[發明專利]深井鉆井井底水力動力降壓提速工具

在審

• 申請號: 201710144949.2
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106801578A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 劉明鑫;任威嚴;葛云華;查永進;王靈碧;韓樹;邱心明;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: E21B4/02
• 分類號: E21B4/02;E21B21/00;E21B21/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及深井鉆井井底水力動力降壓提速工具，屬于石油、天然氣鉆井的配套裝置，尤其是能夠降低井底鉆井液密度，減少壓持效應，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水力動力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：

深井鉆井井底水力動力降壓提速工具由固相收集器、固體導流管、渦輪加速器、旋轉密封器、動力連接器、旋流分離器、支撐桿、導流器組成。

連接方式如下：四根固體導流管分別與鉆桿內壁和固相收集器相連，固體導流管為中空的鋼管，起到支撐和排出固相的作用；渦輪加速器與固相收集器通過旋轉密封器連接，渦輪加速器內部中空，外部與渦輪葉片連接提供動力。

旋轉密封器可以提供良好密封，同時允許渦輪加速器旋轉；渦輪加速器與動力連接器連接，動力連接器是一種對向開口的鋼管，鋼管開口處允許流體通過，鋼管開口后剩余部分傳遞來自渦輪加速器的動力。

動力連接器與旋流分離器連接，旋流分離器分為兩部分，第一部分是外部錐形鋼制殼體，錐形鋼制殼體上部通過旋轉密封器與動力連接器連接，下部與支撐桿連接；第二部分是內部安裝連續螺旋葉輪的旋流轉子，旋流轉子中空并與上部的動力連接器連接，下部與導流器通過旋轉密封器連接；導流器為曲面鋼體，將導流器上下分為獨立的兩部分。

鉆井液流動順序如下：經地面加壓泵入地下的高壓高速鉆井液沖擊渦輪加速器，鉆井液的軸向流動帶動渦輪加速器轉動，渦輪加速器通過動力連接器與旋流轉子連接，因此旋流轉子與渦輪加速器以同樣的轉速轉動；通過渦輪加速器的鉆井液沿鉆桿內壁與旋流加速器之間的空隙向下流動，經過導流器緩沖變向，向上進入旋流分離器，旋流分離器由于渦輪加速器的動力作用旋轉，對向上進入旋流分離器的鉆井液進行離心分離，由于旋流轉子的作用，鉆井液受到很大的離心力作用，在離心力的作用下，鉆井液中的固相顆粒偏離中心的速度比液相偏離的速度快，鉆井液中的固相會緊貼旋流分離器外部錐形鋼制殼體的內壁，由于通過導流器進入旋流分離器的鉆井液是源源不斷的，從鉆井液中分離的固相顆粒在緊貼旋流分離器外部錐形鋼制殼體的內壁的同時，自下而上的鉆井液會推動從鉆井液中分離的固相顆粒向上運移。

從鉆井液中分離的固相顆粒在緊貼旋流分離器外部錐形鋼制殼體的內壁向上運移的同時，由于錐形殼體內半徑逐漸減小，從鉆井液中分離的固相顆粒旋轉速度越來越快，同時向上繼續運移，隨后與分離固相后的鉆井液同時進入對向開口的動力連接器。

由于從鉆井液中分離的固相顆粒的運移速度大于鉆井液的速度，所以在動力連接器的開口處大部分從鉆井液中分離的固相顆粒以及少量鉆井液會繼續沿著動力連接器向上運移；在動力連接器的開口處大部分鉆井液沿著動力連接器向下，進入中空的旋流轉子，向下運移進入鉆頭。

固相顆粒以及少量鉆井液繼續沿著動力連接器向上運移通過渦輪加速器進入固相收集器，并通過固體導流管連接的排固噴嘴噴出鉆桿外。