本发明涉及一种石油钻井中井筒内流体举升工具，尤其是一种井下液力举升工具。
背景技术：
近年来，由于社会生产、生活对石油资源的需求量越来越大，所以石油资源的开采深度不断增加，陆地井下部环空压力随深度增加，以及深水油气及水合物开发中浅表层钻进中存在窄密度窗口，地层疏软易漏失，钻井过程中井筒内压力需要精确调控的问题，否则容易导致井壁失稳，发生井漏事故，影响钻井效率；目前常采用配置钻井液、使用气体、充气、泡沫等控制井筒液柱压力的方法，但这些方法施展难度较大，且各有相互配套的工艺要求，适用性较差；现有的专利cn101725543a提出的一种环空涡轮抽吸泵，通过钻井液驱动内部涡轮转动，带动外侧的涡轮泵叶片转动，实现对钻井液的举升，但是涡轮叶片裸露在外面，使得工具不能用于大多复杂井段，具有很大的限制性。
同时，水平井和大位移井目前在石油领域广泛使用，岩屑颗粒在重力作用下容易沉积在水平井、大斜度井、大位移井、复杂结构井等的下井壁，在日常钻井过程中，如果不能很好实现岩屑运移，提高环空钻井液流速，岩屑堆积会形成岩屑床，大大地影响钻井过程，造成卡钻、憋钻、泥包等诸多钻井事故，严重影响钻井效率，为解决岩屑床带来的问题，目前主要采取提高环空返速、改善泥浆性能和定时定井段的循环划眼等方式，但是提高环空返速容易导致上部松软地层井壁失稳；改善泥浆性能适用范围较小，对于部分地层井不适用；定时定井段的划眼工作耗时耗力。
本发明所述的一种井下液力举升工具，通过水力驱动举升，环空钻井液和岩屑从工具内部的螺杆轴流机构流过，实现对井下环空钻井液的举升和对岩屑的运移，有效地调节了环空压力和水平段岩屑的堆积，适用于深水井、大位移井、长水平井及其它易漏地层钻井使用。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种井下液力举升工具，通过地面泵入的钻井液驱动涡轮动力机构带动螺杆轴流机构旋转，实现对环空中钻井液的举升及岩屑的运移作用，其结构合理，高效安全，可应用于深水井、大位移井、长水平井及其它易漏地层，有效地降低了井底环空压力和岩屑沉积，提高钻井效率，避免钻井事故发生。
本发明的目地通过以下技术方案来实现：一种井下液力举升工具，其特征在于：它由上接头1、涡轮动力机构、万向联轴机构、螺杆轴流机构和下接头29组成；其中，涡轮动力机构由涡轮外壳2、涡轮中心轴3、过流轴承4、垫块5、涡轮定子6、涡轮转子7和轴承挡块8组成，涡轮外壳2一端与上接头1相连，另一端与中间接头10相连，涡轮外壳2内部装有涡轮中心轴3，涡轮定子6固定在涡轮中心轴3上，轴承挡块8通过螺纹与涡轮中心轴3连接，涡轮中心轴3上设置有过流孔9，过流轴承4由轴承过流通道401、滚动体402、内圈403、外圈404组成，垫块5安装在涡轮动力机构两端的涡轮定子6和涡轮转子7之间；万向联轴机构由中间接头10、万向联轴机构上接头11、中间密封机构12、螺杆定子上接头13、万向联轴机构凸台15、万向联轴机构内接头16、传动椭球17、胶筒18、万向联轴机构下接头19、万向联轴机构内密封体20、万向联轴机构外壳21组成，其中中间接头10一端与涡轮外壳2连接，另一端与螺杆定子上接头13相连，万向联轴机构内接头16通过万向联轴机构上接头11与涡轮中心轴3相连，中间接头10与万向联轴机构上接头11之间安装有中间密封机构12，螺杆定子上接头13上设有螺杆轴流机构出口孔14和胶筒孔13-1，万向联轴机构下接头19上设置有椭球体凹槽19-1，万向联轴机构上接头11与万向联轴机构外壳21通过万向联轴机构内接头16相连，万向联轴机构凸台15与万向联轴机构下接头19通过球面接触，万向联轴机构下接头19与万向联轴机构外壳21之间安装有传动椭球17和万向联轴机构内密封体20，万向联轴机构外壳21上设置有椭球体安装槽，胶筒18安装在螺杆定子上接头13上的胶筒槽13-2上；螺杆轴流机构由螺杆定子22、螺杆转子23、下万向轴接头24、螺杆定子下接头26、下万向轴密封体27、下万向轴外壳28组成，其中螺杆定子22一端与螺杆定子上接头13连接，另一端与螺杆定子下接头26连接，螺杆转子23一端与万向联轴机构下接头19相连，另一端与下万向轴接头24相连，螺杆定子下接头26上设有螺杆轴流机构进口孔25，下万向轴外壳28一端与螺杆定子下接头26相连，另一端与下接头29相连，下万向轴外壳28与螺杆下万向轴接头24之间安装有下万向轴密封体27。