一種鉆井工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種鉆井工具領(lǐng)域，尤其涉及一種鉆井工具。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井工程是油氣藏開發(fā)中投資大、風(fēng)險高的工程，它的費用占勘探開發(fā)成本的50%以上。破巖技術(shù)是油氣鉆井技術(shù)的核心內(nèi)容，破巖效率的好壞直接決定著鉆井速度和成本，更決定著鉆井工程的經(jīng)濟效益。隨著我國油氣勘探開發(fā)的不斷深入，深井、超深井鉆井?dāng)?shù)量不斷增加。當(dāng)井深增加時，鉆井速度低、成本高、周期長的問題非常突出，嚴重影響了整個油氣田的勘探開發(fā)速度。特別是深部地層機械鉆速慢，導(dǎo)致鉆井周期長，鉆井期間，各種工程事故時有發(fā)生，施工效率低下。分析其原因主要有:一、深部井段地層埋藏深，地層壓實作用大，導(dǎo)致巖石本身強度大，不易破碎；二、隨著井深的增加，鉆柱內(nèi)鉆井液的沿程損耗不斷增大，從而導(dǎo)致鉆頭破碎地層的水力能量不斷減小，鉆頭可利用的水功率急劇下降，很難及時清除井底的巖肩，出現(xiàn)井底墊層，造成了巖肩重復(fù)破碎甚至鉆頭泥包，導(dǎo)致機械鉆速大大降低；三、對于大位移井或者斜井，管柱入井時，入井長度越長，需要克服的管柱與井壁之間的摩擦力就越大，摩擦阻力的增大減小了傳遞到鉆頭上的有效鉆壓，導(dǎo)致鉆頭在井底的機械破巖能量嚴重不足，鉆頭齒很難吃入巖石，破巖方式主要以研磨為主，而不是體積破碎，從而影響了機械鉆速的提高。
[0003]現(xiàn)有的提高機械鉆速的方法主要包括水力脈沖方法和空化射流方法。水利脈沖的基本機理主要是將通過鉆柱的連續(xù)流調(diào)制為脈沖射流，從而改善井底流場，提高井底凈化和清巖效率，減少壓持和重復(fù)破碎；而空化射流的主要機理是將強大的空化破壞作用引入到射流中，提高井底水力能量，從而提高深井鉆井速度的技術(shù)。但是，現(xiàn)有的工具都采用了其中一種提速機理，而且無法解決大位移井中的拖壓現(xiàn)象。因此，研制一種能夠?qū)⑺γ}沖向下傳播至井底并結(jié)合空化效應(yīng)改善井底巖石的受力狀態(tài)，從而強化巖肩的凈化，并將水力脈動造成的壓力波動直接轉(zhuǎn)化為作用于鉆頭沖擊載荷，形成周期性的鉆壓，使鉆頭在旋轉(zhuǎn)的同時還具有增加鉆壓和減小振動效果的鉆井工具，是鉆井提速的一個重要方向。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種通過降低鉆進時的鉆井液排量提高深層鉆頭水功率以及產(chǎn)生脈沖空化射流，同時確保能夠大排量洗井和充分利用鉆頭壓降提高鉆壓，發(fā)揮噴射鉆井技術(shù)在深層的提速作用的鉆井工具。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下設(shè)計方案:
[0006]一種鉆井工具是在脈沖發(fā)生器和鉆頭組合鉆井工具的基礎(chǔ)上，在脈沖發(fā)生器的上方連接一套提升短節(jié)。該提升短節(jié)包括花鍵外筒、花鍵芯軸和防掉筒。其中，花鍵外筒呈筒狀結(jié)構(gòu)，上端和下端分別加工有螺紋，內(nèi)部加工有內(nèi)花鍵，在內(nèi)花鍵和上端螺紋之間加工有貫穿花鍵外筒筒壁的旁通孔道；防掉筒呈筒狀結(jié)構(gòu)，上端加工有螺紋，下端具有朝向防掉筒內(nèi)部凸起的臺階；花鍵芯軸外部加工有外花鍵，下部加工有螺紋與脈沖發(fā)生器連接，在螺紋連接處上方設(shè)有外凸臺階；脈沖發(fā)生器下端與鉆頭連接；花鍵芯軸與花鍵外筒通過花鍵連接，并可實現(xiàn)扭矩傳遞和上下滑動；花鍵芯軸在花鍵外筒內(nèi)上下移動，從而控制旁通口的開關(guān)。
