有固體的井流體而言是有利的。偏轉(zhuǎn)器基座175具有軸向延伸的流體流路162和漸縮式的上表面164。偏轉(zhuǎn)器基座被安裝成通過上方構(gòu)件142而在管狀構(gòu)件25中軸向滑動或移位。在圖I中，偏轉(zhuǎn)器基座175被示為處于關(guān)閉位置，通過通道口 150的流動被阻斷，并且通過排泄器管道155的流動被阻斷。一對軸向間隔開的密封件158安裝到偏轉(zhuǎn)器基座175中，以與管狀構(gòu)件25的內(nèi)壁形成密封，從而將通道口 150與流體流路102隔離。在各個實(shí)施方案中，排泄器噴射噴嘴122的至少一部分具有涂層。通過在基座和上方構(gòu)件之間延伸的螺栓211 (圖3中示出)將排泄器管道155夾在上方構(gòu)件142和偏轉(zhuǎn)器基座175之間。在該實(shí)施方案中，能夠容易地移除排泄器以進(jìn)行維護(hù)。另外，能夠通過改變排泄器和噴嘴的長度和形狀來針對特定應(yīng)用定制動力頭。上方構(gòu)件142、排泄器管道155和偏轉(zhuǎn)器基座175的組件能夠通過剪切銷176或凹槽(未示出)或類似構(gòu)件/結(jié)構(gòu)而被可釋放地保持在管狀構(gòu)件25中的適當(dāng)?shù)年P(guān)閉位置或打開位置。在各個實(shí)施方案中，閥組件30在管狀構(gòu)件25中形成過盈配合。旁通口線路115可大致處于從內(nèi)部流路102延伸到排泄器噴射噴嘴122的取向上。在一個實(shí)施方案中，旁通口 115按照與流體流路成大約九十(90)度的角度張開。在可選的實(shí)施方案中，旁通口按照與流體流路成大約120度的角度張開。在可選的實(shí)施方案中，旁通口按照與流體流路成大約135度的角度張開。在可選的實(shí)施方案中，旁通口按照與流體流路成大約150度的角度張開。在可選的實(shí)施方案中，旁通口按照與流體流路成小于大約150度的角度張開。通常，只要不過度阻礙流體流路，任意角度都是可接受的。閥座132適于接納致動球或球形閥元件120 (示于圖2中)。在各個實(shí)施方案中，球形閥元件120從動力頭110上方的井口裝置被釋放到流體流路中并且進(jìn)入內(nèi)部軸向通路156中。應(yīng)理解的是，可以使用其它形狀的閥元件，唯一重要的是，閥元件與閥座配合以阻斷 流體通過所述閥座。通常，球120是從地面或地面的周圍釋放的。然而，也可與本發(fā)明的各個實(shí)施方案一起，使用用于存儲和/或釋放球120的其它結(jié)構(gòu)，諸如閥座132上方的擱板或擱架。當(dāng)球120位于閥座132上時，通過軸向通路156的流體路徑147被阻斷，并且流體沿管柱向下泵送到動力頭110中，動力頭110將流體轉(zhuǎn)向到旁通口線路115內(nèi)并且通過排泄器噴射噴嘴122。在其它各個實(shí)施方案中，剪切銷176將動力頭保持在關(guān)閉位置或打開位置處。通常，在關(guān)閉位置，在動力頭的內(nèi)部和井眼105的管道環(huán)狀空間之間不連通。如上所述，當(dāng)球120位于閥座132上時，阻止在管柱中流動的井流體流過軸向通路156。隨著流體壓力增大，閥組件30和剪切銷176移位或被迫下行到圖2所示的打開位置。這使得偏轉(zhuǎn)器基座175移動到通道口 150的下方，從而打開通往管狀構(gòu)件25的環(huán)狀空間的排泄器排放路徑。在打開位置處，井流體轉(zhuǎn)向到排泄器噴射噴嘴122中并且通過排泄器噴射噴嘴122。在各個實(shí)施方案中，排泄器管道155和排泄器噴射噴嘴122可具有多種形狀、體積和/或長度。流過排泄器噴射噴嘴122的井流體通過增加速率并且降低流動的井流體的壓力來為排泄器提供動力。結(jié)果，在抽吸室124中形成局部真空。井流體通過抽吸室，從而使多種流體混雜于抽吸室中。井流體之間的摩擦使得抽吸室被排空。這使得抽吸室中具有較低的壓力，從而將額外的流體從流體通路162的位于球閥120下方的部分“拉”到或泵送到抽吸室中。