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的过流孔9周向均匀分布于涡轮中心轴3上，用于将流体从涡轮处流入到涡轮中心轴3内部，传递到下部钻杆。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的传动椭球17与椭球体安装槽在径向上设有间隙，万向联轴机构下接头19可以通过球面绕万向联轴机构凸台15摆动。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的螺杆定子上接头13设置有周向均匀分布的螺杆轴流机构出口孔14和胶筒孔13-1；螺杆轴流机构出口处的液体压力通过胶筒孔13-1撑开胶筒18，使得胶筒18起到一定的分隔环空作用，使得环空流体大部分从螺杆轴流机构流过。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的螺杆定子下接头26上设有周向分布的螺杆轴流机构进口孔25，用于螺杆轴流机构泵送流体进入。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的万向联轴机构内密封体20和下万向轴密封体27都是弹性材料，可被压缩变形。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的过流轴承的滚动体402安装在内圈403和外圈404之间，内圈403和外圈404之间可以通过滚动体402相对转动，外圈404上设有轴承过流通道401，用于钻井液流通。
本发明具有以下优点：
1、应用水力驱动方式实现对环空流体举升，调节了环空压力，有效地避免井漏、井壁失稳等情况的发生；
2、工具用于水平段时可以实现岩屑运移作用，避免了水平段岩屑沉积；
3、可通过调节钻井液注入流量实现返出液不同程度抽吸与举升，从而实现井底压力精确调控，避免窄密度窗口地层漏失；
4、工具适用范围广泛，可一个或者多个串联直接接入现有钻具组合，可用于现有的各种深水井、大位移井、长水平井以及其它易渗漏地层的钻井作业中；
5、涡轮动力机构相对于常见的螺杆马达，水力转化效率更高，转速更快；
6、螺杆轴流机构相比于涡轮泵耐受性更强，可避免被上返的钻井液中岩石颗粒损伤叶片等情况发生，使用寿命更长。
附图说明
图1是本发明的主视剖视结构示意图；
图2是本发明涡轮动力机构三维剖视结构示意图；
图3是本发明螺杆轴流机构三维剖视结构示意图；
图4是过流轴承结构示意图；
图5是螺杆定子上接头结构示意图；
1、上接头；2、涡轮外壳；3、涡轮中心轴；4、过流轴承；5、垫块；6、涡轮定子；7、涡轮转子；8、轴承挡块；9、过流孔；10、中间接头；11、万向联轴机构上接头；12、中间密封机构；13、螺杆定子上接头；14、螺杆轴流机构出口孔；15、万向联轴机构凸台；16、万向联轴机构内接头；17、传动椭球；18、胶筒；19、万向联轴机构下接头；20、万向联轴机构内密封体；21、万向联轴机构外壳；22、螺杆定子；23、螺杆转子；24、下万向轴接头；25、螺杆轴流机构进口孔；26、螺杆定子下接头；27、下万向轴密封体；28、下万向轴外壳；29、下接头；401、轴承过流通道；402、滚动体；403、内圈；404、外圈；13-1、胶筒孔；13-2胶筒槽；19-1、椭球体凹槽；、椭球体安装槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下描述：
实施例一
本实施例所述的一种井下环空钻井液举升工具用于直井段。