[0007]上述方案進一步包括:花鍵芯軸上端外緣加工有密封溝槽，安裝旁通密封和導(dǎo)向環(huán)；花鍵芯軸上下滑動的極限位置分別通過其外凸臺階與花鍵外筒下端和與防掉筒的內(nèi)凸臺階限定；并保證旁通密封在花鍵芯軸上下滑動極限位置時分別位于花鍵外筒旁通孔道的上部和下部。所述的花鍵外筒可采用上外筒和下外筒組裝而成；所述鉆頭設(shè)有空化噴嘴。
[0008]本實用新型的優(yōu)點是:(1)鉆井工具結(jié)構(gòu)簡單，可以方便的實現(xiàn)鉆柱內(nèi)外環(huán)空的連通與隔離；(2)可以實現(xiàn)小排量鉆井，降低循環(huán)壓耗，充分提高鉆頭的水功率與脈沖空化射流沖擊力，從而提高鉆井的機械鉆速；(3)當(dāng)井眼環(huán)空出現(xiàn)巖肩攜帶不好等問題時，可以方便的打開鉆井工具旁通通道，從而實現(xiàn)大排量循環(huán)洗井；(4)花鍵芯軸與花鍵套的滑動連接，可以充分利用鉆頭壓降，提高鉆壓。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型一種鉆井工具旁通孔道處于關(guān)閉狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中1.上部鉆具，2.旁通密封，3.旁通口，4.花鍵外筒，5.花鍵芯軸，6.花鍵，7.防掉筒，8.脈沖發(fā)生器，9.鉆頭。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖1對本實用新型作進一步描述:
[0012]附圖1中，一種鉆井工具，包括花鍵外筒4、花鍵芯軸5、防掉筒7和脈沖發(fā)生器8、鉆頭9?；ㄦI外筒4呈筒狀結(jié)構(gòu)，上端和下端分別加工有螺紋，內(nèi)部加工有內(nèi)花鍵，在內(nèi)花鍵和上端螺紋之間加工有貫穿花鍵外筒4筒壁的旁通孔道3 ;防掉筒7呈筒狀結(jié)構(gòu)，上端加工有螺紋，下端具有朝向防掉筒7內(nèi)部凸起的臺階；花鍵芯軸5外部加工有外花鍵，下部加工有螺紋與脈沖發(fā)生器8連接，在螺紋連接處上方設(shè)有外凸臺階；脈沖發(fā)生器8下端與鉆頭9連接；花鍵芯軸5與花鍵外筒4通過花鍵6連接，并可實現(xiàn)扭矩傳遞和上下滑動；花鍵芯軸5帶動旁通密封2在花鍵外筒4上下移動，從而控制旁通口 3的開關(guān)。所述鉆頭9安裝有空化噴嘴。
[0013]花鍵芯軸5上端外緣加工有溝槽，分別安裝旁通密封2和導(dǎo)向環(huán)，花鍵芯軸5向上移動的極限位置在花鍵芯軸5的外凸臺階與花鍵外筒4下端接觸處，花鍵芯軸5向下移動的極限位置在花鍵芯軸5的外凸臺階與防掉筒7的內(nèi)凸臺階接觸處；花鍵芯軸5與花鍵外筒4通過旁通密封2實現(xiàn)徑向流體密封；花鍵芯軸5的外凸臺階與花鍵外筒4下端接觸時，旁通密封2位于花鍵外筒的旁通孔道3的上部，防止流經(jīng)工具內(nèi)部的流體通過花鍵外筒的旁通孔道進入花鍵外筒的外部空間；花鍵芯軸5的外凸臺階與防掉筒7的內(nèi)凸臺階接觸時，旁通密封2位于花鍵外筒4的旁通孔道3的下部，流經(jīng)工具內(nèi)部的流體通過花鍵外筒4的旁通孔道3進入花鍵外筒4的外部空間。所述的花鍵外筒4最好由上花鍵外筒和下花鍵外筒兩部分組裝而成，當(dāng)井眼環(huán)空出現(xiàn)巖肩攜帶不好等問題時，可以方便的打開鉆井工具旁通通道。