增壓流體通過排泄器噴射噴嘴122、進(jìn)入抽吸室124并且通過排泄器管道155，在抽吸室中形成抽吸力(文氏效應(yīng))，使得動力頭下方的管柱中的任意井流體將沿著流體通路162被抽入室中且由此處連同來自排泄器噴射噴嘴122的流體一起進(jìn)入排泄器管道155中。然后，混合物沿著流體流路或流體路徑109通過排泄器的側(cè)壁平滑發(fā)散式的梢部，在此處流體的動能被轉(zhuǎn)換回壓力。然后，組合的流體離開排泄器并且沿著流路112被導(dǎo)入井眼中。在各個實(shí)施方案中，存在圍繞流體通路162被周向布置的一個或多個排泄器。在可選的實(shí)施方案中，存在徑向?qū)ΨQ地布置在流體流路162周圍的多個排泄器。在一個實(shí)施方案中，存在圍繞流體通路162的至少兩個(2)排泄器。在一個可選實(shí)施方案中，存在周向圍繞流體通路162的至少三個(3)排泄器。在另一個可選實(shí)施方案中，存在圍繞流體通路162的至少四個(4)排泄器。在又一個可選實(shí)施方案中，存在圍繞流體通路162的至少五個(5)排泄器。在再一個可選實(shí)施方案中，存在圍繞流體通路162的至少六個(6)排泄器。在進(jìn)一步的可選實(shí)施方案中，存在圍繞流體通路162的至少七個(7)排泄器。在進(jìn)一步的可選實(shí)施方案中，存在圍繞流體通路162的至少八個(8)排泄器。通常，可以使用任意數(shù)量的排泄器來優(yōu)化真空效應(yīng)和/或排泄器效應(yīng)和/或壓差效應(yīng)。通常,在操作方法中，參照圖I,鉆井流體(鉆井液，drilling fluid)沿著流體流路102循環(huán)而通過動力頭110。當(dāng)動力頭110處于關(guān)閉位置時，鉆井流體從流路102流過流體通路162而到達(dá)柱底部的鉆頭或銑鞋。在磨銑操作期間或者當(dāng)期望進(jìn)行鉆粉和/或碎屑移除時，球120下降以抵靠閥座132 (如圖2所示)。鉆井流體的持續(xù)泵送使得管狀構(gòu)件25中的壓力升高，其中，閥組件30被推動而在潛孔中滑動，直到排泄器排放口與通道口 150對準(zhǔn)，由此通過將流體流路從流路102重新引導(dǎo)至流路112，而使鉆井流體得以流入井眼的環(huán)狀空間中。如上所述，通過排泄器噴射噴嘴122和排泄器管道155的流動使得流體沿著流體流路102從動力頭110下方沿管柱向上流動并且進(jìn)入抽吸室124中。在各個實(shí)施方案中，排泄器管道155呈錐形。在各個實(shí)施方案中，可以通過循環(huán)和/或再循環(huán)實(shí)現(xiàn)誘噴(induced flow)。在一個實(shí)施方案中，排泄器管道155為發(fā)散式以誘 導(dǎo)鉆井流體的流動。在可選的實(shí)施方案中，排泄器管道155為發(fā)散式以誘導(dǎo)鉆井流體的流動。在可選實(shí)施方案中，排泄器管道設(shè)置有匯聚式的和發(fā)散式的表面來誘導(dǎo)鉆井流體的流動。在可選的實(shí)施方案中，排泄器管道155具有多個匯聚流區(qū)域和發(fā)散流區(qū)域以誘導(dǎo)鉆井流體的流動。通常，在本發(fā)明的實(shí)施方案中可以使用不同的匯聚區(qū)域和發(fā)散區(qū)域。在各個實(shí)施方案中，沿著排泄器軸線通過排泄器管道155的鉆井流體流路109與流體流路102基本平行。在各個可選的實(shí)施方案中，通過排泄器管道的鉆井流體流與流體流路102近似平行。通常，通過排泄器管道155的鉆井流體流109在方向上與流體流路102相關(guān)。重新定向的鉆井流體流的至少一部分沿著流體流路109在高壓下流動，并且通常通過抽吸室124進(jìn)入流路109而壓力降低。通常，本發(fā)明的流體流路中的壓力取決于流路的體積和/或表面積。通常，本發(fā)明的各個實(shí)施方案所能實(shí)現(xiàn)的壓差可用于提升碎屑和/或鉆粉和/或其它物品。圖3是沿著圖2的線3-3剖切而得的示意圖?？梢钥闯觯鄠€螺栓211、噴嘴122和排泄器管道155圍繞流路102。