[實(shí)用新型]一種間歇式降井底壓差短節(jié)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520425662.3
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN204729018U
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖華林;賈夏;楊龑棟;吳德松;牛繼磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: E21B17/02
• 分類號: E21B17/02
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 邵朋程

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型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(jié)。

背景技術(shù)

井底壓差是指井內(nèi)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(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)踐表明，隨井底壓差增加機(jī)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(shí)脫離井底，造成重復(fù)破碎，影響了鉆頭的破巖效率。在低滲透性巖層鉆進(jìn)時(shí)，井底壓差對鉆速的影響比在高滲透性巖層鉆進(jìn)的影響更大，這是由于鉆井液難以進(jìn)入到低滲透性巖層的孔隙中，不能及時(shí)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(shí)清除。

隨著頁巖氣開發(fā)，鉆井過程中存在鉆速低，成本高，周期長等問題，嚴(yán)重影響了油氣田的勘探開發(fā)進(jìn)度。在鉆井時(shí)機(jī)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(shí)清除，造成鉆頭的重復(fù)破碎，甚至鉆頭泥包，降低了鉆頭的破巖效率，使機(jī)械鉆速迅速下降。由此可見鉆進(jìn)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(yīng)”，從而實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有鉆井設(shè)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(nèi)已有的解決方案包括：射流式水力壓降技術(shù)、渦流效應(yīng)降低井底壓降技術(shù)、負(fù)壓脈沖射流降壓技術(shù)等。在實(shí)際運(yùn)用中，渦流效應(yīng)降低井底壓降技術(shù)由于鉆頭水功率降低幅度大而井底壓差的降低程度小，現(xiàn)場應(yīng)用效果不太明顯，未能得到廣泛的推廣應(yīng)用。射流式水力降壓技術(shù)和負(fù)壓脈沖射流降壓技術(shù)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求高、應(yīng)用條件較為苛刻，也未推廣應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種間歇式降井底壓差短節(jié)，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(jī)械鉆速，并增強(qiáng)鉆頭噴嘴的清洗井底輔助破巖能力。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)解決方案是：

一種間歇式降井底壓差短節(jié)，包括外筒、鉆桿接頭、彈簧和環(huán)形活塞，所述外筒沿其軸向設(shè)置有貫穿的軸孔，外筒的下端設(shè)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(shè)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(huán)形活塞設(shè)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(huán)形活塞上端面；在外筒側(cè)壁上開設(shè)泄壓孔和反向噴嘴，所述泄壓孔與腔室連通，環(huán)形活塞上端面受外界環(huán)空壓力，環(huán)形活塞下端面受軸孔內(nèi)鉆井液壓力，當(dāng)環(huán)形活塞在上、下端面所受壓差作用下上行到一定距離時(shí)，所述反向噴嘴與軸孔連通。

優(yōu)選的，所述泄壓孔的直徑為8～13mm，泄壓孔共設(shè)置6～10個(gè)，泄壓孔與外筒中心軸線的夾角為40°～90°。

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

優(yōu)選的，所述反向噴嘴的直徑為3～8mm，反向噴嘴共設(shè)置6～10個(gè)，反向噴嘴的開設(shè)方位確定如下：以外筒的中心軸線為基準(zhǔn)，先偏轉(zhuǎn)一定角度，此角度大小設(shè)定為α，此時(shí)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(nèi)再偏轉(zhuǎn)一定的角度，此角度大小設(shè)定為β，偏轉(zhuǎn)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(shè)；所述α為15～50°，所述β為15～50°；所述多個(gè)反向噴嘴的開設(shè)方位確定時(shí)，虛線一在設(shè)定的平面二內(nèi)均朝向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)。

優(yōu)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(yōu)選的，所述鉆桿接頭和外筒通過螺紋連接。

優(yōu)選的，在環(huán)形活塞和外筒之間，以及鉆桿接頭和環(huán)形均設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述外筒內(nèi)壁設(shè)置有用于對環(huán)形活塞實(shí)現(xiàn)下行限位的限位臺階。

本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是：

1.由于環(huán)形活塞上下往復(fù)運(yùn)動，短節(jié)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(jié)反向噴嘴射流降壓效果。

2.由于短節(jié)反向噴嘴的周期性開合使得短節(jié)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(fā)生變化，形成脈沖射流，增強(qiáng)鉆頭噴嘴清洗井底輔助破巖的效果。

3.短節(jié)內(nèi)環(huán)形活塞的上下往復(fù)運(yùn)動，撞擊下行限位臺階，使短節(jié)具有振擊效果，能夠降低鉆桿鉆進(jìn)摩阻，提高鉆頭破巖能力。