[實用新型]直接泵鋼顆粒漿的顆粒沖擊鉆井裝置

有效

• 申請號: 201120215133.2
• 申請日: 2011-06-23
• 公開（公告）號: CN202157747U
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 崔龍連;張富成;汪海閣;査永進;陳志學;卓魯斌;畢文欣;崔柳;劉力;葛云華
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 李玉明

技術領域

本實用新型涉及鉆井技術領域，特別涉及粒子沖擊鉆井，是一種提高硬度高、研磨性強地層鉆井速度的直接泵顆粒漿的顆粒沖擊鉆井裝備。

背景技術

目前，鉆井工程就是通過一系列的工具和技術開鑿出通往地下的通道。隨著鉆井深度和難度的增加，對鉆井技術本身也提出新要求。特別是深井、超深井硬度高、研磨性強的地層，鉆井工程的主要難點是機械鉆速低、鉆井周期長、鉆井費用高。提高鉆頭破巖效率、提高鉆井速度、縮短周期是鉆井技術一直追求的目標。

鉆井工程最重要的一步是破碎巖石。破碎巖石所需要能量來自地表，能量通過鉆井液、鉆柱傳遞到下部鉆頭，鉆頭直接破巖。鉆頭破巖巖石主要靠鉆頭施加鉆壓對巖石產生壓應力和鉆頭旋轉對巖石產生的剪切，在兩種作用力下，巖石產生裂紋，最終破碎成巖屑。然而隨著井深增加，巖石在溫度和壓力兩種綜合效應下，鉆頭對巖石的破碎效率降低。特別是對高硬度、高研磨性地層，盡管鉆頭采用新材料、新技術，但破巖效率一直無法到達令人滿意的效果，平均機械鉆速常低于1m/h。提高深井、高硬度、高研磨地層的高效破巖技術是鉆井屆探尋的目標。

磨料射流技術是機械加工業過去幾十年間出現的一種新型加工技術，通過高壓泵產生高壓流體經噴嘴噴射后通過引射作用與磨料顆粒混合形成高壓磨料射流，這種射流具有極強的穿透性，目前磨料射流可切割的鋼板厚度可達200mm。目前磨料射流切割技術廣泛應用了金屬和非金屬加工業。將磨料射流技術應用到鉆井技術行業，將能有效地提高硬、研磨性強地層的鉆頭破巖效率。國外出現這種類似的磨料顆粒鉆井技術，室內及現場試驗效果顯著，顯示出這種技術提高硬度高、研磨性地層鉆井速度的潛力。磨料顆粒鉆井提速技術的核心是磨料顆粒注入系統，即在高壓的情況下向鉆柱中加入高壓的磨料顆粒。當前磨料顆粒鉆井提速技術的顆粒注入系統結構多、系統復雜，同時注入顆粒還必須是經干燥顆粒，這也增加了能耗。

實用新型內容

本實用新型的目的是：提供一種直接泵鋼顆粒漿的顆粒沖擊鉆井裝置，能將鋼顆粒漿直接注入到鉆柱中，鋼顆粒隨鉆井液一起流動到沖擊鉆頭從噴射口噴出，能對地層巖石產生破壞，達到破巖的目的。沖擊巖石后的鋼顆粒在環空中隨鉆井液返回到井口，通過振動篩、磁選機和退磁機，實現巖屑與鋼顆粒間的分離，鋼顆粒返回顆粒漿池，最終在顆粒漿池中形成待泵入的鋼顆粒漿，循環使用鋼顆粒。

本實用新型采用的技術方案是：直接泵鋼顆粒漿的顆粒沖擊鉆井裝置，包括鉆井系統、鋼顆粒漿注入系統、鋼顆粒回收系統和鋼顆粒漿制備系統。

鉆井系統包括泥漿罐、泥漿泵、泥漿泵壓力表、立管、三通接頭、水龍帶、水龍頭、鉆柱、防溢管、顆粒沖擊鉆頭和振動篩。在井架上懸掛有水龍頭，水龍頭的下部有鉆柱，鉆柱的下端連接顆粒沖擊鉆頭，鉆柱穿過鉆井平臺的防溢管、井下環形空間；防溢管的出口有管線連接振動篩的泥漿入口，振動篩下部泥漿出口有管線連接泥漿罐，振動篩的巖屑出口下部有顆粒巖屑池；在泥漿罐的泥漿出口有管線連接泥漿泵的入口，泥漿泵的出口有高壓管線連接立管的下端，立管的上端連接三通接頭，三通接頭的出口端連接水龍帶，水龍帶的另一端連接在水龍頭上。其特征在于：顆粒巖屑池的出口連接有鋼顆粒回收系統；

鋼顆粒回收系統包括磁選機和退磁機，磁選機的進口有管線連接顆粒巖屑池的出口，磁選機的巖屑出口下部有巖屑池，在磁選機的鋼顆粒出口下部有退磁機入口，退磁機的鋼顆粒出口下部有顆粒漿池。鋼顆粒回收系統的主要作用是對鋼顆粒的回收再利用。

鋼顆粒漿制備系統包括顆粒漿池、攪拌機、顆粒漿輸送泵、顆粒加料機和加水泵，在顆粒漿池內部有攪拌機，在顆粒漿池下部的出口連接有顆粒漿輸送泵的進口，顆粒漿輸送泵的出口有管線連接鋼顆粒漿注入系統；在顆粒漿池的上部有顆粒加料機，泥漿罐下部有第二泥漿出口，泥漿罐的第二泥漿出口連接有加水泵，加水泵的出口有管線連接顆粒漿池；

所述的鋼顆粒漿注入系統包括高壓顆粒漿泵、單向閥、截止閥和壓力表，高壓顆粒漿泵的進口有管線連接顆粒漿輸送泵；高壓顆粒漿泵的出口有管線連接三通接頭的鋼顆粒進口，在高壓顆粒漿泵與三通接頭之間的連接管線上固定有單向閥、截止閥和壓力表。

顆粒沖擊鉆井系統主要是顆粒沖擊鉆頭，這種鉆頭與普通鉆頭存在差別，這種鉆頭水眼位置布局、切削齒、保徑齒以及鉆頭本體布局都不同與傳統鉆頭。傳統鉆頭主要靠鉆頭牙齒吃入地層，在壓應力和剪切應力綜合作用下使巖石產生破碎。而顆粒沖擊鉆頭主要靠鉆頭噴射口噴射出高速顆粒的沖擊作用破巖，顆粒沖擊鉆頭的切削齒主要用于破碎未被顆粒沖蝕的巖石。