圖4示出了要與本發(fā)明的動力頭一起使用的碎屑收集組件330的實(shí)施方案，碎屑收集組件330包括清箱件(knock-out)340、管狀收集室或籃360以及螺紋連接到籃360底部的下部分件(或螺紋接管)335?？梢瞥M件362包括面板(faceplate)或基座336、第二管或內(nèi)管372以及穩(wěn)固器341，可移除組件362位于收集室或籃360中?？梢瞥齼?nèi)管組件362在下部分件335和籃360之間保持就位。內(nèi)管372在其上端處具有開口 345，流體通過開口 345流入室360中。內(nèi)管372優(yōu)選地具有開口端，但是也可采用其它構(gòu)造，諸如在內(nèi)管的上端周圍的多個開口。根據(jù)本發(fā)明的特征，下部分件可以拆除，并且管組件362可被移除以沖走籃360中收集到的碎屑。第一室338和篩保持架339包括上部組件310并且位于第二或內(nèi)管組件362的上方。另外的實(shí)施方案包括管狀通道368和/或延伸部371。當(dāng)動力頭處于打開位置(再循環(huán)模式)時，流體沿著流體路徑301上流至碎屑收集組件330中并且進(jìn)入內(nèi)管372內(nèi)。通常，流入內(nèi)管372的鉆井流體載有需要與鉆井流體分離的碎屑和/或鉆粉。鉆井流體向上通過第二內(nèi)管372并且流過清箱件340。清箱件340使較大的碎屑和/或鉆粉落入收集室或籃360中。流體和較小的碎屑通過清箱件340中的開口或通路364。在與磨銑操作結(jié)合使用的碎屑收集組件330的一個實(shí)施方案中，碎屑收集組件330能夠加長或重復(fù)，這取決于要在其中進(jìn)行井眼操作的鉆井套管的長度。鉆井流體將沿著流體路徑306繼續(xù)向上流過碎屑收集組件330而進(jìn)入本發(fā)明的動力頭中。在各個實(shí)施方案中，鉆井流體經(jīng)過篩保持架339以移除其它碎屑和/或鉆粉。在各個實(shí)施方案中，清潔后的鉆井流體的至少一部分將循環(huán)回到井眼內(nèi)用于鉆井操作。圖5和圖6A示出了動力頭225的可選實(shí)施方案，動力頭225包括殼體226，閥組件228安裝到殼體226中。殼體226包括環(huán)形肩臺部226b和縮型內(nèi)徑部226a，縮型內(nèi)徑 部226a中設(shè)有通道口 250。閥組件228包括三件式上部構(gòu)件234、排泄器255和基座偏轉(zhuǎn)器230，上部構(gòu)件234、排泄器255和基座偏轉(zhuǎn)器230由螺栓211保持到一起。上部構(gòu)件234包括球?qū)Р?34a、閥部234b和排泄器穩(wěn)固器234c。球?qū)Р?34a包括閥座232并且安裝有排泄器噴嘴222。當(dāng)動力頭移動至打開位置時(示于圖6A)，偏轉(zhuǎn)器230上的肩臺236接合縮型內(nèi)徑部226a，從而將閥組件228與通道口 250適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)。在圖6B中，動力頭225的可選實(shí)施方案被示出處于致動位置。在該實(shí)施方案中，第二閥組件250安裝到殼體226中，處于閥組件338的上方；并且旁通口 252形成在殼體226的壁中。閥組件250包括閥體254和環(huán)形密封件256，密封件256抵靠殼體226的內(nèi)壁形成密封。閥座258形成在本體224上軸向通路260的周圍。閥座的尺寸和形狀適于接納閥元件，在所示實(shí)施方案中，閥元件為球262。通路260的尺寸和形狀允許球220從中通過。閥體254安裝到殼體226中，以在箭頭D的正向和反向上沿軸向滑動。在使用時，第二閥組件可放置到井中的運(yùn)行位置處(未示出)，即，使得閥體254提升至阻斷流通過端口(即旁通口)252的位置?？衫眉羟袖N或類似部件將閥體254保持在提升后的位置。當(dāng)需要阻斷流體通過動力頭225并且打開端口 252時，大的閥元件(致動器球264)被泵送到閥座258上，并且閥體254被迫下滑至圖6B中所示的致動位置。閥組件250能夠用于使井流體通過端口252循環(huán)進(jìn)入管柱或者從管柱中循環(huán)出來。