[發(fā)明專利]石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110307265.2
• 申請(qǐng)日: 2011-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN102330539A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林元華;張繼川;朱紅鈞;武元鵬;曾德智;周瑩;謝娟;嚴(yán)仁田
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B7/18
• 分類號(hào): E21B7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置。

背景技術(shù)

高壓噴射鉆井技術(shù)自20世紀(jì)60年代問世以來，為高效快速鉆井開辟了廣闊的前景，是鉆井技術(shù)變革的一項(xiàng)重大成果。隨著高壓噴射鉆井技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用研究，人們關(guān)注的焦點(diǎn)是如何向井下輸送水力能量以及如何高效利用井下水力能量。近二十年來，國內(nèi)外研究的方向集中在兩方面：一是研究如何降低鉆井液的沿程水力能量損失；二是研究高壓大排量的泥漿泵。

由于高壓噴射鉆井技術(shù)能大幅度提高鉆井速度，而泥漿泵泵壓的提高幅度則是有限的，因而有學(xué)者研究用井下工具來抽吸環(huán)空流體到鉆桿內(nèi)，以達(dá)到增加井底水力能量的目的。但是到目前為止，該課題仍處于理論研究階段且尚不成熟，沒有在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置，利用鉆井過程中鉆頭在井底的振動(dòng)產(chǎn)生抽吸作用，把環(huán)空中的鉆井液吸入到鉆柱內(nèi)，增加鉆頭處流量，同時(shí)形成脈沖射流，增強(qiáng)出口射流的動(dòng)量和沖擊作用，從而在鉆井中增大井下水力能量，并提高機(jī)械鉆速。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置包括上接頭、承壓臺(tái)階、中心管、承壓外筒、缸蓋、花鍵、外筒單向閥、共振腔單向閥、共振腔、吸入腔、下接頭。上接頭聯(lián)接鉆柱，其下部為承壓臺(tái)階，上接頭與承壓臺(tái)階為一體。承壓臺(tái)階通過其內(nèi)部的母螺紋與中心管頂端的公螺紋相聯(lián)。承壓臺(tái)階的作用為承受裝置上部鉆具施加的軸向載荷，并將載荷傳遞給下方的承壓外筒。承壓外筒的外筒壁上對(duì)稱安裝有兩個(gè)外筒單向閥，外筒單向閥使流體只能從承壓外筒外部流向承壓外筒內(nèi)部，外筒單向閥裝有過濾網(wǎng)，防止環(huán)空內(nèi)鉆井液中的鉆屑等固態(tài)顆粒進(jìn)入裝置內(nèi)部，堵塞流道。承壓外筒上部內(nèi)壁與中心管外壁相應(yīng)位置有花鍵配合并傳遞扭矩。承壓外筒頂部有可拆卸缸蓋，中心管從缸蓋中心穿過，缸蓋內(nèi)壁與中心管外壁通過密封件密封，中心管底部外徑與承壓外筒內(nèi)徑相同并有密封件密封。通過缸蓋內(nèi)壁、中心管外壁、中心管下部外壁與承壓外筒下部內(nèi)壁的密封件將承壓外筒內(nèi)部空間分隔為兩個(gè)腔室，上部腔室為吸入腔，下部腔室為共振腔。在中心管下端對(duì)稱安裝有兩個(gè)共振腔單向閥，共振腔單向閥使承壓外筒內(nèi)部流體只能從吸入腔流入共振腔。整個(gè)裝置通過螺紋豎直聯(lián)接在鉆柱中，裝置外部為井筒環(huán)空。

在鉆井的過程中，由于井底巖石的反作用力和鉆柱本身的振動(dòng)，使得鉆柱縱向跳動(dòng)導(dǎo)致吸入腔體積變化。當(dāng)鉆柱向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入腔體積減小，腔內(nèi)壓力大于環(huán)空壓力，承壓外筒單向閥關(guān)閉，而共振腔單向閥開啟，之前進(jìn)入吸入腔內(nèi)的流體流入共振腔；當(dāng)鉆柱向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入腔體積增大，腔內(nèi)壓力小于環(huán)空壓力，承壓外筒單向閥開啟，環(huán)空內(nèi)的流體流入吸入腔，共振腔單向閥關(guān)閉，與此同時(shí)，先前由吸入腔進(jìn)入共振腔的流體與由中心管流入的流體一起流入下部鉆柱。如此可利用鉆柱振動(dòng)周而復(fù)始地把環(huán)空中的流體通過本裝置補(bǔ)給鉆頭，讓鉆頭得到更多的水力能量，從而提高機(jī)械鉆速。

本裝置解決了目前鉆井工況下井下自增壓裝置應(yīng)用效果有限的難題，并且具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）充分利用鉆柱自身振動(dòng)所產(chǎn)生的能量，有效利用井下環(huán)空流體，增加鉆頭處射流流量，達(dá)到水力增壓的目的；（2）鉆柱向上運(yùn)動(dòng)時(shí)射流沖擊力較小，鉆柱向下運(yùn)動(dòng)時(shí)射流沖擊力較大。這種沖擊力的交替變化使得井底巖石表面產(chǎn)生松弛效應(yīng)，改善井底流場，提高井底凈化和清巖效率，減少壓持和重復(fù)破碎，從而提高了射流的沖刷能力；（3）裝置制造簡單，成本低廉，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于鉆井作業(yè)領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是中心管底部與承壓外筒結(jié)合處局部放大示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心在于：利用鉆井過程中鉆柱自身和鉆頭沖擊巖石的振動(dòng)，在鉆柱內(nèi)產(chǎn)生類似活塞作用的抽吸力，在鉆柱內(nèi)外形成壓差，讓鉆柱外環(huán)空中的鉆井液進(jìn)入鉆柱內(nèi)部，增加出口射流流量，同時(shí)形成脈沖射流，改善井底流場，提高井底凈化和清巖效率，減少壓持和重復(fù)破碎，增強(qiáng)出口射流的動(dòng)量和沖擊作用。

下面結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明。