如图所示，一种井下环空钻井液水力举升工具，它由上接头1、涡轮动力机构、万向联轴机构、螺杆轴流机构和下接头29组成；其中，涡轮动力机构由涡轮外壳2、涡轮中心轴3、过流轴承4、垫块5、涡轮定子6、涡轮转子7和轴承挡块8组成，涡轮外壳2一端与上接头1相连，另一端与中间接头10相连，涡轮外壳2内部装有涡轮中心轴3，涡轮定子6固定在涡轮中心轴3上，轴承挡块8通过螺纹与涡轮中心轴3连接，涡轮中心轴3上设置有过流孔9，过流轴承4由轴承过流通道401、滚动体402、内圈403、外圈404组成，垫块5安装在涡轮动力机构两端的涡轮定子6和涡轮转子7之间；万向联轴机构由中间接头10、万向联轴机构上接头11、中间密封机构12、螺杆定子上接头13、万向联轴机构凸台15、万向联轴机构内接头16、传动椭球17、胶筒18、万向联轴机构下接头19、万向联轴机构内密封体20、万向联轴机构外壳21组成，其中中间接头10一端与涡轮外壳2连接，另一端与螺杆定子上接头13相连，万向联轴机构内接头16通过万向联轴机构上接头11与涡轮中心轴3相连，中间接头10与万向联轴机构上接头11之间安装有中间密封机构12，螺杆定子上接头13上设有螺杆轴流机构出口孔14和胶筒孔13-1，万向联轴机构下接头19上设置有椭球体凹槽19-1，万向联轴机构上接头11与万向联轴机构外壳21通过万向联轴机构内接头16相连，万向联轴机构凸台15与万向联轴机构下接头19通过球面接触，万向联轴机构下接头19与万向联轴机构外壳21之间安装有传动椭球17和万向联轴机构内密封体20，万向联轴机构外壳21上设置有椭球体安装槽，胶筒18安装在螺杆定子上接头13上的胶筒槽13-2上；螺杆轴流机构由螺杆定子22、螺杆转子23、下万向轴接头24、螺杆定子下接头26、下万向轴密封体27、下万向轴外壳28组成，其中螺杆定子22一端与螺杆定子上接头13连接，另一端与螺杆定子下接头26连接，螺杆转子23一端与万向联轴机构下接头19相连，另一端与下万向轴接头24相连，螺杆定子下接头26上设有螺杆轴流机构进口孔25，下万向轴外壳28一端与螺杆定子下接头26相连，另一端与下接头29相连，下万向轴外壳28与螺杆下万向轴接头24之间安装有下万向轴密封体27。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的过流孔9周向均匀分布于涡轮中心轴3上，用于将流体从涡轮处流入到涡轮中心轴内部，传递到下部钻杆。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的传动椭球17与椭球体安装槽在径向上设有间隙，万向联轴机构下接头19可以通过球面绕万向联轴机构凸台15摆动。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的螺杆定子上接头13上设置有周向均匀分布的螺杆轴流机构出口孔14和胶筒孔13-1；螺杆轴流机构出口14处的液体压力通过胶筒孔13-1撑开胶筒18，使得胶筒起到一定的分隔环空作用，阻止钻井液从环空流过，使得上返的钻井液大部分从螺杆轴流机构内部流过，更好地发挥螺杆轴流机构的举升和运移功能。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的螺杆定子下接头26上设有周向分布的螺杆轴流机构进口孔25，用于螺杆轴流机构抽吸流体实现举升和运移作用。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的万向联轴机构内密封体20和下万向轴机构密封体27都是弹性材料，可被压缩变形。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的过流轴承的滚动体402安装在内圈403和外圈404之间，内圈403和外圈404之间可以通过滚动体402相对转动，外圈上设有轴承过流通道401，用于钻井液流通。
本发明的工作过程如下：将工具接入直井钻具组合中，按照常规钻井过程开始钻井液的循环，下入的钻井液首先通过过流轴承4流向涡轮，驱动涡轮转子6旋转带动涡轮中心轴3旋转，涡轮中心轴3依次通过万向联轴机构上接头11、万向联轴机构内接头16、万向联轴机构外壳21、传动椭球17、万向联轴机构下接头19将转动动力传递给螺杆转子23，此时螺杆转子23旋转，起到泵的作用，使得环空中的钻井液从螺杆轴流机构进口孔25吸入，从螺杆轴流机构出口孔14流出，实现对环空流体的运移；同时，由于螺杆轴流机构出口孔14的节流原理，在该处空腔形成一定压力，流体通过胶筒孔13-1流出撑开胶筒18，使得撑开的胶筒18对环空实现一定的分隔作用，使得钻井液尽量从螺杆轴流机构中流过，提高举升效果。另一边，流经涡轮的钻井液由过流孔9流入涡轮中心轴内部，并依次通过万向联轴机构上接头11内部、万向联轴机构凸台15内部、万向联轴机构下接头19内部、螺杆转子23内部、下万向轴接头24、下接头29，下接头29与其它钻具相连，钻井液也随之继续传递下去。至此，工具在不影响现有的钻井作业的基础上，实现了对环空钻井液的举升作用，同时，我们可以通过调整地面泵入的钻井液流量大小调整涡轮驱动机构旋转速度，进而实现对涡轮轴流机构举升速度的控制，实现对环空钻井液的压力精细调控。
