專利名稱：利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油與天然氣鉆井工程領(lǐng)域，特別涉及一種利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法。
背景技術(shù)：
井下安裝專用工具來提高井底鉆井液噴射壓力方法的主要優(yōu)點是不必改變現(xiàn)有的鉆井工藝及設(shè)備條件下，即可達到高壓射流直接或者輔助破巖的目的。但如何提高井底鉆井液的噴射壓力，一直是鉆井工程人員和技術(shù)發(fā)明者試圖解決的問題。現(xiàn)在已有的提高井底鉆井液的噴射壓力的方法工作動力都是來自鉆井液本身所攜帶的壓能，實現(xiàn)過程為通過專用工具將大部分鉆井液的能量轉(zhuǎn)移到一小部分鉆井液。該方法實現(xiàn)過程及應(yīng)用過程面臨以下難題①根據(jù)該方法設(shè)計出的專用工具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使其在井下工作的壽命及安全性難以保障；②隨著井深的增加，循環(huán)壓耗增大，鉆井壓能減小，提高井底鉆井液噴射壓力的效果會受到影響；③提高井底鉆井液噴射壓力過程引起的沖擊與鉆柱的固有振動可能會產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，影響鉆頭及鉆具工作壽命；④根據(jù)該方法設(shè)計出的專用工具正常工作時會產(chǎn)生一定壓降，增加了循環(huán)系統(tǒng)的工作載荷，還可能會影響鉆井液一些正常功用的發(fā)揮； ⑤全部鉆井液都參與能量轉(zhuǎn)移過程，如果工具在井下失效，會導(dǎo)致鉆井液循環(huán)受阻、施工無法進行，甚至產(chǎn)生嚴重后果。因此，盡管研究人員進行了艱苦的努力和潛心的研究，上述提高井底鉆井液噴射壓力的方法仍未推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法，該種提高井底鉆井液的噴射壓力方法的動力源為鉆進過程中的井底鉆壓波動，利用減小鉆壓波動幅度獲得的能量來提高井底鉆井液噴射壓力。做到既減小鉆壓波動對鉆井過程產(chǎn)生的不利影響，保證施工安全進行，又提高井底鉆井液噴射壓力。其技術(shù)方案是包括以下步驟采用的動力源為鉆柱體上產(chǎn)生的鉆壓波動提供的動力，實施過程為泥漿池內(nèi)鉆井液由泥漿泵提供動力后進入鉆柱內(nèi)腔，經(jīng)分流機構(gòu)分流，大部分鉆井液通過常壓噴嘴噴出，發(fā)揮常規(guī)鉆井液的功用，該部分鉆井液的循環(huán)流動不受提高另一部分井底鉆井液噴射壓力過程的干擾；另一小部分鉆井液經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥進入動力轉(zhuǎn)換單元，得到動力源并且減小鉆壓波動幅度獲得的能量后達到SO-IOOMpa或更高的壓力，經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥排出，通過超高壓射流噴嘴噴出實現(xiàn)超高壓射流直接或者輔助破巖；其中，分流結(jié)構(gòu)分流的兩部分鉆井液沿著兩個獨立的流道流到井底，彼此不產(chǎn)生干擾；動力轉(zhuǎn)換單元的作用是平衡過大的鉆壓波動，將減小鉆壓波動幅度獲得的能量轉(zhuǎn)移給鉆井液來提高鉆井液噴射壓能。上述的動力轉(zhuǎn)換單元包括動力轉(zhuǎn)化腔體、鉆壓傳遞桿、彈性元件、鉆柱體、潤滑液體腔，鉆井液噴射壓力的提高在動力轉(zhuǎn)換腔體內(nèi)完成，鉆柱體上的鉆壓增加時，鉆壓傳遞桿壓縮動力轉(zhuǎn)換腔體內(nèi)的鉆井液及彈性元件，動力轉(zhuǎn)換腔體內(nèi)鉆井液壓力的增加使得動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥關(guān)閉，動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥開啟，獲得動力源能量的鉆井液經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥排出，通過超高壓射流噴嘴噴出實現(xiàn)超高壓射流直接或者輔助破巖。上述的彈性元件承受鉆壓傳遞桿的壓力，產(chǎn)生壓縮并蓄能，此時彈性元件上的潤滑液體被壓進潤滑液體腔；鉆柱體上的鉆壓減小時，承受鉆壓傳遞桿的壓力，產(chǎn)生壓縮蓄能的彈性元件伸展并釋放能量，使得動力轉(zhuǎn)換腔體內(nèi)壓力降低；動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥開啟，動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥關(guān)閉，動力轉(zhuǎn)換腔體流入鉆井液，同時潤滑液體腔內(nèi)的潤滑液體流回彈性元件，為彈性元件潤滑及降溫。