[發明專利]深井鉆井井底降壓提速工具

在審

• 申請號: 201710136535.5
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN108571294A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 劉明鑫;任威嚴;紀國棟;查永進;王靈碧;邱心明;韓樹;張建忠
• 申請（專利權）人: 中國石油集團鉆井工程技術研究院;中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B19/08
• 分類號: E21B19/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及深井鉆井井底降壓提速工具，主要由進液口、直通口、支撐桿、螺旋葉輪、溝槽、排固緩沖口、出液口和螺紋組成。該工具主要作用是解決深井井底鉆井液密度高，壓持效應嚴重，機械鉆速低的特點。其實現過程如下：該工具通過螺紋與上下鉆具連接；從地面注入地下的鉆井液經過工具時，一部分直接通過直通口流入鉆頭；一部分通過進液口后沖擊螺旋葉輪，旋轉的螺旋葉輪利用離心力分離鉆井液中的固相顆粒，固相顆粒通過對稱溝槽的收集及上部鉆井液的推力，通過排固噴射口噴出工具外。該工具能有效降低深井井底壓持效應，提高機械鉆速，降低成本。

技術領域

本發明涉及深井鉆井井底降壓提速工具，屬于石油、天然氣鉆井的配套裝置，尤其是能夠降低深井井底鉆井液密度，減輕鉆頭磨損，提高鉆井速度，延長鉆頭壽命。

背景技術

隨著世界淺層油氣資源的減少，油氣勘探開發逐漸向深井轉變。深部地層鉆井速度的快慢直接影響著油氣勘探開發的經濟效益，但深部鉆井所受地層壓力大，所需鉆井液的密度大，高密度鉆井液極大的影響機械鉆速，這也成為深井鉆井急需解決的問題。

隨著鉆井過程的不斷進行，鉆井深度的不斷增加，需要在鉆井液中加入像重晶石之類的加重材料，用來提高鉆井液的密度，以達到穩定井壁和保護油氣層的目的。室內試驗和鉆井實踐證明，提高鉆井液密度，會增加井內液柱壓力和地層壓力之間的壓力差將使鉆速急劇下降。其主要原因是井底壓差對剛破碎的巖屑有壓持效應，阻礙井底巖屑的及時清除，影響鉆頭的破巖效率，機械鉆速下降，鉆頭磨損加劇。

根據大量現場鉆井數據表明，鉆井液中固相含量是影響鉆井速度的一個重要因素，它的增加會導致機械鉆速的降低。有研究表明，固相含量每提高7％，機械鉆速就會下降到原來鉆速的一半。所以嚴格控制鉆井液中固相含量，對保證優質快速鉆井有著直接的影響。

基于以上分析，本發明設計了深井鉆井井底降壓提速工具，該工具針對深井井底壓力大，所用鉆井液密度高等特點進行設計，在深井井底近鉆頭處分離鉆井液中的部分固相顆粒，通過降低進入鉆頭的鉆井液的密度，而降低深井井底的壓持效應，減少重復破碎，降低噴嘴磨損，能夠有效提高機械鉆速和延長鉆頭壽命。

發明內容

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

深井鉆井井底降壓提速工具由進液口1、直通口2、支撐桿3、螺旋葉輪4、溝槽5、排固緩沖口6和出液口7組成。

深井鉆井井底降壓提速工具是內部加厚的結構，鉆井液從地面加壓泵入地下，并自上部鉆桿經中間的進液口流入工具，進液口與工具壁之間的加厚部分均勻開有四個直通口，每相鄰兩個直通口在平面上成90°角，直通口從上往下貫穿工具壁，直通口內的鉆井液與工具內的鉆井液相互隔離，經直通口流動的鉆井液直接流入鉆頭，直通口的作用是減少流動鉆井液的壓力損耗及降低摩擦阻力。

高壓高速的鉆井液沖擊螺旋葉輪，并帶動螺旋葉輪高速旋轉，螺旋葉輪的中軸連接軸承并由支撐桿固定在進液口和出液口，鉆井液通過螺旋葉輪的高速旋轉后，鉆井液中的固相顆粒受到離心力作用后，旋轉速度高于液相鉆井液并緊貼加厚的工具壁，鉆井液中的固相顆粒通過離心力作用被高速運移到對稱的溝槽內；溝槽在加厚的工具壁自上而下逐漸加深加寬，最終在加厚的工具壁外表面形成一個孔眼；對稱的溝槽能夠顯著提高清除固相效率，而液相向下繼續運移，并且帶動溝槽內收集的固相顆粒向下運移。

溝槽底部的孔眼與工具壁外的排固緩沖口連接，鉆井液中的固相經排固緩沖口噴射排出管外；經固液分離后的鉆井液由出液口排出。

本發明的有益效果是，(1)通過分離部分深井井底鉆井液中的固相顆粒，能夠有效降低深井井底的壓持效應；(2)通過降低深井井底的壓持效應，能夠提高50％的機械鉆速，為優質快速的鉆井效率提供一種簡單有效的技術手段。

附圖說明

附圖1為本發明結構示意圖。

附圖2為本發明截面圖