[實用新型]擾動破巖鉆具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420840370.1
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN204627403U
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜林麟;魏小梅
• 申請（專利權(quán)）人: 東方寶麟科技發(fā)展(北京)有限公司;魏小梅
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及石油天然氣勘探開發(fā)中鉆井工程領(lǐng)域，尤其涉及一種擾動破巖鉆具。

背景技術(shù)

鉆井工程占油氣開發(fā)成本的50%以上，投資大，且風(fēng)險高，提高鉆井效率是降低勘探開發(fā)成本的最佳途徑，也是油公司、鉆井承包商和技術(shù)服務(wù)公司一貫追求的重要目標(biāo)。隨著深井、超深井、易斜井、硬地層、水平井及大位移井在石油鉆井中所占的比例越來越大，深井中遇到的硬地層和堅硬地層用常規(guī)單純旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法破巖效果差，鉆進(jìn)效率低，深井中的井斜問題也日益突出；在水平井和大位移鉆井中，隨著水平位移的增加，水平井的加壓更為困難，鉆具的損壞也更為嚴(yán)重。近三五年，提高鉆速、降低鉆井成本是石油工程領(lǐng)域高度需求的技術(shù)之一。

目前，提高破巖效率主要從三個方面研究：一是機(jī)械高效破巖法。1.新型高效鉆頭，2001年休斯克里斯坦森公司生產(chǎn)的BD536PDC鉆頭創(chuàng)造了一次下井鉆深6994m的世界紀(jì)錄。2.旋沖鉆具，國內(nèi)外對用旋沖鉆技術(shù)來解決這些問題比任何時候都重視，并投入大量人力物力進(jìn)行研究。目前，旋沖鉆井技術(shù)因沖擊器質(zhì)量不過關(guān)，壽命還達(dá)不到所需要的時間，滿足不了實際鉆井的需要，不能廣泛推廣。目前德國和美國還在加緊研究這一技術(shù)在超深井中的應(yīng)用。美國和德國共同投資700萬美元研究在石油鉆井特別是在超深井中應(yīng)用旋沖鉆井技術(shù)。沖擊器是通過沖錘提供沖擊力的，這種工作原理決定了提高其質(zhì)量是十分困難的。二是射流輔助鉆井破巖方法。1.井下增壓泵,美國S.D.Veenhuizen等通過井下增壓泵增壓達(dá)100MPa以上的超高壓射流，提高機(jī)械鉆速2倍，但最多工作50h失效，其關(guān)鍵技術(shù)室增壓結(jié)構(gòu)和使用壽命。2.井下它激增壓裝置，主要依靠射流卷吸作用或者共振腔反饋作用或者環(huán)空流體壓力的它激作用。三是降低井底壓降提高破巖效率的方法，如空氣鉆井技術(shù)。

魏小梅等將高應(yīng)力+動力擾動破巖方法引入石油鉆井，是一種利用深部地層巖石本身屬于儲能體，且?guī)r石屬于非連續(xù)相，通過外部機(jī)械引誘發(fā)生裂紋擴(kuò)展或巖爆的方法，是一種不同于常規(guī)鉆井破巖的非常有前景的新方法。把“高應(yīng)力+動力擾動”這一實際工程問題上升到科學(xué)層面，即為巖石動靜組合加載的力學(xué)問題。巖石動靜組合加載問題作為一個嶄新的研究課題，是李夕兵教授和古德生院士在2002年香山175次科學(xué)會議首次提出的。但是由于動靜組合加載問題從提出到現(xiàn)在，還處于初步發(fā)展的階段，同時動靜組合加載實驗本身涉及的影響因素眾多，因此該領(lǐng)域內(nèi)的研究仍然是方興未艾。目前工程應(yīng)用方面己經(jīng)取得了很多研究成果，還沒有在鉆井工程應(yīng)用，值得繼續(xù)進(jìn)行深入探索和研究。

事實上，石油鉆井的深部地層巖石在承受動力擾動載荷作用之前，已經(jīng)處于一定的靜應(yīng)力或地應(yīng)力狀態(tài)之中，只要井下動力工具提供周期性的擾動動力，可以引發(fā)突然巖爆或誘導(dǎo)致裂。顯然，該方法是不同于常規(guī)鉆井破巖，也不同于旋轉(zhuǎn)沖擊破巖，而是一種新的高應(yīng)力+動力擾動破巖方法。

現(xiàn)有的一種動力擾動破巖鉆具,其包括:芯軸設(shè)于外筒內(nèi)，外筒與芯軸通過花鍵連接；渦輪套筒設(shè)于外筒內(nèi)，其上端與導(dǎo)流器通過螺紋鏈接，其中部的環(huán)形槽中設(shè)置有橡膠密封圈，其下端與芯軸的上端通過螺紋連接；渦輪設(shè)于渦輪套筒內(nèi)部，渦輪固定于導(dǎo)流器的軸芯上，渦輪的下端與旋轉(zhuǎn)偏心閥片通過螺紋連接；旋轉(zhuǎn)偏心閥片的下端面與固定偏心閥片的上端面緊密接觸，固定偏心閥片與芯軸的上端通過螺紋連接。在鉆井過程中，鉆井液使渦輪旋轉(zhuǎn)，再通過渦輪驅(qū)動動閥片旋轉(zhuǎn)，使動閥片和固定閥片之間的有效流通面積周期性變化，從而產(chǎn)生水擊力，形成周期性柔和變化的動載荷，與鉆具自重產(chǎn)生的靜載荷，共同作用于巖石，實現(xiàn)高應(yīng)力擾動破巖。在鉆水平井或定向井時，仍然需要在基于渦輪的動力擾動破巖鉆具的上部與螺桿鉆具連接，不僅增加了整個鉆具組合的長度，還增加了螺桿鉆具的定向鉆井難度。

因此，有必要直接利用螺桿鉆具提高動力實現(xiàn)擾動破巖，即研制一種基于螺桿的擾動破巖鉆具，不僅可以為鉆頭提供破巖所需要的旋轉(zhuǎn)能，還為鉆頭提供連續(xù)的周期性柔和的動載荷，以提高破巖效率。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，提供了一種可以提高破巖速度和鉆井機(jī)械速度的擾動破巖鉆具。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的：