上述的分流結(jié)構(gòu)分流的兩部分鉆井液沿著兩個獨立的流道流到井底，彼此不產(chǎn)生干擾；當動力轉(zhuǎn)換單元失效后，由泥漿泵提供動力后進入鉆柱內(nèi)腔的鉆井液可以通過分流機構(gòu)直接進入到常壓噴嘴噴出。本發(fā)明的有益效果是①利用該方法可以減小井底鉆壓波動幅度，從而減小鉆壓大幅度波動給鉆井工具及設(shè)備帶來的危害，增加鉆進作業(yè)的安全性。②將獲得動力源能量的鉆井液，利用超高壓鉆井液專用流道及專用噴嘴噴出，實現(xiàn)超高壓射流直接或者輔助破巖，可以提高鉆井速度，變有害為有利。③該利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法，不需要特殊的的鉆井工藝作保障，不需要改變和增加地面裝備，不影響正常的鉆井液循環(huán)和鉆進作業(yè)。即便是動力轉(zhuǎn)換單元功能失效，仍可以平衡鉆壓，循環(huán)鉆井液，保證鉆井施工的正常進行。④該方法的原理簡單，實現(xiàn)該方法不需要復(fù)雜的工具及結(jié)構(gòu)，在井下惡略的工況更加容易達到現(xiàn)場提出的工具使用壽命要求。⑤利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法的能量源-井底鉆壓的波動，該波動隨著井深的增加和地層巖性的復(fù)雜化只會增大不會減小，有效地克服了深井井下液壓能量源隨著井深的增加而減弱的問題，為深井、超深井井底鉆井液噴射壓力的增大提供了能源保障。
四

附圖1是本發(fā)明的工作原理圖。
五具體實施例方式結(jié)合附圖1，對本發(fā)明作進一步的描述本發(fā)明包括泥漿池1、泥漿泵2、鉆柱內(nèi)腔3、分流機構(gòu)4、常壓噴嘴5、動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥6、動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥7、超高壓射流噴嘴8、動力轉(zhuǎn)化腔體9、鉆壓傳遞桿 10、彈性元件11、鉆柱體12、潤滑液體腔13。本發(fā)明提高井底鉆井液噴射壓力的動力源為鉆柱體12上產(chǎn)生的鉆壓波動提供的動力，實施過程為泥漿池1內(nèi)鉆井液由泥漿泵2提供動力后進入鉆柱內(nèi)腔3，經(jīng)分流機構(gòu) 4分流，大部分鉆井液通過常壓噴嘴5噴出，發(fā)揮常規(guī)鉆井液的功用，該部分鉆井液的循環(huán)流動不受提高另一部分井底鉆井液噴射壓力過程的干擾；另一小部分鉆井液經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥6進入動力轉(zhuǎn)換單元，得到動力源-減小鉆壓波動幅度獲得的能量后達到 SO-IOOMpa或者更高的壓力，經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥7排出，通過超高壓射流噴嘴8噴出實現(xiàn)超高壓射流直接或者輔助破巖。鉆井液噴射壓力的提高在動力轉(zhuǎn)換腔體9內(nèi)完成， 鉆柱體12上的鉆壓增加時，鉆壓傳遞桿10壓縮動力轉(zhuǎn)換腔體9內(nèi)的鉆井液及彈性元件11， 動力轉(zhuǎn)換腔體9內(nèi)鉆井液壓力的增加使得動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥6關(guān)閉，動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥7開啟，獲得動力源能量的鉆井液經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥7排出，通過超高壓射流噴嘴8噴出實現(xiàn)超高壓射流直接或者輔助破巖；彈性元件11承受鉆壓傳遞桿10的壓力，產(chǎn)生壓縮，蓄能，此時彈性元件11上的潤滑液體被壓進潤滑液體腔13。鉆柱體12上的鉆壓減小時，承受鉆壓傳遞桿10的壓力，產(chǎn)生壓縮蓄能的彈性元件11伸展并釋放能量， 使得動力轉(zhuǎn)換腔體9內(nèi)壓力降低。動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥6開啟，動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥7關(guān)閉，動力轉(zhuǎn)換腔體9流入鉆井液，同時潤滑液體腔13內(nèi)的潤滑液體流回彈性元件 11，為彈性元件11潤滑及降溫。 分流結(jié)構(gòu)4分流的兩部分鉆井液沿著兩個獨立的流道流到井底，彼此不產(chǎn)生干擾。當動力轉(zhuǎn)換單元失效后，由泥漿泵2提供動力后進入鉆柱內(nèi)腔3的鉆井液可以通過分流機構(gòu)4直接進入到常壓噴嘴5噴出，既不會影響鉆井施工的正常進行，也不會增加鉆井作業(yè)風險。利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法是一種全新的提高井底鉆井液噴射壓力方法，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用，深部硬地層鉆進速度比常規(guī)鉆井方法提高1 5倍，鉆臺上觀測到的鉆壓大幅度波動情況明顯改善。實踐表明，該方法即實現(xiàn)了井底鉆井液噴射壓力的增力口，有效地減小了井底鉆壓的波動。