閥組件250使得動力頭225能夠在打開條件下下放到井中，然后通過致動閥組件250來禁止動力頭225下放。 圖7是模塊化碎屑收集裝置500的可選實(shí)施方案的剖視擴(kuò)展圖，其中的止回閥532能夠與本發(fā)明的各個實(shí)施方案一起使用。通常，第一碎屑收集部510包括內(nèi)管512和擴(kuò)展區(qū)域515，第一碎屑收集部510用于從鉆井流體中移除較大的碎屑。隨著鉆井流體向上流，內(nèi)管512擴(kuò)展到區(qū)域515中，并且將其積聚的碎屑的一部分釋放到收集室517中。最終，收集室517填滿并且需要清潔。本發(fā)明的各個實(shí)施方案使用了具有凹部522的處理分件(handling sub) 520，使得凹部522由鉆探場所的現(xiàn)有的鉗子和/或工具來抓緊。因此，分件520可與已經(jīng)分離和排空的鉆柱和收集室517分開，從而節(jié)省寶貴的鉆井時間。用于移除諸如但不限于砂和促進(jìn)劑(proppant)的顆粒物質(zhì)的獨(dú)特濾砂分件(sandsub>530能夠與本發(fā)明的各個實(shí)施方案附接以增強(qiáng)井清除工序。濾砂分件530通常包括網(wǎng)部539、內(nèi)管572、碎屑收集室537、基板534以及止回閥532。止回閥532可被構(gòu)造為在反向流動期間打開而在正常循環(huán)期間關(guān)閉。多個另外的實(shí)施方案包括用于在正常循環(huán)期間操作的端口(未示出)。圖8是能夠與本發(fā)明的濾砂分件630的各個實(shí)施方案一起使用的可選的止回閥的示例，濾砂分件630包括細(xì)長的碎屑收集室637、止回閥632、網(wǎng)部639、內(nèi)管672和基板634。通常，流體被選擇成在循環(huán)和或反向循環(huán)期間在止回閥632周圍流動。在圖9和圖10中示出了本發(fā)明的碎屑收集組件700的另外的可選實(shí)施方案，其構(gòu)建于管柱702 (包括鉆井管)中。管柱702具有與碎屑收集組件連通的內(nèi)部通路703。碎屑收集組件700包括動力頭組件704、鉆井管篩706、上處理段708、篩組件800、下處理段712和清箱組件900。包括螺紋接管710、714和722以適于螺紋套接并且關(guān)閉組件的底部。盡管在圖示的配置中，組件700包括例如各個部件中的僅一個部件，但可預(yù)想的是，如果需要，可以串聯(lián)地組裝多于一個的清箱篩。應(yīng)當(dāng)注意的是，處理段具有與鉆井管相關(guān)的構(gòu)造(尺寸和形狀)，使得組件700的處理段可由鉆機(jī)上相同的鉗子和/或工具或者如鉆井管上使用的那些維修鉆具來抓緊并操縱。處理段具有如下長度當(dāng)與過濾器或清箱組件中的一個組裝到一起時，能夠像鉆井管的分段一樣來處理處理段。例如，處理段712的組合長度被選擇成，使得當(dāng)與清箱組件900和螺紋接管722連接時，得到的組件為大約30英尺長，從而使該組件可構(gòu)建于管架上或者從井中取回，放置于管架上并且進(jìn)行拆卸和排空，而無需綁縛到鉆具設(shè)備上。類似地，處理分件或分段708的組合長度被選擇成，使得當(dāng)與濾篩組件724和螺紋接管712附接時，得到的組件為大約30英尺長，并且能夠作為單一長度的管來處理。這同樣適用于組裝到一起的動力頭工具704和鉆井管篩706的長度。碎屑收集組件700可具有90英尺的長度，允許像處理三段鉆井管一樣來處理該組件。動力頭704可具有本文所述的任意構(gòu)造。動力頭704連接至鉆井管702的段及其通路703。通過使致動球718流到動力頭704中的閥座上，來打開排放口 716。球718也使來自鉆井管702的流體轉(zhuǎn)向、通過排泄器720以及出口 716而進(jìn)入在碎屑收集組件700和井眼壁之間形成的環(huán)狀空間中。排泄器720形成低壓區(qū)，這反過來使得井流體流入管柱702的底部并且通過清箱組件900和篩組件800上流至通道703。在清箱組件900和篩組件800中，從井流體中移除碎屑。