一種頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種頁巖氣開米鉆井設(shè)備，尤其是一種頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，屬于巖石的鉆進技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]頁巖氣，一種新型潔凈能源，它是一種蘊藏于頁巖層可供開采的天然氣資源。頁巖氣的形成和富集有著自身獨特的特點，往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁巖地層中。頁巖氣的儲層具有地層堅硬，埋層深的特點，開采難度大，需要高水平的鉆井和完井技術(shù)。
[0003]現(xiàn)階段頁巖氣的鉆采一般遵循“鉆井-壓裂-采氣”的采集機理進行，也就是通過由機械設(shè)備將頁巖氣儲集層鉆出井筒，采用儲層壓裂方式使吸附在有機質(zhì)頁巖表面及夾縫中的頁巖氣被壓解出來，并通過擴散和流動兩種不同的方式運移到井筒，這樣不僅使頁巖氣這一潔凈能源得到利用，而且頁巖氣井能夠長期地以穩(wěn)定速率產(chǎn)氣。
[0004]目前國內(nèi)普遍采用的頁巖氣鉆井設(shè)備為旋鉆機和螺桿鉆具，二者都屬于鉆壓旋轉(zhuǎn)式鉆井設(shè)備，適用于地層硬度小的淺井鉆進模式;對于地層硬度大的深井鉆進模式來講，傳統(tǒng)旋鉆機和螺桿鉆具存在進尺慢和鉆頭磨損嚴(yán)重問題，由于鉆頭始終在一定鉆壓下抵在高硬度巖層上旋轉(zhuǎn)進尺，在較短時間內(nèi)鉆頭牙輪就會磨盡，且進尺效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種能解決傳統(tǒng)旋鉆機和螺桿鉆具存在的進尺慢和鉆頭磨損嚴(yán)重的問題、適用于地層硬度大的深井鉆進模式的頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備。
[0006]本發(fā)明上述目的是通過以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，它與地面動力系統(tǒng)配合完成頁巖氣的鉆井作業(yè);所述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備包括上接頭、外套管、分流管、閥室組件、專用控制管、活塞組件、下接頭和鉆頭;所述鉆頭布置在井筒底部，鉆頭通過下接頭、外套管、上接頭與地面動力系統(tǒng)中鉆桿連接，通過鉆桿驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進;所述分流管、閥室組件、專用控制管、活塞組件由上到下依次套裝在外套管的內(nèi)部，在分流管、閥室組件、專用控制管和活塞組件中設(shè)置上下貫通的動力液通道;所述活塞組件包括活塞和缸筒，所述活塞與專用控制管及閥室組件配合，通過對動力液壓力的控制，驅(qū)動活塞在缸筒內(nèi)往復(fù)運動，對鉆頭施加周期性沖擊力。
[0007]上述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，所述分流管上端與上接頭裝配，下端通過噴嘴與閥室組件連通，在所述分流管的管壁上設(shè)置一組分流孔，在所述分流管的管壁內(nèi)表面上設(shè)置過濾網(wǎng)。
[0008]上述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，所述閥室組件包括閥室殼體、閥座和閥芯;所述閥室殼體上端通過閥座與分流管連接，在閥室殼體上半部分沿軸向設(shè)置工作液第一導(dǎo)流槽，并沿徑向設(shè)置貫通工作液第一導(dǎo)流槽的閥室殼體第一導(dǎo)流孔，在閥室殼體下半部分傾斜布置連通工作液第一導(dǎo)流槽的工作液第二導(dǎo)流槽，所述工作液第二導(dǎo)流槽一端與沿軸向設(shè)置的工作液第三導(dǎo)流槽連通，另一端與閥室殼體內(nèi)腔連通，所述工作液第三導(dǎo)流槽設(shè)有與閥室殼體內(nèi)腔連通的閥室殼體第二導(dǎo)流孔;所述閥芯設(shè)有閥芯中心孔，在閥芯中部設(shè)置閥芯導(dǎo)流孔，在閥芯外壁的上部設(shè)置閥芯環(huán)槽，在閥芯外壁的下部設(shè)置與專用控制管配合的環(huán)狀定位面。
