[發明專利]基于增壓器的巖爆鉆井裝置以及破巖方法

有效

• 申請號: 201610847198.6
• 申請日: 2016-09-21
• 公開（公告）號: CN106194029B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 魏小梅
• 申請（專利權）人: 海斯比得（武漢）石油科技有限公司
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 程殿軍,張瑾

技術領域

本發明涉及石油天然氣勘探開發中鉆井工程技術，尤其涉及一種基于增壓器的巖爆鉆井裝置以及破巖方法。

背景技術

鉆井工程占油氣開發成本的50％以上，投資大且風險高，提高鉆井效率是降低勘探開發成本的最佳途徑，也是油公司、鉆井承包商和技術服務公司一貫追求的重要目標。近兩年，國際油價大幅度降低，競爭也日益激烈，石油公司只有更加注重高效鉆井、降本增效、擁有核心技術，才能獲得競爭優勢，渡過“寒冬”。顯然，提高鉆速、降低鉆井成本是目前石油工程領域急需的技術之一。

目前，石油天然氣鉆井方法主要有：旋轉鉆井、旋沖鉆井和欠平衡鉆井；其它的鉆井方法，如激光鉆井、等離子鉆井和超高壓噴射鉆井方法等還處于探索研究階段。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采用常規的旋轉鉆進方法破巖效果差、鉆進效率低，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重。

中國專利號CN203742436U的實用新型專利公開了一種動力擾動破巖鉆具，其具體方案包括：芯軸設于外筒內，外筒與芯軸通過花鍵連接；渦輪套筒設于外筒內，其上端與導流器通過螺紋鏈接，其中部的環形槽中設置有橡膠密封圈，其下端與芯軸的上端通過螺紋連接；渦輪設于渦輪套筒內部，渦輪固定于導流器的軸芯上，渦輪的下端與旋轉偏心閥片通過螺紋連接；旋轉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，再通過渦輪驅動動閥片旋轉，使動閥片和固定閥片之間的有效流通面積周期性變化，從而產生水擊力，形成周期性柔和變化的動載荷，與鉆具自重產生的靜載荷，共同作用于巖石，實現高應力擾動破巖。

中國專利號CN104594801A的專利在上述專利的基礎上，公開了一種動力擾動破巖鉆具，其具體方案包括：該擾動破巖鉆具包括防掉總成、馬達總成、傳動軸總成及擾動總成，是利用現有的螺桿傳動軸外殼和芯軸相對運動轉換為齒輪旋轉，最后實現擾動總成產生周期性水擊力，并與上部鉆具組合的重力共同形成鉆壓，實現高應力擾動破巖，提高機械鉆速。

將高應力+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、且巖石屬于非連續相，通過外部機械引誘發生裂紋擴展或巖爆的方法，是一種不同于常規鉆井破巖的非常有前景的新方法。目前公布的兩個專利公開的技術都是通過鉆具輸出機械作用力，在鉆井過程中，鉆頭不僅受到上部鉆具自重提供的鉆壓，還受到工具內部產生的周期性擾動力，其合力作用于鉆頭，使鉆壓類似正弦規律變化，擾動巖石，使巖石周期性卸載，引發巖爆，從而提高破巖效率。但是這兩種方式鉆具均是輸出機械作用力，巖石容易對鉆具產生損壞，進而影響鉆具的使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于增壓器的巖爆鉆井裝置，旨在用于解決現有的鉆井裝置的鉆頭破巖效率低，使用壽命較短的問題。

本發明是這樣實現的：

本發明實施例提供一種基于增壓器的巖爆鉆井裝置，包括豎直設置的增壓器殼體以及安設于所述增壓器殼體上端口的上部接頭，所述增壓器殼體上設置有與所述上部接頭連通且延伸至所述增壓器殼體下端的常壓管以及向下延伸且由所述增壓器殼體的下端導出的高壓管，于所述增壓器殼體內水平設置有上閥片、位于所述上閥片下方且與所述上閥片貼合的下閥片以及可驅使所述上閥片繞軸線旋轉的驅動件，所述上閥片上豎直設置有第一通孔，所述下閥片上設置有第二通孔以及第三通孔，所述第二通孔以及所述第三通孔均與所述第一通孔同軸等徑，所述增壓器殼體于所述下閥片下方設置有活塞以及滑動設置于所述高壓管內的活塞桿，所述活塞的上端與所述下閥片的下表面圍合形成與所述第二通孔連通的第一腔室，所述活塞的下端與所述增壓器殼體的內壁之間圍合形成與所述第三通孔連通的第二腔室，所述活塞桿的下端與所述高壓管之間圍合形成第三腔室，且于所述高壓管內設置有可控制所述第三腔室與所述增壓器殼體的下端連通的第一控制閥，所述第三腔室通過第二控制閥與所述增壓器殼體的外側連通。