[發明專利]一種熱能和機械能結合的鉆井方法及裝置

有效

• 申請號: 201310351447.9
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN103410443A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 高文金;張正祿;劉運榮;李紅;胡瓊;任小玲;蔣洪亮;李新年;王四虎;丁永偉
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中石化石油工程機械有限公司研究院
• 主分類號: E21B7/14
• 分類號: E21B7/14;E21B10/00;E21B21/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及鉆井領域，更具體地說，涉及一種熱能和機械能結合的鉆井方法及裝置。

背景技術

鉆頭是鉆井過程中直接與巖石接觸，通過切削、沖壓封作用破碎巖石的工具。目前鉆井工程中廣泛應用機械能進行破巖，采用的鉆頭主要有：牙輪鉆頭、PDC鉆頭、金剛石鉆頭等?，F場應用情況表明，牙輪鉆頭破巖效率低，單只鉆頭進尺少，容易發生掉牙輪卡鉆等井下事故；PDC鉆頭磨損速度快，吃入困難；金剛石鉆頭也同樣存在鉆進速度慢、壽命較短的問題，這些都嚴重影響了油氣勘探開發的速度。

為了提高鉆探效率，國內外石油工作者都在加緊研究高效破巖工具和方法，并提出了一些熱能鉆井破巖方法，包括激光鉆井、熱熔鉆井、等離子體通道鉆井、熱力綜合破巖等技術。這些技術均論證了高溫能夠有效地降低巖石強度，從而使鉆井速度提高10-100倍。這些技術目前大多處于室內研究階段，配套裝置也不成熟，離現場推廣應用還存在一定距離。

面對油氣勘探開發的程度加深、難度加大、開發成本高等問題，必須要提高鉆井質量。我國東西部存在著大量的復雜堅硬地層，而西部地區油氣藏埋藏普遍較深，急需解決深部地層鉆井效率低的問題，提高破巖效率是加快鉆井速度的最優途徑。而目前用于鉆井的鉆頭鉆入深度已經局限在12000米左右，已無法提高鉆井深度。

綜上所述，常規機械破巖工具提高機械鉆速效果不夠顯著、新型破巖技術的配套設備不能實現工業化應用，急需研發一種機械-熱能綜合破巖方法及裝置，能通過機械-熱能綜合破巖方法提高鉆進速度、節省鉆井成本，并對于加快油氣資源勘探開發速度具有重大的意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種鉆井效率高、易導向控制、可以進行深井鉆探的熱能和機械能結合的鉆井方法及裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種熱能和機械能結合的鉆井裝置，包括燃料罐、雙通道接頭、壓縮機、鉆頭和鉆桿，所述鉆桿的兩端分別與所述雙通道接頭和所述鉆頭連接；所述雙通道接頭包括外殼和設置在所述外殼內的燃料通道和空氣通道，所述燃料罐與所述燃料通道連接，所述壓縮機與所述空氣通道連接；所述鉆頭包括上接頭、鉆頭本體、鉆頭切削齒、燃燒室，所述上接頭上端與所述鉆桿連接，所述上接頭的下端與鉆頭本體連接，所述鉆頭切削齒設置在鉆頭本體的下端；在所述上接頭內設置中心管路，中心管路的下端設置燃燒槍，所述燃燒槍的燃氣進口與所述燃料通道連通，燃氣槍的空氣進口與空氣通道連通，燃燒槍的下端設置火焰噴嘴；在鉆頭本體內部設置燃燒室，在所述鉆頭本體的下端設有高溫氣體噴嘴，燃燒室的兩端分別連通火焰噴嘴和高溫氣體噴嘴；在所述上接頭內設有外環形管路，所述外環形管路與燃燒槍的空氣入口相連通。

在本發明所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置中，所述鉆頭本體上設有造壁器，所述造壁器套裝在所述燃燒室上，所述造壁器的內壁與所述燃燒室接觸，造壁器的外壁超出所述鉆頭本體的外壁。

在本發明所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置中，所述雙通道接頭的外殼上設有上入口和下入口，所述外殼下端設有與所述鉆桿連接的下接頭，所述外殼內部設有與所述上入口連通的中心管，所述下接頭內部設有與所述下入口連通的環空管。

在本發明所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置中，在所述鉆頭本體的外周設置第一冷卻裝置，所述鉆頭切削齒沿鉆頭本體的下端面周向間隔設置，在所述鉆頭切削齒的外周套裝有第二冷卻裝置，所述第一冷卻裝置、第二冷卻裝置與接頭上的外環形管路相連通。

在本發明所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置中，所述第一冷卻裝置包括第一多孔層，第一多孔層設置在鉆頭本體的外周面，并與鉆頭本體固連，在第一多孔層上設置有多個冷氣流出孔，在第一多孔層和鉆頭本體外周面之間設置有第一環形冷氣流通道，在鉆頭本體內設置有內環空管將第一環形冷氣流通道與外環形管路相連通；所述第二冷卻裝置包括第二多孔層，第二多孔層設置在鉆頭切削齒的外周面，并與鉆頭切削齒固連，在第二多孔層上設置有多個冷氣流出孔，在第二多孔層和鉆頭切削齒之間設置有第二冷氣流通道，在鉆頭本體內設置有內環空管將第二環形冷氣流通道與外環形管路相連通。

在本發明所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置中，在所述鉆頭本體的外周面和鉆頭切削齒的外周面均設置有高溫隔熱層。

在本發明所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置中，在所述鉆頭本體內設置有與外環形管路相連通的空氣預熱回路，所述空氣預熱回路與燃燒槍的空氣入口相連通。

在本發明所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置中，所述燃燒槍內設有點火裝置和混氣室。