CN103628822B - 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头 - Google Patents

水平井安全高效气体钻井射流磨钻头 Download PDF

Info

Publication number
CN103628822B
CN103628822B CN201310654718.8A CN201310654718A CN103628822B CN 103628822 B CN103628822 B CN 103628822B CN 201310654718 A CN201310654718 A CN 201310654718A CN 103628822 B CN103628822 B CN 103628822B
Authority
CN
China
Prior art keywords
landwaste
drill bit
jet mill
horizontal well
shaft bottom
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active - Reinstated
Application number
CN201310654718.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103628822A (zh
Inventor
高德利
陈绪跃
郭柏云
韦红术
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum Beijing
Original Assignee
China University of Petroleum Beijing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum Beijing filed Critical China University of Petroleum Beijing
Priority to CN201310654718.8A priority Critical patent/CN103628822B/zh
Publication of CN103628822A publication Critical patent/CN103628822A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103628822B publication Critical patent/CN103628822B/zh
Active - Reinstated legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于水平井安全高效气体钻井射流磨钻头,其特征在于在现有的钻头上加装了射流粉碎装置和高浓度湍流抽砂装置,射流磨钻头包括:射流粉碎部,高浓度湍流抽砂部;所述的射流粉碎部其特征在于有反向高速射流喷嘴、混合室、喉管、岩屑解离加速管、粉碎靶体、粉碎仓、旁通;高浓度湍流抽砂部,其特征在于有井底岩屑搅动与清洗流道,岩屑吸入管。岩屑吸入管、井底岩屑搅动与清洗流道基于抽砂泵的原理抽吸高浓度湍流岩屑,进一步减小井底压差,提高钻速;井底岩屑从岩屑吸入管抽吸排出,避免了气体钻井中近钻头处井壁冲蚀垮塌;井底岩屑搅动与清洗流道的特殊设计避免了气体钻井中钻头冰包。基于射流磨原理,岩屑经过高速气流超细粉碎技术进一步粉碎,达到气固悬浮流动的标准,消除气体钻水平井中的岩屑床。