实施例二
本实施例所述的一种井下环空钻井液举升工具用于水平段。
如图所示，一种井下环空钻井液水力举升工具，它由上接头1、涡轮动力机构、万向联轴机构、螺杆轴流机构和下接头29组成；其中，涡轮动力机构由涡轮外壳2、涡轮中心轴3、过流轴承4、垫块5、涡轮定子6、涡轮转子7和轴承挡块8组成，涡轮外壳2一端与上接头1相连，另一端与中间接头10相连，涡轮外壳2内部装有涡轮中心轴3，涡轮定子6固定在涡轮中心轴3上，轴承挡块8通过螺纹与涡轮中心轴3连接，涡轮中心轴3上设置有过流孔9，过流轴承4由轴承过流通道401、滚动体402、内圈403、外圈404组成，滚动体安装在内圈403和外圈404之间，垫块5安装在涡轮动力机构两端的涡轮定子6和涡轮转子7之间；万向联轴机构由中间接头10、万向联轴机构上接头11、中间密封机构12、螺杆定子上接头13、万向联轴机构凸台15、万向联轴机构内接头16、传动椭球17、胶筒18、万向联轴机构下接头19、万向联轴机构内密封体20、万向联轴机构外壳21组成，其中中间接头10一端与涡轮外壳2连接，另一端与螺杆定子上接头13相连，万向联轴机构内接头16通过万向联轴机构上接头11与涡轮中心轴3相连，中间接头10与万向联轴机构上接头11之间安装有中间密封机构12，螺杆定子上接头13上设有螺杆轴流机构出口孔14和胶筒孔13-1，万向联轴机构下接头19上设置有椭球体凹槽19-1，万向联轴机构上接头11与万向联轴机构外壳21通过万向联轴机构内接头16相连，万向联轴机构凸台15与万向联轴机构下接头19通过球面接触，万向联轴机构下接头19与万向联轴机构外壳21之间安装有传动椭球17和万向联轴机构内密封体20，万向联轴机构外壳21上设置有椭球体安装槽，胶筒18安装在螺杆定子上接头13上的胶筒槽13-2上；螺杆轴流机构由螺杆定子22、螺杆转子23、下万向轴接头24、螺杆定子下接头26、下万向轴密封体27、下万向轴外壳28组成，其中螺杆定子22一端与螺杆定子上接头13连接，另一端与螺杆定子下接头26连接，螺杆转子23一端与万向联轴机构下接头19相连，另一端与下万向轴接头24相连，螺杆定子下接头26上设有螺杆轴流机构进口孔25，下万向轴外壳28一端与螺杆定子下接头26相连，另一端与下接头29相连，下万向轴外壳28与螺杆下万向轴接头24之间安装有下万向轴密封体27。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的过流孔9周向均匀分布于涡轮中心轴3上，用于将流体从涡轮处流入到涡轮中心轴3内部，传递到下部钻杆。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的传动椭球17与椭球体安装槽在径向上设有间隙，万向联轴机构下接头19可以通过球面绕万向联轴机构凸台15摆动。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的螺杆定子上接头13上设置有周向均匀分布的螺杆轴流机构出口孔14和胶筒孔13-1；螺杆轴流机构出口14处的液体压力通过胶筒孔13-1撑开胶筒18，使得胶筒起到一定的分隔环空作用，阻止钻井液从环空流过，使得上返的钻井液大部分从螺杆轴流机构内部流过，更好地发挥螺杆轴流机构的举升和运移功能。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的螺杆定子下接头26上设有周向分布的螺杆轴流机构进口孔25，用于螺杆轴流机构抽吸流体实现举升和运移作用。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的万向联轴机构内密封体20和下万向轴机构密封体27都是弹性材料，可被压缩变形。