[0009]上述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，所述閥室組件中還設(shè)有閥室襯套，所述閥室襯套嵌裝在閥室殼體內(nèi)腔中，套裝在閥芯外面，在所述閥室襯套上設(shè)置與閥室殼體第一導(dǎo)流孔對應(yīng)的閥室襯套導(dǎo)流孔。
[0010]上述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，所述專用控制管為階梯套管結(jié)構(gòu)，其大徑端外壁與閥室殼體內(nèi)壁配裝，在其大徑端外壁上沿圓周方向均布六個用于導(dǎo)通動力液的長槽，在專用控制管小徑端側(cè)壁上沿圓周方向均布的十二個細長孔，其中六個細長孔與所述六個長槽連通，另外六個細長孔與閥室殼體上傾斜布置的工作液第二導(dǎo)流槽連通，所述細長孔下端設(shè)置封堵結(jié)構(gòu)，在專用控制管的小徑端軸向不同位置處沿圓周方向開設(shè)與所述細長孔貫通的六個控制孔。
[0011]上述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，所述活塞為設(shè)有動力液通道的中空結(jié)構(gòu)，在活塞的內(nèi)壁上設(shè)有與專用控制管配合的活塞第一內(nèi)環(huán)槽和活塞第二內(nèi)環(huán)槽，在活塞的外側(cè)壁上設(shè)有用于活塞向上運動時承受動力液推力的環(huán)狀階梯面。
[0012]上述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，在所述活塞與缸筒的配合面上涂覆密封耐磨涂層。
[0013]上述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，所述活塞與缸筒的配合面上涂覆的密封耐磨涂層優(yōu)選碳化鎢或者碳化硼涂層。
[0014]上述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，所述鉆頭為帶有保徑齒結(jié)構(gòu)的金剛石鉆頭。
[0015]本發(fā)明為一種適用于地層硬度大的深井鉆進模式的頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備，它通過地面動力系統(tǒng)的鉆機轉(zhuǎn)盤驅(qū)動鉆桿，由鉆桿帶動井筒底部的鉆頭旋轉(zhuǎn)；同時由地面動力系統(tǒng)中動力液管線提供的動力液通過分流管、專用控制管及閥室組件的配合驅(qū)動活塞往復(fù)運動，活塞往復(fù)運動形成的沖擊功平穩(wěn)地傳遞到鉆頭上，使鉆頭在旋轉(zhuǎn)動力與沖擊動力的共同作用下鉆進，因此不僅提高了進尺效率，又解決了因地層堅硬對鉆頭的快速磨損問題。本發(fā)明在分流管的管壁內(nèi)表面設(shè)置了過濾網(wǎng)，用以將分流到專用控制管的動力液過濾清潔，解決了活塞與缸筒相對運動過程中的砂卡問題。本發(fā)明在活塞與缸筒的配合面上涂覆密封耐磨涂層，既消除了采用密封圈結(jié)構(gòu)存在的密封失效現(xiàn)象，又簡化了活塞組件的結(jié)構(gòu)，更易于活塞組件的拆裝維修。本發(fā)明采用帶有保徑齒結(jié)構(gòu)的金剛石鉆頭，確保鉆進井筒尺寸的精確性和一致性?？傊?，本發(fā)明填補了國內(nèi)在頁巖氣地層硬度大的深井區(qū)鉆采技術(shù)方面的空白，經(jīng)現(xiàn)場使用取得了很好的效果，它不僅使鉆井速度成倍增加，而且將鉆井設(shè)備壽命延長，同時精確的井筒鉆進尺寸還為完井技術(shù)提供了可靠的保障。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明總體布置示意圖；
圖2是上接頭及分流管結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是閥室組件結(jié)構(gòu)及其與專用控制管裝配關(guān)系示意圖；
圖4是閥室組件中閥芯結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是閥室組件中閥室殼體與閥室襯套結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是專用控制管剖面結(jié)構(gòu)示意圖(沿圖7中C-C剖面剖切)；