在圖11和圖13中示出了篩組件800的細(xì)節(jié)。篩組件800包括筒狀殼體810，筒狀殼體810在其下端812處具有外螺紋以與下處理段712連接，而且在其上端814處具有內(nèi)螺紋以與上處理段708連接。在該實(shí)施方案中，除去了圖10所示的螺紋接管714。基座840安裝到篩組件800的下端處，并且在相對的環(huán)形肩臺部816、818之間保持就位?；?40呈平坦墊圈的形狀，使中央流路842延伸而通過其中。內(nèi)速率管820安裝到基座840 上，并且從基座840沿軸向伸出。內(nèi)速率管820具有筒形形狀，并且具有適于圍繞中央流路842的周邊裝配的尺寸。速率管820的上端822是打開的。筒狀篩830從基座840伸出并且在內(nèi)速率管820的周圍形成環(huán)狀空間832。在本實(shí)施方案中，篩830被圖示為絲篩，但是可預(yù)想的是，可以使用其它類型的碎屑篩。在殼體810和篩830之間形成有第二環(huán)狀空間834。帽件860關(guān)閉筒狀篩830的上端。多個軸向延伸的間隔件850附接至篩830的外部以提供支撐。溢放閥870安裝到帽件860中。溢放閥870的細(xì)節(jié)示于圖13中。溢放閥870包括閥元件872、閥桿874、壓縮彈簧876和閥保持架878。如圖所示，彈簧876推動閥元件872抵靠帽件860，以關(guān)閉過濾器830的頂部。當(dāng)過濾器830變成載有碎屑時，過濾器830內(nèi)部的流體壓力將克服彈簧876的彈力，并且提升閥元件872而使其離開帽件860，從而允許流體繞過過濾器830。如圖所示，能夠通過轉(zhuǎn)動帶螺紋桿874上的螺母879，來調(diào)節(jié)由彈簧876和閥元件872施加的力。在正常操作時,含有碎屑的井流體通過管道820流入篩組件800中。進(jìn)入環(huán)狀空間832的流體由于流過篩830且進(jìn)入環(huán)狀空間834中而被過濾。隨著井流體被過濾，碎屑積聚在環(huán)狀空間832中，并且過濾器流體經(jīng)由上處理段708離開篩組件800。根據(jù)本發(fā)明的特征，當(dāng)下處理段712 (螺紋接管714)與殼體810斷開時，基座840、管道820和篩830的組件能夠沿軸向從殼體810上被移除以進(jìn)行清潔或維修。
在圖12a和圖12b中示出了清箱組件900的細(xì)節(jié)。清箱組件900包括筒狀殼體910，筒狀殼體910在其下端912處具有外螺紋而在其上端914處具有內(nèi)螺紋。內(nèi)速率管920從基座930軸向伸出并且與基座930連接。管道920與殼體910的內(nèi)部形成碎屑收集環(huán)狀空間926。基座930安裝到殼體910和螺紋接管722上的相對的肩臺之間。穩(wěn)固器922安裝到管道920的外部，以使管道920在殼體910內(nèi)居中。多孔偏轉(zhuǎn)錐狀件(或稱“清箱件”)940安裝到管道920的開口端924的上方。通路932與管道920的內(nèi)部連通。在操作時，井流體進(jìn)入清箱組件900，或者從速率管920朝向偏轉(zhuǎn)錐狀件940排放，其中較大的碎屑沿徑向被偏轉(zhuǎn)，從而回落到環(huán)狀空間926中。能夠通過使螺紋接管722解除螺紋連接來簡單地移除清箱組件900。根據(jù)本發(fā)明的特定特征，篩和清箱組件的長度能夠擴(kuò)展，或者能夠相互結(jié)合地使用多個組件，這取決于井場處存在的條件。如果預(yù)期有額外量的碎屑，則清箱段的長度可以擴(kuò)展。如圖12b所示，殼體910使用配合螺紋910a來增加第二殼體段910b。在管道920b的某段中使用兩個套環(huán)920a、920c來將速率管920d增加到管920上。通過這種方式，可將一個或多個段增設(shè)到清箱組件900上以容置較大體積的碎屑。通過類似的方式，能夠根據(jù)需要來擴(kuò)展篩組件800。在使用時，可利用諸如鏈?zhǔn)絼恿︺Q和管道扳手或水平浸潰單元的動力手工工具，來使各個組件的螺紋接管與諸如管架的井鉆具連接和分離。