[發明專利]一種低壓耗扭力沖擊鉆井工具及破巖方法

有效

• 申請號: 202110296594.5
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113006680B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王麗;魏小梅
• 申請（專利權）人: 成都歐維恩博石油科技有限公司
• 主分類號: E21B4/16
• 分類號: E21B4/16
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙) 51238
• 代理人: 胡琳梅;王海權

本發明提供一種低壓耗扭力沖擊鉆井工具及破巖方法，包括豎直設置的扭沖殼體以及渦輪總成和動閥座，動閥座上豎直設置有第一孔、第二孔，渦輪殼體內設置第三孔、第四孔和第二排液孔、扭沖腔體和扭沖錘，扭沖腔體的第二空腔被扭沖錘的凸塊分隔成與第三孔連通的第一腔室和與第二排液孔連通的第二腔室，通過鉆井液驅動渦輪轉子，并帶著動閥座旋轉，第一腔室通過第一孔和第二孔周期性地連通，當內部高壓鉆井液和外部低壓鉆井液周期性進入第一腔室時，從而使扭沖錘周期性地順時針旋轉沖擊扭沖腔體和逆時針旋轉復位。本發明提供鉆井工具及其破巖方法，利用鉆頭壓降工作，壓耗低，可增加PDC鉆頭水功率，與常規螺桿鉆具組合使用，從而提高鉆井效率。

技術領域

本發明涉及涉及石油與天然氣開發的鉆井工程領域，尤其涉及一種低壓耗扭力沖擊鉆井工具及破巖方法。

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。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。

眾所周知，目前主要鉆井方法是通過螺桿鉆具驅動PDC(硬質合金)鉆頭旋轉鉆進的機械破巖方法。在正常鉆進過程中，鉆頭輸出扭矩和轉速均勻；在實際鉆進過程中，當鉆柱提供給鉆頭的扭矩小于工作面上巖石的剪切極限時，鉆頭停止旋轉，處于粘滯階段；隨著鉆柱繼續旋轉，其為鉆頭提供扭矩持續增加；當扭矩逐漸增至一定值，足以克服鉆頭下巖石剪切極限時，鉆柱中扭轉彈性能將瞬間釋放，鉆頭與巖石的接觸界面就發生滑移，使鉆頭扭矩隨著時間出現一種波動狀態，出現所謂的粘滑現象。

在粘滑過程中，摩擦扭力與時間關系曲線是鋸齒狀，這種現象將導致PDC鉆頭過早失效，還降低破巖效率，制約機械鉆速。研究發現，通過在PDC鉆頭處安裝傳感器進行驚喜參數實際測量，在垂直井中，粘滑現象是一種常見的井下振動現象，實際操作人員只能通過降低轉盤轉速和提高鉆頭質量解決。高轉速易發生軸向振動，粘滑現象極大損害鉆頭壽命。為消除 PDC鉆頭的粘滑振動現象，國內外對此進行了大量的試驗研究和現場應用，其中扭力沖擊器是可以減小或消除該現象的最有效方法。扭力沖擊器通過產生直接作用于鉆頭上的高頻、低幅的扭力沖擊來降低或消除粘滑振動現象，提高機械鉆速,延遲鉆頭壽命。

中國專利號CN201818241 U的實用新型專利公開了一種扭轉沖擊鉆井工具，其具體方案包括：所述扭轉沖擊發生器主要由導流蓋、沖擊錘和截流噴嘴等組成，空腔內由內到外依次為截流噴嘴、篩管、定位套、沖擊錘。流體由導流通孔13經截流噴嘴7分流成三部分：一部分直接到達鉆頭，一部分流體經分流槽14到錘座導流道31，由啟動倉入口流道27流入啟動倉28，推動啟動錘頭26貼合反定位面25，使沖擊錘4和定位套5以相同角速度逆時針轉動，當沖擊錘頭21由正敲擊面23到達反敲擊面29時，沖擊錘4停止轉動，定位套5繼續逆時針轉動，直至啟動錘頭26與正定位面30貼合，使啟動倉28中的流體由啟動倉出口流道24流出，經泄流通道16到達鉆頭內部。核心是在工具內部設置截流噴嘴，讓沖擊錘兩個扇形端面之間形成壓差，從而獲得推動沖擊錘的動能，發生旋轉運動，撞擊沖擊腔。目前的扭力沖擊器在實現沖擊功能的時候，取得較好效果時，必須消耗2-3MPa的能量。

雖然扭力沖擊器能消除PDC鉆頭粘滑效應，但是無法解決在定向井、水平井中定向鉆進，且可根據需要隨時調整井斜。

中國專利號CN210343256U公開了一種石油鉆井用多功能鉆具組合的制作方法，其具體方案包括：從上到下依次可拆卸連接的鉆桿、加重鉆桿、隨鉆堵漏閥、隨鉆測斜系統、可控變徑扶正器、螺桿鉆具、扭力沖擊器、PDC鉆頭；所述螺桿鉆具與隨鉆測斜系統配合實現定向鉆進；扭力沖擊器對PDC鉆頭進行保護。