[實用新型]水平井安全高效氣體鉆井射流磨鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320799366.0
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN204040915U
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 陳緒躍;高德利;郭柏云;韋紅術(shù)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B10/60
• 分類號: E21B10/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于油氣鉆井領域，具體涉及一種用于水平井安全高效氣體鉆井射流磨鉆頭。

背景技術(shù)

眾所周知，攜巖是氣體鉆水平井的一個重要難題，巖屑一旦產(chǎn)生，脫離井底，則無論大小均難以再回到井底被重復破碎。小顆粒可以被氣流攜帶、進人垂直段，再帶出井口，而大顆粒就滯留下井壁，堆積成床。巖屑床的堆積，進一步從幾何阻礙和流體動力學兩個方面影響其后方的井筒的正常攜巖，使井眼凈化進一步惡化。如果巖屑攜帶效果達不到要求，會導致各種各樣問題的發(fā)生，如高扭矩和高阻力，沉砂卡鉆，下套管和固井困難，鉆具磨損大，測井儀器下井難等，那么鉆井可能被迫中止。現(xiàn)場為了控制巖屑床，經(jīng)常進行很短距離地上提下放鉆具，使鉆頭提離井底后再回到井底，將鉆頭附近大顆粒巖屑推回井底重復破碎；限制鉆速，低鉆壓、高轉(zhuǎn)速，使鉆頭第一次破碎產(chǎn)生的巖屑不致于過大，但這都大大降低了機械鉆速。加大氣量對于提高偏心環(huán)空下部流道的攜巖能力有一定幫助，但效果非常差，并且近鉆頭處高速氣流對井壁沖涮嚴重，引起井壁垮塌。不僅如此，鉆頭噴嘴處的高速氣流很容易產(chǎn)生音速流，使得鉆頭溫度下降，鉆頭冰包，高速氣流沖蝕井底，使得鉆進軌跡偏離設計軌道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于粉碎巖屑，解決氣體鉆水平井的攜巖難題，消除巖屑床。

本發(fā)明的第二目的在于解決氣體鉆井中，由于鉆頭噴嘴噴出的高速氣流使得近鉆頭處的井壁沖蝕垮塌、井眼偏離設計軌道、鉆頭冰包等問題。

本發(fā)明的第三目的在于利用反向射流抽吸井底流體及巖屑，減小井底壓差，消除壓持效應，進一步提高機械鉆速。

為實現(xiàn)第一目的，本發(fā)明的射流磨鉆頭的射流磨包括：

反向高速射流噴嘴，用于產(chǎn)生高聚能射流；通過合理設計噴嘴內(nèi)腔形狀，使流體通過噴嘴加速為高聚能射流，充分粉碎巖屑。

混合室，與高速射流噴嘴相連，用于將巖屑混入高速射流；高壓流體經(jīng)噴嘴高速噴出，壓力迅速釋放，在混合室內(nèi)產(chǎn)生負壓，巖屑被高速吸入，并被高速射流束卷吸歸流，射流束外圍巖屑受混合室末端收縮體型設計的影響，在收縮段產(chǎn)生回流并匯入高速射流主流，形成兩相混合射流，在混合射流外部空間的巖屑則在剪切作用下，高速流入加速管。

巖屑解離加速管，與混合室相連，用于解離帶微裂縫的巖屑，實現(xiàn)解離破碎，相間及顆粒之間的碰撞、互磨產(chǎn)生的沖擊壓力和剪切力造成顆粒的破碎，并實現(xiàn)對巖屑的加速；為了避免附壁流和提高射流能量利用率，對噴嘴直徑與加速管管徑配置進行優(yōu)化。

粉碎靶體，與巖屑解離加速管相連，利用瞬間沖擊力、氣楔粉碎巖屑；為了減小氣墊增阻對粉碎的不利影響，靶面與加速管軸線設計呈一定角度。

粉碎倉，與粉碎靶面呈一定角度相連，用于對巖屑的再次粉碎。

旁通，與粉碎倉呈一定角度相連并接環(huán)空，用于降低混合流的流速，并將粉碎后的巖屑排入環(huán)空。

為實現(xiàn)第二目的，本發(fā)明的射流磨鉆頭的抽沙泵包括：

井底巖屑攪動與清洗流道，與井底連通，用于攪動巖屑與冷卻鉆頭，該流道射出的不對稱高速流體將井底巖屑沖擊成高濃度的湍流，使射流磨在無須附屬裝置的情況下實現(xiàn)高濃度吸入巖屑；流道的不對稱設計提高了巖屑攪動效率，為增加流體的沖擊面積，流道沒裝噴嘴，且為擴張管，在氣體鉆井中，解決了鉆頭冰包的問題。

巖屑吸入管，連通井底與混合室，用于吸走井底巖屑，讓井底巖屑和氣流從吸入管上返。

反向高速射流噴嘴，其與巖屑吸入管通過混合室相連，用于產(chǎn)生負壓。反向噴嘴避免了氣體鉆井中高速氣流使得近鉆頭處的井壁沖蝕垮塌，氣流沖蝕井眼使其偏離設計軌道。

旁通，與粉碎倉呈一定角度相連并接環(huán)空，用于降低混合流的流速，減小混合流對井壁的沖蝕，并將粉碎后的巖屑排入環(huán)空。

為實現(xiàn)第三目的，本發(fā)明的射流磨鉆頭的設計了反向高速射流噴嘴：

反向高速射流噴嘴，其利用了射流泵的原理，即抽吸井底流體使井底局部壓力降低，減小井底壓差，從而促使巖屑脫離井底并加速上返，避免重復破碎，進一步實現(xiàn)機械鉆速的提高。

綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)、所述的射流磨利用高聚能射流的超細粉碎技術(shù)能粉碎巖屑、大大降低水平井中巖屑的沉降末速，提高攜巖效率，消除水平井中的巖屑床。相比采用低鉆壓高轉(zhuǎn)速、短程起下鉆來控制巖屑床來說，本發(fā)明從根本上解決了巖屑床問題，并解放了鉆壓，提高了鉆速。

(2)、在氣體鉆水平井中，為了控制巖屑床通常加大注氣量，井底噴嘴噴出的高速氣流，使得近鉆頭處的井壁沖蝕垮塌、井眼偏離設計軌道、鉆頭冰包，本發(fā)明所述的射流磨鉆頭水力結(jié)構(gòu)一并解決了上述問題。