例如，可借助動力手工工具來附接或移除螺紋接管722，以對清箱工具900進(jìn)行組裝和拆卸，并且不需要使用鉆具地板設(shè)備。例如，當(dāng)為了清潔而期望拆卸清箱工具時，由于利用鉆機(jī)地板上的動力鉗(power tong)使得工具從井中被移除(或者插入井中)，而且螺紋接管被移除，并在管架上對清箱工具進(jìn)行清潔，所以螺紋接管的上扣扭矩(makeup torque)可以突然撤除(或者施加)，而無需綁縛鉆具。這同樣適用于螺紋接管714和濾篩組件800。在將各種工具組件放置到鉆柱中并且下放到井眼中之后，如本文所述地使用這些工具。當(dāng)工具組件從井眼中被移除時，使用鉆具來使工具組件與管柱解耦合或分離。如上所述，這些組件被設(shè)計為像管段一樣從井中被移除。螺紋接管722、清箱組件900和處理分件712的組合式組件作為一個單元而從管柱中被移除。整個單元可隨后遠(yuǎn)離鉆具被放置，諸如放置到管架上或其它位置，從而使鉆具可用于其它用途。然后，利用動力手工工具而不是鉆具設(shè)備來移除螺紋接管722。隨后可容易地對可移除的面板、內(nèi)管和穩(wěn)固器進(jìn)行清潔。類似地，篩式過濾器組件和動力頭組件能夠與鉆柱或管柱解耦合，被移除到管架上或其它區(qū)域，然后被拆卸以進(jìn)行清潔。本文所使用的術(shù)語“螺紋接管”或“下部分件”等表示管道的一段，管道的該段具有貫通流路且與工具殼體的端部可移除地附接，例如像螺紋接管714和722以及下部分件301之類。
盡管已經(jīng)示出并且描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說多個變型例和可選的實(shí)施方案將是顯而易見的。因此，本發(fā)明旨在僅受隨附權(quán)利要求書的條款限制。由于所公開的實(shí)施例僅為示例性的而非限制性的，可在不偏離本發(fā)明的情況下以其它具體形式來實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍由隨附的權(quán)利要求書來確定，而不是由前 面的說明書確定。落在權(quán)利要求的等同內(nèi)容的含義和范圍內(nèi)的對權(quán)利要求書做出的全部改動均應(yīng)包含在其范圍內(nèi)。此外，本文提到的全部公開的文件、專利和申請通過引用合并于此，如同它們的全部內(nèi)容呈現(xiàn)于本文中一樣。
權(quán)利要求
1.一種用于在地下井眼中從井流體移除碎屑的裝置，所述裝置包括 動力頭工具，其與用于在所述井眼中定位的管柱連接，所述動力頭工具用于在所述井眼中形成反向流體流； 清箱工具，其沿著來自所述動力頭工具的所述管柱潛孔連接，所述清箱工具包括清箱構(gòu)件、可移除分組件以及限定內(nèi)部通路的細(xì)長殼體； 所述清箱構(gòu)件緊鄰所述細(xì)長殼體的上端被定位，并且能操作以將所述井流體中的碎屑引導(dǎo)到內(nèi)管和所述殼體之間的環(huán)狀空間中；而且 所述可移除分組件包括細(xì)長的內(nèi)管，其位于所述殼體內(nèi)，由此在所述內(nèi)管和所述殼體之間限定環(huán)狀空間；面板，其可移除地附接至所述殼體，所述面板用于阻斷來自所述內(nèi)管和所述殼體之間的所述環(huán)狀空間的下端的流體流，所述面板中具有用于將流體流引導(dǎo)到所述內(nèi)管的內(nèi)部中的入口通道。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包括下部分件，所述下部分件可移除地附接至所述殼體的下端，所述下部分件用于將所述可移除分組件附接至所述殼體，所述下部分件具有與所述清箱工具的內(nèi)管流體連通的通路。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包括至少一個穩(wěn)固器，其用于保持所述內(nèi)管與所述殼體的壁間隔開。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述清箱構(gòu)件具有至少一個開口，所述至少一個開口用于允許流體流經(jīng)過所述清箱構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述清箱構(gòu)件的形狀呈大致錐形。