Description

水平井安全高效气体钻井射流磨钻头
技术领域
本发明属于油气钻井领域,具体涉及一种用于水平井安全高效气体钻井射流磨钻头。
背景技术
众所周知,携岩是气体钻水平井的一个重要难题,岩屑一旦产生,脱离井底,则无论大小均难以再回到井底被重复破碎。小颗粒可以被气流携带、进人垂直段,再带出井口,而大颗粒就滞留下井壁,堆积成床。岩屑床的堆积,进一步从几何阻碍和流体动力学两个方面影响其后方的井筒的正常携岩,使井眼净化进一步恶化。如果岩屑携带效果达不到要求,会导致各种各样问题的发生,如高扭矩和高阻力,沉砂卡钻,下套管和固井困难,钻具磨损大,测井仪器下井难等,那么钻井可能被迫中止。现场为了控制岩屑床,经常进行很短距离地上提下放钻具,使钻头提离井底后再回到井底,将钻头附近大颗粒岩屑推回井底重复破碎;限制钻速,低钻压、高转速,使钻头第一次破碎产生的岩屑不致于过大,但这都大大降低了机械钻速。加大气量对于提高偏心环空下部流道的携岩能力有一定帮助,但效果非常差,并且近钻头处高速气流对井壁冲涮严重,引起井壁垮塌。不仅如此,钻头喷嘴处的高速气流很容易产生音速流,使得钻头温度下降,钻头冰包,高速气流冲蚀井底,使得钻进轨迹偏离设计轨道。
发明内容
本发明的第一目的在于粉碎岩屑,解决气体钻水平井的携岩难题,消除岩屑床。
本发明的第二目的在于解决气体钻井中,由于钻头喷嘴喷出的高速气流使得近钻头处的井壁冲蚀垮塌、井眼偏离设计轨道、钻头冰包等问题。
本发明的第三目的在于利用反向射流抽吸井底流体及岩屑,减小井底压差,消除压持效应,进一步提高机械钻速。
为实现第一目的,本发明的射流磨钻头的射流磨包括:
反向高速射流喷嘴,用于产生高聚能射流;通过合理设计喷嘴内腔形状,使流体通过喷嘴加速为高聚能射流,充分粉碎岩屑。
混合室,与高速射流喷嘴相连,用于将岩屑混入高速射流;高压流体经喷嘴高速喷出,压力迅速释放,在混合室内产生负压,岩屑被高速吸入,并被高速射流束卷吸归流,射流束外围岩屑受混合室末端收缩体型设计的影响,在收缩段产生回流并汇入高速射流主流,形成两相混合射流,在混合射流外部空间的岩屑则在剪切作用下,高速流入加速管。
岩屑解离加速管,与混合室相连,用于解离带微裂缝的岩屑,实现解离破碎,相间及颗粒之间的碰撞、互磨产生的冲击压力和剪切力造成颗粒的破碎,并实现对岩屑的加速;为了避免附壁流和提高射流能量利用率,对喷嘴直径与加速管管径配置进行优化。
粉碎靶体,与岩屑解离加速管相连,利用瞬间冲击力、气楔粉碎岩屑;为了减小气垫增阻对粉碎的不利影响,靶面与加速管轴线设计呈一定角度。
粉碎仓,与粉碎靶面呈一定角度相连,用于对岩屑的再次粉碎。
旁通,与粉碎仓呈一定角度相连并接环空,用于降低混合流的流速,并将粉碎后的岩屑排入环空。
为实现第二目的,本发明的射流磨钻头的抽沙泵包括:
井底岩屑搅动与清洗流道,与井底连通,用于搅动岩屑与冷却钻头,该流道射出的不对称高速流体将井底岩屑冲击成高浓度的湍流,使射流磨在无须附属装置的情况下实现高浓度吸入岩屑;流道的不对称设计提高了岩屑搅动效率,为增加流体的冲击面积,流道没装喷嘴,且为扩张管,在气体钻井中,解决了钻头冰包的问题。
岩屑吸入管,连通井底与混合室,用于吸走井底岩屑,让井底岩屑和气流从吸入管上返。
反向高速射流喷嘴,其与岩屑吸入管通过混合室相连,用于产生负压。反向喷嘴避免了气体钻井中高速气流使得近钻头处的井壁冲蚀垮塌,气流冲蚀井眼使其偏离设计轨道。
旁通,与粉碎仓呈一定角度相连并接环空,用于降低混合流的流速,减小混合流对井壁的冲蚀,并将粉碎后的岩屑排入环空。
为实现第三目的,本发明的射流磨钻头的设计了反向高速射流喷嘴:
反向高速射流喷嘴,其利用了射流泵的原理,即抽吸井底流体使井底局部压力降低,减小井底压差,从而促使岩屑脱离井底并加速上返,避免重复破碎,进一步实现机械钻速的提高。
综上所述,与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)、所述的射流磨利用高聚能射流的超细粉碎技术能粉碎岩屑、大大降低水平井中岩屑的沉降末速,提高携岩效率,消除水平井中的岩屑床。相比采用低钻压高转速、短程起下钻来控制岩屑床来说,本发明从根本上解决了岩屑床问题,并解放了钻压,提高了钻速。
(2)、在气体钻水平井中,为了控制岩屑床通常加大注气量,井底喷嘴喷出的高速气流,使得近钻头处的井壁冲蚀垮塌、井眼偏离设计轨道、钻头冰包,本发明所述的射流磨钻头水力结构一并解决了上述问题。
(3)、本发明所述的反向高速射流喷嘴利用射流泵的原理,抽吸井底流体使井底局部压力降低,减小井底压差,从而促使岩屑脱离井底并加速上返,避免重复破碎,提高了机械钻速。
附图说明
图1为一种用于水平井安全高效气体钻井射流磨钻头的示意图。
图2为图1中A-A剖面示意图。
图3为图1中B-B剖面示意图。
图4为图1中C-C剖面示意图。
图5为图1中D-D剖面示意图。
图6为图1中E-E剖面示意图。
图7为一种用于水平井安全高效气体钻井射流磨钻头的水眼和排屑孔布置示意图;
图8为一种用于水平井安全高效气体钻井射流磨钻头的反向高速射流喷嘴示意图;
图中:1、旁通,2、粉碎仓,3、喉管,4、反向高速射流喷嘴,5、PDC钻头本体,6、钻头刀翼,7、粉碎靶体,8、解离加速管,9、混合室,10、岩屑吸入管,11、井底岩屑搅拌与清洗流道。
具体实施方式
如图1所示,一种用于水平井安全高效气体钻井射流磨钻头,包括:1、旁通,2、粉碎仓,3、喉管,4、反向高速射流喷嘴,5、PDC钻头本体,6、钻头刀翼,7、粉碎靶体,8、解离加速管,9、混合室,10、岩屑吸入管,11、井底岩屑搅拌与清洗流道。概括起来主要为三个主要部分:钻头底部的抽沙泵,射流泵,射流磨。
在钻进过程中,高压气流由主流道进入,一部分气流由反向高速射流喷嘴4喷出,形成高速射流,高速射流在混合室9产生负压,此负压通过岩屑吸入管10对井底流体和岩屑进行抽吸,从而降低井底压差,减小岩屑的压持效应,创造井底的欠平衡条件,进一步提高机械钻速。此部分为射流泵。
高压气流由主流道进入,一部分流体由井底岩屑搅拌与清洗流道11喷出,所述流道射出的不对称高速流体将井底岩屑冲击成高浓度的湍流,使射流磨在无须附属装置的情况下实现高浓度吸入岩屑,流道的不对称设计提高了岩屑搅动效率。井底高浓度岩屑湍流在反向高速射流喷嘴4的抽吸作用下经岩屑吸入管10进入混合室9。在气体钻井中,井底岩屑搅拌与清洗流道11可以不装喷嘴,由于其喷出气流流速较低,且岩屑都从岩屑吸入管10上返,避免了高速气流使得近钻头处的井壁冲蚀垮塌、井眼偏离设计轨道、钻头冰包等问题。此部分为抽沙泵。
反向高速射流喷嘴4喷出高聚能射流,在混合室9产生负压卷吸岩屑,岩屑在混合室9和喉管3处被汇入高聚能射流,高聚能射流在解离加速管8解离带微裂缝的岩屑,实现解离破碎,相间及颗粒之间的碰撞、互磨产生的冲击压力和剪切力造成颗粒的破碎,并实现对岩屑的加速。高速岩屑高速冲击粉碎靶体7,利用瞬间冲击力、气楔粉碎岩屑。带微裂缝的细小岩屑在粉碎仓2经过多次反射碰撞进一步粉碎,其速度降下来后由旁通排入环空。此部分为射流磨。