所述的一种井下液力举升工具，其特征在于：所述的过流轴承的滚动体402安装在内圈403和外圈404之间，内圈403和外圈404之间可以通过滚动体402相对转动，外圈404上设有轴承过流通道401，用于钻井液流通。
本发明的工作过程如下：将工具单个或多个同时接入水平井段钻具组合中，按照常规钻井过程开始钻井液的循环，下入的钻井液首先通过过流轴承4流向涡轮，驱动涡轮转子7旋转带动涡轮中心轴3旋转，涡轮中心轴3依次通过万向联轴机构上接头11、万向联轴机构内接头16、万向联轴机构外壳21、传动椭球17、万向联轴机构下接头19将转动动力传递给螺杆转子23，此时螺杆转子23旋转，起到泵的作用，使得环空中的钻井液及泥沙从螺杆轴流机构进口孔25吸入，从螺杆轴流机构出口孔14流出，实现对岩屑颗粒的运移；同时，由于螺杆轴流机构出口孔的节流原理，在该处空腔形成一定压力，流体通过胶筒孔13-1流出撑开胶筒18，使得撑开的胶筒对环空实现一定的分隔作用，使得钻井液尽量从螺杆轴流机构中流过，提高运移效果。另一边，流经涡轮的钻井液由过流孔9流入涡轮中心轴内部，并依次通过万向联轴机构上接头11内部、万向联轴机构凸台15内部、万向联轴机构下接头19内部、螺杆转子23内部、下万向轴接头24、下接头29，下接头29与其它钻具相连，钻井液也随之继续传递下去。至此，工具在不影响现有的钻井作业的基础上，实现了对环空不同水平段的泥沙岩屑的运移作用。
本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。
1.一种井下液力举升工具，其特征在于包括上接头(1)、涡轮动力机构、万向联轴机构、螺杆轴流机构和下接头(29)；其中，涡轮动力机构由涡轮外壳(2)、涡轮中心轴(3)、过流轴承(4)、垫块(5)、涡轮定子(6)、涡轮转子(7)和轴承挡块(8)组成，涡轮外壳(2)一端与上接头(1)相连，另一端与中间接头(10)相连，涡轮外壳(2)内部装有涡轮中心轴(3)，涡轮定子(6)固定在涡轮中心轴(3)上，轴承挡块(8)通过螺纹与涡轮中心轴(3)连接，涡轮中心轴(3)上设置有过流孔(9)，过流轴承(4)由轴承过流通道(401)、滚动体(402)、内圈(403)、外圈(404)组成，垫块(5)安装在涡轮动力机构两端的涡轮定子(6)和涡轮转子(7)之间；万向联轴机构由中间接头(10)、万向联轴机构上接头(11)、中间密封机构(12)、螺杆定子上接头(13)、万向联轴机构凸台(15)、万向联轴机构内接头(16)、传动椭球(17)、胶筒(18)、万向联轴机构下接头(19)、万向联轴机构内密封体(20)、万向联轴机构外壳(21)组成，其中中间接头(10)一端与涡轮外壳(2)连接，另一端与螺杆定子上接头(13)相连，万向联轴机构内接头(16)通过万向联轴机构上接头(11)与涡轮中心轴(3)相连，中间接头(10)与万向联轴机构上接头(11)之间安装有中间密封机构(12)，螺杆定子上接头(13)上设有螺杆轴流机构出口孔(14)和胶筒孔(13-1)，万向联轴机构下接头(19)上设置有椭球体凹槽(19-1)，万向联轴机构上接头(11)与万向联轴机构外壳(21)通过万向联轴机构内接头(16)相连，万向联轴机构凸台(15)与万向联轴机构下接头(19)通过球面接触，万向联轴机构下接头(19)与万向联轴机构外壳(21)之间安装有传动椭球(17)和万向联轴机构内密封体(20)，万向联轴机构外壳(21)上设置有椭球体安装槽，胶筒(18)安装在螺杆定子上接头(13)上的胶筒槽(13-2)上；螺杆轴流机构由螺杆定子(22)、螺杆转子(23)、下万向轴接头(24)、螺杆定子下接头(26)、下万向轴密封体(27)、下万向轴外壳(28)组成，其中螺杆定子(22)一端与螺杆定子上接头(13)连接，另一端与螺杆定子下接头(26)连接，螺杆转子(23)一端与万向联轴机构下接头(19)相连，另一端与下万向轴接头(24)相连，螺杆定子下接头(26)上设有螺杆轴流机构进口孔(25)，下万向轴外壳(28)一端与螺杆定子下接头(26)相连，另一端与下接头(29)相连，下万向轴外壳(28)与螺杆下万向轴接头(24)之间安装有下万向轴密封体(27)。
技术总结