[發明專利]一種可用于大尺寸井眼鉆井的單體大直徑反循環空氣錘

有效

• 申請號: 201510587795.5
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105113978B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 范黎明;劉殿琛;廖兵;周長虹;劉貴義;王衛東
• 申請（專利權）人: 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: E21B4/14
• 分類號: E21B4/14;E21B10/38;E21B10/46;E21B17/046
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 冉鵬程

技術領域

本發明涉及一種主要用于石油天然氣鉆井、基礎工程、水文水井鉆探等大尺寸井眼反循環鉆井領域的反循環空氣錘。

背景技術

近年來，在油氣鉆井領域，氣體正循環鉆井技術在治理井漏、保護儲層、提高機械鉆速等方面取得了顯著效果。但在大尺寸井眼鉆井時，正循環氣體鉆井所需氣量大、設備數量多、成本高等成了普遍問題。同時，常規氣體鉆井時高速氣體對井壁沖蝕明顯，在井壁不穩定的條件下井內容易出現“大肚子”。此外，若井下水層、漏層同時存在，容易出現漏水不漏砂的情況，難以建立循環。采用大直徑反循環空氣錘實施鉆井，所需氣量是常規正循環氣體鉆井的1/2~1/5（井眼尺寸越大對比越明顯）。反循環空氣錘鉆井，氣體不進入環空，可有效避免井壁沖蝕，同時解決井漏不返砂的問題。大尺寸井眼反循環空氣錘可有效降低大尺寸井眼氣體鉆井成本，解決井漏失返問題。目前，國內石油天然氣鉆井領域常用的是正循環空氣錘。

公開號為203499565U，公開日為2014年3月26日的中國專利文獻公開了一種反循環空氣錘鉆頭，包括鉆頭本體，鉆頭本體上設置有進氣通道、內部引射孔和中心排砂通道，進氣通道的出氣口位于鉆頭本體的底面上，內部引射孔的入口與進氣通道連通，出口與中心排砂通道連通，且入口與鉆頭本體的底面之間的距離小于出口與鉆頭本體的底面之間的距離；在進氣通道的出氣口噴出的氣體作用下，中心排砂通道將巖屑由鉆頭本體底面向頂部排出。該專利文獻具有良好反循環排砂效果，同時具備一定的預防和處理井漏以及鉆頭卡鉆事故的能力。

反循環空氣錘在鉆井過程中，釬頭會承受來自活塞的高頻、高速沖擊，同時也會承受來自上部鉆具的壓力和地層帶來的反扭矩。特別是在油氣鉆井領域，反循環空氣錘的工作參數（注氣量、注氣壓力等）比其它領域（如地質勘探、基礎工程、水文水井工程等）大很多，同時反循環空氣錘釬頭的井下工作環境（溫度、地層壓力、井深等）較其它領域復雜（地質勘探、基礎工程等領域的反循環空氣錘鉆井深度都較油氣鉆井淺）。在這種工況下，反循環空氣錘釬頭極易疲勞破壞，出現釬頭發生斷裂的情況。一旦釬頭斷裂落入井內，將會造成嚴重的井內事故。然而，目前，國內的反循環空氣錘釬頭均不具備防掉落功能。這也正是本發明所將要解決的問題。

公開號為CN2084977，公開日為1991年9月18日的中國專利文獻公開了一種氣動潛孔錘反循鉆進雙壁鉆桿,它是同國內現有設備配套的并以一般勘探隊能完成該套鉆具的加工任務為前提進行設計的。該鉆具是用于反循環氣動潛孔錘鉆進或氣舉反循環鉆進的專用新式雙壁管鉆具,它由提引式雙通道氣水龍頭,裝配式雙壁鉆桿和雙側口換向分流接頭三部分組成,這種雙壁鉆桿具有良好的可拆性,結構簡單,強度大,密封好,容易加工,制造成本低,具有顯著的經濟效益。

上述專利文獻采用了反循環鉆進雙壁鉆桿，反循環空氣錘中設置有一反循環空氣錘雙壁轉換短節，用于連接反循環空氣錘和上部雙壁鉆具（雙壁鉆鋌或者雙壁鉆桿），以上述專利文獻為代表的常規雙壁轉換短節外管和內管的連接方式為絲扣連接，這種連接方式雖然牢固，但是加工工藝稍許復雜，裝配麻煩，且螺紋容易損壞。

在基礎工程領域，隨著我國經濟建設的高速發展，高層建筑、港口碼頭、水庫壩基、滑坡治理、公路橋梁等工程的嵌巖基礎灌注樁數量大幅增加。這些灌注樁孔直徑一般都較大，嵌巖深度較深，大都要求嵌入新鮮基巖面一下，以確?；鶚兜某休d力和抵御自然災害的能力。

常用的大直徑嵌巖樁孔施工方法多為：鋼繩沖擊鉆、鋼粒鉆進、硬質合金鉆進、組合牙輪鉆進、組合滾齒鉆進、環狀取心等，但這些鉆進效率及成孔質量不盡人意，尤其鉆遇較硬地層（抗壓強度>150MPa），進尺緩慢，甚至根本無法進尺。為了提高大直徑硬巖層的鉆進效率，國內鉆探界專家學者對大直徑潛孔錘鉆進技術進行了研究。目前國內主要大直徑硬巖潛孔錘鉆進技術有以下幾種：

1、大直徑濕式反循環潛孔錘。該潛孔錘能有效提高大直徑硬巖層的鉆進效率。但該潛孔錘需要配套使用專用的三通道鉆桿（石油天然氣鉆井領域很難采用該類鉆桿進行鉆井），且需要泥漿的液柱壓力輔助排砂。

2、正循環集束式潛孔錘。該類潛孔錘由多個小直徑的正循環潛孔錘組成。正循環集束式潛孔錘，所需氣量大，設備占用多，排砂效果較差，國內應用較少。