Claims (6)

1.一种水平井安全高效气体钻井射流磨钻头,包括PDC钻头,PDC钻头刀翼,其特征在于在去除了PDC钻头保径部位的排屑槽,并在PDC钻头内部加装了射流粉碎装置和高浓度湍流抽砂装置,因此射流磨钻头主要包括:射流粉碎部,高浓度湍流抽砂部;
所述的射流粉碎部,包括反向高速射流喷嘴、混合室、喉管、岩屑解离加速管、粉碎靶体、粉碎仓及旁通;反向高速射流喷嘴入口与钻头的主流道连通,反向高速射流喷嘴的喷嘴出口位于混合室内,混合室与喉管对接连通,喉管与岩屑解离加速管对接连通,岩屑解离加速管出口与粉碎仓连通,粉碎仓内安有粉碎靶体正对着岩屑解离加速管出口,粉碎仓与旁通连通;
所述的高浓度湍流抽砂部,包括井底岩屑搅动与清洗流道、岩屑吸入管及钻头喷嘴;井底岩屑搅动与清洗流道入口与钻头的主流道连通,井底岩屑搅动与清洗流道出口与钻头端部的清洗流道连接;岩屑吸入管入口与钻头端部排屑槽的外端连接,岩屑吸入管出口与混合室连接。
2.根据权利要求1所述的水平井安全高效气体钻井射流磨钻头,其特征在于井底岩屑搅动与清洗流道由前一个流道分为后三个流道;前一个流道连通PDC钻头的主流道,为圆管;后三个流道为前端直径小后端直径大的圆管,直径大的一端连接钻头端部的清洗流道,且为不对称布置。
3.根据权利要求1所述的水平井安全高效气体钻井射流磨钻头,其特征在于岩屑吸入管为圆管,入口连接钻头端部排屑槽的外端,并向靠近切削齿一侧布置。
4.根据权利要求1所述的水平井安全高效气体钻井射流磨钻头,其特征在于岩屑解离加速管为圆管,其轴线与粉碎靶体的靶面呈135°夹角。
5.根据权利要求1所述的水平井安全高效气体钻井射流磨钻头,其特征在于粉碎仓的形状为四方体,其横截面为所述岩屑解离加速管截面的外接正方形。
6.根据权利要求1或5所述的水平井安全高效气体钻井射流磨钻头,其特征在于旁通为圆管,其横截面为所述粉碎仓横截面的外接圆。
CN201310654718.8A 2013-12-09 2013-12-09 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头 Active - Reinstated CN103628822B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310654718.8A CN103628822B (zh) 2013-12-09 2013-12-09 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310654718.8A CN103628822B (zh) 2013-12-09 2013-12-09 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103628822A CN103628822A (zh) 2014-03-12
CN103628822B true CN103628822B (zh) 2016-01-20

