[發明專利]間歇式降井底壓差短節

有效

• 申請號: 201510342514.X
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104895507B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 廖華林;賈夏;楊龑棟;吳德松;牛繼磊
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B17/02
• 分類號: E21B17/02
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 邵朋程

技術領域

本發明涉及一種石油天然氣鉆井降壓提速工具，具體地說是涉及一種間歇式降井底壓差短節。

背景技術

井底壓差是指井內靜液柱壓力與地層孔隙壓力之間的壓差，是影響鉆速提高的重要因素之一。室內實驗和現場實踐表明，隨井底壓差增加機械鉆速將明顯下降，其主要原因是井底壓力差對剛破碎的巖屑有壓持作用，使巖屑不能及時脫離井底，造成重復破碎，影響了鉆頭的破巖效率。在低滲透性巖層鉆進時，井底壓差對鉆速的影響比在高滲透性巖層鉆進的影響更大，這是由于鉆井液難以進入到低滲透性巖層的孔隙中，不能及時平衡巖屑上下的壓力差，使巖屑被上部鉆井液壓力壓在井底，不能及時清除。

隨著頁巖氣開發，鉆井過程中存在鉆速低，成本高，周期長等問題，嚴重影響了油氣田的勘探開發進度。在鉆井時機械鉆速隨井深增加明顯下降。這除了沿程水力能量損失原因之外，主要是井底壓差增大，在很多情況下巖屑不能及時清除，造成鉆頭的重復破碎，甚至鉆頭泥包，降低了鉆頭的破巖效率，使機械鉆速迅速下降。由此可見鉆進過程中，井底壓差是影響鉆速的最突出的因素之一。因此研究如何降低井底壓差，減少井底巖屑的“壓持效應”，從而實現在現有鉆井設備條件下，提高鉆井速度具有重要意義。

針對上述問題，目前國內已有的解決方案包括：射流式水力壓降技術、渦流效應降低井底壓降技術、負壓脈沖射流降壓技術等。在實際運用中，渦流效應降低井底壓降技術由于鉆頭水功率降低幅度大而井底壓差的降低程度小，現場應用效果不太明顯，未能得到廣泛的推廣應用。射流式水力降壓技術和負壓脈沖射流降壓技術，由于結構復雜、工藝要求高、應用條件較為苛刻，也未推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種間歇式降井底壓差短節，其在滿足鉆頭噴嘴水力能量的基本要求下，可提高降井底壓差效果，加快鉆井機械鉆速，并增強鉆頭噴嘴的清洗井底輔助破巖能力。

本發明所采用的技術解決方案是：

一種間歇式降井底壓差短節，包括外筒、鉆桿接頭、彈簧和環形活塞，所述外筒沿其軸向設置有貫穿的軸孔，外筒的下端設置出水口，及用于連接鉆頭的螺紋，外筒的上端連接鉆桿接頭，鉆桿接頭部分插入軸孔中，在鉆桿接頭的中心沿其軸向設置有水流通道，水流通道與出水口連通；在鉆桿接頭與外筒之間形成一腔室，所述彈簧和環形活塞設置在腔室中，且均套于鉆桿接頭下部并可沿其中心軸線上下活動，彈簧上端連接于鉆桿接頭，彈簧下端連接于環形活塞上端面；在外筒側壁上開設泄壓孔和反向噴嘴，所述泄壓孔與腔室連通，環形活塞上端面受外界環空壓力，環形活塞下端面受軸孔內鉆井液壓力，當環形活塞在上、下端面所受壓差作用下上行到一定距離時，所述反向噴嘴與軸孔連通。

優選的，所述泄壓孔的直徑為8～13mm，泄壓孔共設置6～10個，泄壓孔與外筒中心軸線的夾角為40°～90°。

優選的，所述泄壓孔在外筒上端周邊均勻分布，泄壓孔的內部連接入口均位于外筒的同一橫截面上。

優選的，所述反向噴嘴的直徑為3～8mm，反向噴嘴共設置6～10個，反向噴嘴的開設方位確定如下：以外筒的中心軸線為基準，先偏轉一定角度，此角度大小設定為α，此時的位置定義為虛線一，并將虛線一與外筒中心軸線的平面定義為平面一，將與平面一垂直且交線為虛線一的平面定義為平面二，然后將虛線一在平面二內再偏轉一定的角度，此角度大小設定為β，偏轉后的位置定義為虛線二，反向噴嘴沿虛線二或平行于虛線二的的方位在外筒上開設；所述α為15～50°，所述β為15～50°；所述多個反向噴嘴的開設方位確定時，虛線一在設定的平面二內均朝向同一側偏轉。

優選的，所述反向噴嘴在外筒中部周邊均勻分布，反向噴嘴的入水口均位于外筒的同一橫截面上。

優選的，所述鉆桿接頭和外筒通過螺紋連接。

優選的，在環形活塞和外筒之間，以及鉆桿接頭和環形均設置有密封結構。

優選的，所述外筒內壁設置有用于對環形活塞實現下行限位的限位臺階。

本發明的有益技術效果是：

1.由于環形活塞上下往復運動，短節反向噴嘴周期性的開合，因此在不影響鉆頭噴嘴清洗井底的效果的條件下，可以最大限度的提升短節反向噴嘴射流降壓效果。

2.由于短節反向噴嘴的周期性開合使得短節反向噴嘴和鉆頭噴嘴流量比周期性變化，因此鉆頭噴嘴射流的流速周期性發生變化，形成脈沖射流，增強鉆頭噴嘴清洗井底輔助破巖的效果。

3.短節內環形活塞的上下往復運動，撞擊下行限位臺階，使短節具有振擊效果，能夠降低鉆桿鉆進摩阻，提高鉆頭破巖能力。