圖7是圖6中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是圖6中B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9是活塞結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10是本發(fā)明活塞處于下止點準(zhǔn)備上行時動力液流向示意圖；
圖11是圖10中I處結(jié)構(gòu)放大圖；
圖12是閥室組件中閥芯至上止點位置時活塞上行原理圖；
圖13是活塞在上止點準(zhǔn)備下行時動力液流向示意圖；
圖14是圖13中II處結(jié)構(gòu)放大圖。
[0017]圖中各標(biāo)號清單為:1、上接頭，2、分流管，2-1、分流孔，2-2、過濾網(wǎng)，2-3、噴嘴，3、閥室組件，3-1、閥室殼體，3-1-1、工作液第一導(dǎo)流槽，3-1-2、閥室殼體第一導(dǎo)流孔，3-1-3、工作液第二導(dǎo)流槽，3-1-4、工作液第三導(dǎo)流槽，3-1-5、閥室殼體第二導(dǎo)流孔，3-2、閥座，3-
3、閥室襯套，3-3-1、閥室襯套導(dǎo)流孔，3-4、閥芯，3-4-1、閥芯中心孔，3-4-2、閥芯導(dǎo)流孔，3-4-3、閥芯環(huán)槽，3-4-4、環(huán)狀定位面，4、專用控制管，4-1、長槽，4-2、細長孔，4-3、控制孔，4-
4、封堵結(jié)構(gòu)，5、活塞，5-1、活塞第一內(nèi)環(huán)槽，5-2、活塞第二內(nèi)環(huán)槽，5-3、環(huán)狀階梯面，6、缸筒，7、下接頭，8、鉆頭，9、井口，10、鉆井平臺，11、鉆機轉(zhuǎn)盤，12、鉆桿，13、動力液管線。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0019]參看圖1，本發(fā)明所述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備與地面動力系統(tǒng)中鉆井平臺10、鉆機轉(zhuǎn)盤11、鉆桿12及動力液管線13配合完成頁巖氣的鉆井作業(yè)。所述頁巖氣專用沖擊式液動錘鉆井設(shè)備包括上接頭1、外套管7、分流管2、閥室組件3、專用控制管4、活塞組件、下接頭8和鉆頭9;所述鉆頭9優(yōu)選帶有保徑齒結(jié)構(gòu)的金剛石鉆頭，鉆頭9布置在井筒底部，通過下接頭8、外套管7、上接頭I與地面動力系統(tǒng)中鉆桿12連接，在鉆機轉(zhuǎn)盤11驅(qū)動下通過鉆桿12帶動鉆頭9旋轉(zhuǎn)鉆進;所述分流管2、閥室組件3、專用控制管4、活塞組件由上到下依次套裝在外套管的內(nèi)部，在分流管2、閥室組件3、專用控制管4和活塞組件中設(shè)置上下貫通的動力液通道;所述活塞組件包括活塞5和缸筒6，所述活塞5與專用控制管4及閥室組件3配合，通過對動力液壓力的控制，驅(qū)動活塞5在缸詢6內(nèi)往復(fù)運動，對鉆頭9施加周期性沖擊力，使鉆頭9在旋轉(zhuǎn)動力與沖擊動力的共同作用下進行鉆進作業(yè)。
[0020]參看圖1、圖2，本發(fā)明的分流管2上端與上接頭I裝配，下端通過噴嘴2-3與閥室組件3連通，在所述分流管2的管壁上設(shè)置一組分流孔2-1，在所述分流管2的管壁內(nèi)表面上設(shè)置過濾網(wǎng)2-2，因此由動力液管線13輸入的固相泥漿(即動力液)由分流管2分流，其中一部分通過過濾網(wǎng)2-2和分流孔2-1進入閥室組件3，驅(qū)動活塞5往復(fù)運動，另一部分經(jīng)噴嘴2-3進入工作液通道。由于經(jīng)過濾網(wǎng)2-2過濾后的動力液去除了大的砂礫，因此避免了對活塞5和缸筒6的損壞，解決了活塞5與缸筒6之間運動過程中的砂卡問題。
[0021 ] 參看圖1、圖3、圖4、圖5，本發(fā)明的閥室組件3包括閥室殼體3_1、閥座3_2和閥芯3-4；所述閥室殼體3-1上端通過閥座3-2與分流管2連接，在閥室殼體3-1上半部分沿軸向設(shè)置工作液第一導(dǎo)流槽3-1-1，并沿徑向設(shè)置貫通