[發明專利]利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法

有效

• 申請號: 201110101056.2
• 申請日: 2011-04-21
• 公開（公告）號: CN102182411A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 管志川;劉永旺;史玉才;廖華林
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B21/06
• 分類號: E21B21/06;E21B7/18
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 劉巖

一、技術領域：

本發明涉及一種石油與天然氣鉆井工程領域，特別涉及一種利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法。

二、背景技術：

井下安裝專用工具來提高井底鉆井液噴射壓力方法的主要優點是不必改變現有的鉆井工藝及設備條件下，即可達到高壓射流直接或者輔助破巖的目的。但如何提高井底鉆井液的噴射壓力，一直是鉆井工程人員和技術發明者試圖解決的問題。現在已有的提高井底鉆井液的噴射壓力的方法工作動力都是來自鉆井液本身所攜帶的壓能，實現過程為通過專用工具將大部分鉆井液的能量轉移到一小部分鉆井液。該方法實現過程及應用過程面臨以下難題：①根據該方法設計出的專用工具結構較為復雜，使其在井下工作的壽命及安全性難以保障；②隨著井深的增加，循環壓耗增大，鉆井壓能減小，提高井底鉆井液噴射壓力的效果會受到影響；③提高井底鉆井液噴射壓力過程引起的沖擊與鉆柱的固有振動可能會產生耦合現象，影響鉆頭及鉆具工作壽命；④根據該方法設計出的專用工具正常工作時會產生一定壓降，增加了循環系統的工作載荷，還可能會影響鉆井液一些正常功用的發揮；⑤全部鉆井液都參與能量轉移過程，如果工具在井下失效，會導致鉆井液循環受阻、施工無法進行，甚至產生嚴重后果。因此，盡管研究人員進行了艱苦的努力和潛心的研究，上述提高井底鉆井液噴射壓力的方法仍未推廣應用。

三、發明內容：

本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法，該種提高井底鉆井液的噴射壓力方法的動力源為鉆進過程中的井底鉆壓波動，利用減小鉆壓波動幅度獲得的能量來提高井底鉆井液噴射壓力。做到既減小鉆壓波動對鉆井過程產生的不利影響，保證施工安全進行，又提高井底鉆井液噴射壓力。

其技術方案是包括以下步驟：采用的動力源為鉆柱體上產生的鉆壓波動提供的動力，實施過程為：泥漿池內鉆井液由泥漿泵提供動力后進入鉆柱內腔，經分流機構分流，大部分鉆井液通過常壓噴嘴噴出，發揮常規鉆井液的功用，該部分鉆井液的循環流動不受提高另一部分井底鉆井液噴射壓力過程的干擾；另一小部分鉆井液經動力轉換單元入口單向閥進入動力轉換單元，得到動力源并且減小鉆壓波動幅度獲得的能量后達到80-100Mpa或更高的壓力，經動力轉換單元出口單向閥排出，通過超高壓射流噴嘴噴出實現超高壓射流直接或者輔助破巖；其中，分流結構分流的兩部分鉆井液沿著兩個獨立的流道流到井底，彼此不產生干擾；動力轉換單元的作用是平衡過大的鉆壓波動，將減小鉆壓波動幅度獲得的能量轉移給鉆井液來提高鉆井液噴射壓能。

上述的動力轉換單元包括動力轉化腔體、鉆壓傳遞桿、彈性元件、鉆柱體、潤滑液體腔，鉆井液噴射壓力的提高在動力轉換腔體內完成，鉆柱體上的鉆壓增加時，鉆壓傳遞桿壓縮動力轉換腔體內的鉆井液及彈性元件，動力轉換腔體內鉆井液壓力的增加使得動力轉換單元入口單向閥關閉，動力轉換單元出口單向閥開啟，獲得動力源能量的鉆井液經動力轉換單元出口單向閥排出，通過超高壓射流噴嘴噴出實現超高壓射流直接或者輔助破巖。

上述的彈性元件承受鉆壓傳遞桿的壓力，產生壓縮并蓄能，此時彈性元件上的潤滑液體被壓進潤滑液體腔；鉆柱體上的鉆壓減小時，承受鉆壓傳遞桿的壓力，產生壓縮蓄能的彈性元件伸展并釋放能量，使得動力轉換腔體內壓力降低；動力轉換單元入口單向閥開啟，動力轉換單元出口單向閥關閉，動力轉換腔體流入鉆井液，同時潤滑液體腔內的潤滑液體流回彈性元件，為彈性元件潤滑及降溫。

上述的分流結構分流的兩部分鉆井液沿著兩個獨立的流道流到井底，彼此不產生干擾；當動力轉換單元失效后，由泥漿泵提供動力后進入鉆柱內腔的鉆井液可以通過分流機構直接進入到常壓噴嘴噴出。