[0014]鉆井過程中，將所述鉆井工具連接在鉆柱上下入鉆井井眼內(nèi)；鉆頭接觸井底進行鉆進作業(yè)時，花鍵芯軸5帶動旁通密封2在花鍵外筒4向上移動，從而關(guān)閉旁通口 3，鉆井流體流經(jīng)鉆具、花鍵芯軸5內(nèi)部空間、脈沖發(fā)生器8和鉆頭9，然后進入環(huán)空；
[0015]鉆頭提離井底進行循環(huán)洗井作業(yè)時，花鍵芯軸5帶動旁通密封2在花鍵外筒(4)向下移動，從而打開旁通口 3，鉆井流體流經(jīng)鉆具、花鍵外筒4的旁通口 3，然后進入環(huán)空。
[0016]鉆進過程中鉆井流體的流量Ql小于循環(huán)洗井時鉆井流體的流量Q2，Ql值取Q2值的 2/3。
[0017]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權(quán)力要求及其等同限定。
【主權(quán)項】
1.一種鉆井工具，包括脈沖發(fā)生器(8)和鉆頭(9)，其特征在于:在脈沖發(fā)生器(8)的上方連接有提升短節(jié)；該提升短包括花鍵外筒(4)、花鍵芯軸(5)、防掉筒(7);其中，花鍵外筒(4)呈筒狀結(jié)構(gòu)，上端和下端分別加工有螺紋，內(nèi)部加工有內(nèi)花鍵，在內(nèi)花鍵和上端螺紋之間加工有貫穿花鍵外筒(4)筒壁的旁通孔道(3);防掉筒(7)呈筒狀結(jié)構(gòu)，上端加工有螺紋，下端具有朝向防掉筒(7)內(nèi)部凸起的臺階；花鍵芯軸(5)外部加工有外花鍵，下部加工有螺紋與脈沖發(fā)生器(8)連接，在螺紋連接處上方設(shè)有外凸臺階；脈沖發(fā)生器(8)下端與鉆頭(9)連接；花鍵芯軸(5)與花鍵外筒(4)通過花鍵(6)軸向插接配合，實現(xiàn)扭矩傳遞和上下滑動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井工具，其特征在于:花鍵芯軸(5)上端外緣加工有密封溝槽，安裝旁通密封(2);花鍵芯軸(5)上下滑動的極限位置分別通過其外凸臺階與外筒(4)下端和與防掉筒(7)的內(nèi)凸臺階限定；旁通密封(2)在花鍵芯軸(5)上下滑動極限位置時分別位于外筒(I)旁通孔道(3)的上部和下部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆井工具，其特征在于:所述的外筒(4)由上外筒和下外筒組裝而成；所述鉆頭(9)設(shè)有空化噴嘴。
【專利摘要】本實用新型公開了一種鉆井工具。所述鉆井工具包括花鍵外筒、花鍵芯軸、防掉筒和脈沖發(fā)生器、鉆頭；花鍵外筒加工有貫穿花鍵外筒筒壁的旁通孔道；花鍵芯軸下部與脈沖發(fā)生器連接；脈沖發(fā)生器下端與鉆頭連接；花鍵芯軸與花鍵外筒通過花鍵連接，并可實現(xiàn)扭矩傳遞和上下滑動；花鍵芯軸帶動旁通密封在花鍵外筒上下移動，從而控制旁通口的開關(guān)。該鉆井工具結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)鉆柱內(nèi)外環(huán)空的連通與隔離；可以實現(xiàn)小排量鉆井，大排量洗井；可以充分利用脈沖空化射流沖擊力，并利用水力加壓功能提高鉆壓，從而提高鉆井的機械鉆速。
【IPC分類】E21B21-00, E21B17-02, E21B7-18
【公開號】CN204326968
【申請?zhí)枴緾N201420701864
【發(fā)明人】孫宇, 朱煥剛, 李建成, 楊德京, 宋榮榮, 李曉, 萬秀琦, 韓玉華, 段光輝, 趙亞坤, 鄧霖, 許強
【申請人】中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年11月21日