[發(fā)明專利]深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具

在審

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• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106894777A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉明鑫;任威嚴;查永進;葛云華;王靈碧;張建忠;邱心明;韓樹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院;中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B21/06
• 分類號: E21B21/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具，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(shù)

隨著世界淺層油氣資源的減少，油氣勘探開發(fā)逐漸向深井轉(zhuǎn)變。深部地層鉆井速度的快慢直接影響著油氣勘探開發(fā)的經(jīng)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(wěn)定井壁和保護油氣層的目的。室內(nèi)試驗和鉆井實踐證明，提高鉆井液密度，會增加井內(nèi)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(jù)大量現(xiàn)場鉆井數(shù)據(jù)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(yōu)質(zhì)快速鉆井有著直接的影響。

基于以上分析，本發(fā)明設(shè)計了深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具，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(shè)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(fā)明內(nèi)容

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具由進液口、支撐桿、螺旋葉輪、V形凹槽、排固噴射口和出液口組成。

深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具與上下鉆具通過螺紋連接，該工具安裝在鉆桿內(nèi)部，工具靠近一側(cè)的鉆桿壁，且與鉆桿內(nèi)壁焊接固定，工具橫截面積占鉆桿橫截面積的四分之三；工具內(nèi)部靠近鉆桿壁一側(cè)為內(nèi)部部分加厚，加厚部分中間開有V形凹槽，V形凹槽自上而下由淺及深，最終穿過鉆桿外壁，在鉆桿外壁上形成一個小孔，即排固噴射口；工具內(nèi)V形凹槽自上而下有兩段，同樣有兩個排固噴射口；工具內(nèi)部安裝螺旋葉輪，螺旋葉輪的上下兩端分別安裝軸承，軸承由四根支撐桿固定在進液口和出液口中間。

鉆井液從地面加壓泵入地下，并自上部鉆桿流經(jīng)深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具時分為兩部分：一部分通過深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具外的空間直接流出；另一部分從進液口流入深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具。將鉆井液分為兩部分的目的是盡可能減少流動鉆井液的壓力損耗及降低摩擦阻力，并分離排出部分固相顆粒，降低鉆頭噴嘴處鉆井液中的固相含量，提高鉆頭破巖效率。

通過進液口流入深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具的鉆井液沖擊螺旋葉輪，螺旋葉輪由于鉆井液沖擊力的作用而旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的螺旋葉輪帶動鉆井液旋轉(zhuǎn)，鉆井液受到離心力作用后，鉆井液中的固相顆粒旋轉(zhuǎn)速度高于液相鉆井液，鉆井液中的固相顆粒緊貼工具壁旋轉(zhuǎn)，在V形凹槽處囤積，由于鉆井液自上而下流動，推動V形凹槽內(nèi)的固相顆粒向下運移，固相顆粒由上部排固噴射口噴射出鉆桿外；鉆井液繼續(xù)向下流動，并通過螺旋葉輪進行二次分離，二次分離出的固相顆粒從下部排固噴射口噴出鉆桿外；最后經(jīng)過兩次分離的鉆井液從出液口排出，與工具外流動的鉆井液混合后進入鉆頭。

本發(fā)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，有效的降低井底近鉆頭處鉆井液密度，從而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，能夠提高機械鉆速，縮短單井鉆井時間，降低鉆井成本，同時為優(yōu)質(zhì)快速的鉆井效率提供一種簡單有效的技術(shù)手段。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為本發(fā)明截面圖

圖中標號：進液口1、支撐桿2、螺旋葉輪3、V形凹槽4、排固噴射口5、出液口6、螺紋7、中軸8、工具外的空間9

具體實施方式

以下結(jié)合附圖1，詳細說明本發(fā)明，如下：

深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具由進液口1、支撐桿2、螺旋葉輪3、V形凹槽4、排固噴射口5、出液口6和螺紋7組成。

鉆井液從地面加壓泵入地下，并自上部鉆桿流經(jīng)深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具時分為兩部分：一部分通過深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具外的空間9直接流出；另一部分從進液口1流入深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具。

通過進液口1流入深井鉆井井底鉆井液單側(cè)旋流提速工具的鉆井液沖擊螺旋葉輪3，螺旋葉輪3由于鉆井液沖擊力的作用而旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的螺旋葉輪3帶動鉆井液旋轉(zhuǎn)，鉆井液受到離心力作用后，鉆井液中的固相顆粒旋轉(zhuǎn)速度高于液相鉆井液，鉆井液中的固相顆粒緊貼工具壁旋轉(zhuǎn)，在V形凹槽4處囤積，由于鉆井液自上而下流動，推動V形凹槽4內(nèi)的固相顆粒向下運移，固相顆粒由上部排固噴射口5噴射出鉆桿外；鉆井液繼續(xù)向下流動，并通過螺旋葉輪3進行二次分離，二次分離出的固相顆粒從下部排固噴射口5噴出鉆桿外；最后經(jīng)過兩次分離的鉆井液從出液口6排出，與工具外流動的鉆井液混合后進入鉆頭。