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述內(nèi)管具有上開口；所述上開口緊鄰所述清箱構(gòu)件被定位，并且用于朝向所述清箱構(gòu)件弓I導(dǎo)流體。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包括篩組件，其用于從所述井流體移除碎屑，所述篩組件被定位成從所述清箱組件沿鉆孔向上。
8.—種在地下井眼中從井流體移除碎屑的方法，所述方法包括如下步驟 1)將清箱工具與管柱連接，所述清箱工具具有 a)限定流路的細(xì)長的殼體； b)可移除分組件，其具有細(xì)長的內(nèi)管，其位于所述殼體內(nèi)，由此在所述內(nèi)管和所述殼體之間限定環(huán)狀空間；以及面板，其用于阻斷來自所述內(nèi)管和所述殼體之間的所述環(huán)狀空間的下端的流體流，所述面板中具有入口通道，所述入口通道用于將流體流引導(dǎo)到所述內(nèi)管的內(nèi)部中；以及 c)清箱構(gòu)件，其緊鄰所述細(xì)長殼體的上端被定位，并且能操作以將所述井流體中的碎屑引導(dǎo)到所述內(nèi)管和所述殼體之間的所述環(huán)狀空間中； 2)將處理分件與所述清箱工具的所述可移除分組件連接； 3)將動力頭工具與從所述清箱工具沿鉆孔向上的所述管柱連接，所述動力頭工具用于在所述井眼中形成反向流體流； 4)使載有碎屑的流體通過所述內(nèi)管并且經(jīng)過所述清箱構(gòu)件，流入所述清箱工具的下端內(nèi)； 5)在所述內(nèi)管和所述清箱工具殼體之間的環(huán)狀空間中，從所述井流體中捕獲碎屑； 6)從所述井眼中移除工具管柱的至少一部分；7)從所述管柱將仍相互附接的所述清箱工具與所述處理分件解耦合； 8)從所述清箱工具組件移除所述可移除組件；并且隨后 9)從所述可移除組件中清除所述碎屑。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述將處理分件與所述清箱工具組件的所述可移除分組件連接的步驟進(jìn)一步包括如下步驟在所述清箱工具組件的上端處連接所述處理分件。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述處理分件和所述清箱工具組件的組合長度為大約30英尺。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述清箱構(gòu)件進(jìn)一步包括貫通其中的至少一個通道。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 將第二處理分件與所述動力頭工具連接； 從所述管柱移除仍相互附接的所述第二處理分件和所述動力頭工具；而且隨后 利用動力手工工具從所述動力頭工具移除所述第二處理分件。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 在所述動力頭工具和所述清箱工具之間，將篩過濾器工具與所述管柱連接； 將第三處理分件與所述篩過濾器工具的一端連接； 從所述管柱移除仍相互附接的所述第三處理分件和所述篩過濾器工具；而且隨后 利用動力手工工具從所述篩過濾器工具移除所述第三處理分件。
全文摘要
公開了一種在管柱中與用于形成反向流的動力頭一起使用的潛孔清箱工具。所述工具具有筒狀殼體，所述殼體中的內(nèi)管以對著清箱或偏轉(zhuǎn)器錐狀件引導(dǎo)井流體，從而使碎屑積聚在形成于所述殼體和管之間的環(huán)狀空間中。
文檔編號E21B41/00GK102782247SQ201180006646
公開日2012年11月14日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者大衛(wèi)·J·蒂利, 小本頓·T·克諾布洛赫, 托德·J·羅伊 申請人:威爾博爾能量產(chǎn)品有限公司