Family

ID=50210239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310654718.8A Active - Reinstated CN103628822B (zh) 2013-12-09 2013-12-09 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103628822B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103835659B (zh) * 2014-03-18 2016-09-07 西南石油大学 一种提高中心排屑效率的钻头
CN104373044A (zh) * 2014-11-03 2015-02-25 中国石油大学(北京) 一种水平井切向注入式旋流射流磨钻头
CN104612593B (zh) * 2014-12-03 2017-09-29 徐梓辰 一种射流式扭向减阻震荡器
CN104806173A (zh) * 2015-05-11 2015-07-29 中国石油大学(北京) 一种水平井斜交后混式射流磨钻头
CN104806184A (zh) * 2015-05-11 2015-07-29 中国石油大学(北京) 一种水平井钻井射流磨碎岩短节
CN106285492A (zh) * 2016-10-24 2017-01-04 中国石油大学(北京) 串联型脉冲增强式内磨钻头
CN106285493A (zh) * 2016-10-24 2017-01-04 中国石油大学(北京) 水平井自旋转脉冲内磨钻头
CN106285482A (zh) * 2016-10-24 2017-01-04 中国石油大学(北京) 自激振荡脉冲增强式内磨钻头

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3014544A (en) * 1959-07-22 1961-12-26 Chicago Pneumatic Tool Co Jet rock bit
US3853189A (en) * 1971-06-02 1974-12-10 Petroles Co Franc Des Crushing apparatus
RU2004108275A (ru) * 2004-03-22 2005-10-20 Роберт Шакурович Муфазалов (RU) Гидроакустическое устройство для бурения скважины
FR2889556A1 (fr) * 2005-08-04 2007-02-09 Gerard Arsonnet Dispositif de forage d'un puits suivant un axe de forage pour mesurer un parametre d'une partie d'un sol
CN201221317Y (zh) * 2008-05-13 2009-04-15 中国石油大学(北京) 一种pdc钻头
CN204040915U (zh) * 2013-12-09 2014-12-24 中国石油大学(北京) 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI20010699A0 (fi) * 2001-04-04 2001-04-04 Jorma Jaervelae Menetelmä poraukseen ja porauslaitteisto
US6899188B2 (en) * 2003-03-26 2005-05-31 Sunstone Corporation Down hole drilling assembly with concentric casing actuated jet pump

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3014544A (en) * 1959-07-22 1961-12-26 Chicago Pneumatic Tool Co Jet rock bit
US3853189A (en) * 1971-06-02 1974-12-10 Petroles Co Franc Des Crushing apparatus
RU2004108275A (ru) * 2004-03-22 2005-10-20 Роберт Шакурович Муфазалов (RU) Гидроакустическое устройство для бурения скважины
FR2889556A1 (fr) * 2005-08-04 2007-02-09 Gerard Arsonnet Dispositif de forage d'un puits suivant un axe de forage pour mesurer un parametre d'une partie d'un sol
CN201221317Y (zh) * 2008-05-13 2009-04-15 中国石油大学(北京) 一种pdc钻头
CN204040915U (zh) * 2013-12-09 2014-12-24 中国石油大学(北京) 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头

Also Published As

Publication number Publication date
CN103628822A (zh) 2014-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103628822B (zh) 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头
CN103790521B (zh) 水平井安全高效泥浆钻井射流磨钻头
CN104806173A (zh) 一种水平井斜交后混式射流磨钻头
CN201090139Y (zh) 压控钻割一体化钻头
CN104373044A (zh) 一种水平井切向注入式旋流射流磨钻头
CN106285482A (zh) 自激振荡脉冲增强式内磨钻头
CN200989162Y (zh) 水力脉冲空化射流钻井装置及钻头
CN201221317Y (zh) 一种pdc钻头
CN202157747U (zh) 直接泵钢颗粒浆的颗粒冲击钻井装置
CN106285493A (zh) 水平井自旋转脉冲内磨钻头
CN204040914U (zh) 水平井安全高效泥浆钻井射流磨钻头
CN103061712B (zh) 一种解除油气井近井地带污染的旋流酸洗方法
CN204040915U (zh) 水平井安全高效气体钻井射流磨钻头
CN106150495B (zh) 岩石深孔后混合磨料高压水射流切缝装置及方法
CN109611030B (zh) 排屑槽可变式射流钻头
CN106246114A (zh) 水平井脉冲内磨钻杆短节
CN204283228U (zh) 一种水平井切向注入式旋流射流磨钻头
CN204283227U (zh) 一种水平井固定导向叶轮式旋流射流磨钻头
Zhu et al. Pressure drawdown mechanism and design principle of jet pump bit
CN204663403U (zh) 一种水平井斜交后混式射流磨钻头
CN206111093U (zh) 中心旋喷脉冲内磨钻头
CN104373046A (zh) 一种水平井固定导向叶轮式旋流射流磨钻头
CN206205787U (zh) 自激振荡脉冲增强式内磨钻头
CN105328574A (zh) 高压旋转磨料射流钻扩孔装置
CN204663436U (zh) 一种水平井钻井射流磨碎岩短节

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160120

Termination date: 20211209

RR01 Reinstatement of patent right
RR01 Reinstatement of patent right

Former decision: Termination of patent rights for unpaid annual fees

Former decision publication date: 20221118