權(quán)利要求
1.一種利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法，其特征是包括以下步驟采用的動力源為鉆柱體(12)上產(chǎn)生的鉆壓波動提供的動力，泥漿池(1)內(nèi)鉆井液由泥漿泵( 提供動力后進入鉆柱內(nèi)腔(3)，經(jīng)分流機構(gòu)(4)分流，大部分鉆井液通過常壓噴嘴 (5)噴出；另一小部分鉆井液經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥(6)進入動力轉(zhuǎn)換單元，得到動力源并且減小鉆壓波動幅度獲得的能量后達到SO-IOOMpa或更高的壓力，經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥(7)排出，通過超高壓射流噴嘴(8)噴出實現(xiàn)超高壓射流直接或者輔助破巖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法，其特征是所述的動力轉(zhuǎn)換單元包括動力轉(zhuǎn)化腔體(9)、鉆壓傳遞桿(10)、彈性元件(11)、鉆柱體 (12)、潤滑液體腔(13)，鉆井液噴射壓力的提高在動力轉(zhuǎn)換腔體(9)內(nèi)完成，鉆柱體(12)上的鉆壓增加時，鉆壓傳遞桿(10)壓縮動力轉(zhuǎn)換腔體(9)內(nèi)的鉆井液及彈性元件(11)，動力轉(zhuǎn)換腔體(9)內(nèi)鉆井液壓力的增加使得動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥(6)關(guān)閉，動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥(7)開啟，獲得動力源能量的鉆井液經(jīng)動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥(7)排出，通過超高壓射流噴嘴(8)噴出實現(xiàn)超高壓射流直接或者輔助破巖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法，其特征是 所述的彈性元件(11)承受鉆壓傳遞桿(10)的壓力，產(chǎn)生壓縮并蓄能，此時彈性元件(11) 上的潤滑液體被壓進潤滑液體腔(1 ；鉆柱體(1 上的鉆壓減小時，承受鉆壓傳遞桿(10) 的壓力，產(chǎn)生壓縮蓄能的彈性元件(11)伸展并釋放能量，使得動力轉(zhuǎn)換腔體(9)內(nèi)壓力降低；動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥(6)開啟，動力轉(zhuǎn)換單元出口單向閥(7)關(guān)閉，動力轉(zhuǎn)換腔體 (9)流入鉆井液，同時潤滑液體腔(13)內(nèi)的潤滑液體流回彈性元件(11)，為彈性元件(11) 潤滑及降溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法，其特征是 所述的分流結(jié)構(gòu)(4)分流的兩部分鉆井液沿著兩個獨立的流道流到井底，彼此不產(chǎn)生干擾；當動力轉(zhuǎn)換單元失效后，由泥漿泵( 提供動力后進入鉆柱內(nèi)腔C3)的鉆井液可以通過分流機構(gòu)(4)直接進入到常壓噴嘴(5)噴出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用鉆壓波動提高井底鉆井液噴射壓力的方法。包括泥漿池內(nèi)鉆井液由泥漿泵提供動力后進入鉆柱中空，經(jīng)分流結(jié)構(gòu)分流，一部分鉆井液通過普通噴嘴噴出，發(fā)揮常規(guī)鉆井液的功用，該部分鉆井液的循環(huán)流動不受提高另一部分井底鉆井液噴射壓力過程的干擾；另一小部分鉆井液經(jīng)柱動力轉(zhuǎn)換單元入口單向閥進入動力轉(zhuǎn)換單元，得到動力源-減小鉆壓波動幅度獲得的能量后經(jīng)出口單向閥排出，通過超高壓噴嘴噴出實現(xiàn)超高壓射流直接或者輔助破巖。本發(fā)明經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用，深部硬地層鉆進速度比常規(guī)鉆井方法提高1～5倍，鉆臺上觀測到的鉆壓大幅度波動情況明顯改善；實踐表明，該方法即實現(xiàn)了井底鉆井液噴射壓力的增加，有效地減小了井底鉆壓的波動。
文檔編號E21B21/06GK102182411SQ20111010105
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者劉永旺, 史玉才, 廖華林, 管志川 申請人:中國石油大學(xué)(華東)