CN103835649B - 一种强化井壁的钻井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油和天然气钻井设备技术领域，涉及一种强化井壁的钻井装置，本体轴向设有钻进液通道，本体中部同一周向上均匀设置有侧向水力通道，每个侧向水力通道均与钻井液通道联通，侧向水力通道为具有两道台阶的通孔；每个侧向水力通道的中间安装制有一个活塞，每个活塞沿轴线均开制有活塞通孔，活塞通孔安装制有喷嘴；活塞的一侧外壁安装制有巴掌，另一侧外壁沿周向设有密封槽；巴掌中部开制有射流通道，射流通道与喷嘴的结构相对应；巴掌的两侧通过弹簧与挡块连；挡块通过螺栓固定安装在本体上；本体上下端部均设置有螺纹；其结构简单，操作方便，成本低，工作效率高，能适应不同的井眼直径，提高井壁力学性能，环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于石油和天然气钻井设备技术领域，涉及一种加强井壁性能的钻井工具，特别是一种强化井壁的钻井装置。
背景技术：
在钻井过程中，为保障井壁稳定、确保定安全钻进，需要依靠钻井液液柱压力来平衡地层压力，但是在长裸眼的井段钻进过程中，常常会钻遇多套压力体系的地层，如果地层的力学性能较差，就会使得钻井液安全密度窗口变窄，钻井液压力与地层压力之间难以达到平衡，两者压力差超过地层的耐压能力易造成井下事故的发生，比如液柱压力相比地层压力过低时，容易发生井壁坍塌、卡钻；液柱压力相比地层压力过高时，容易引发钻井液大量漏失，污染油气储层。对于上述问题，在钻井液配方合理的情况下，目前常用的处理方式是：当压力异常较小时，采取强钻的措施继续钻进；当压力异常较大时，采取停钻下套管封隔异常压力地层，然而强钻容易伤害储层，下套管的方式虽然安全但是延长钻井周期，加大钻井施工投入。因此，从提高井壁力学性能从而扩大钻井液安全密度窗口的角度出发，寻求设计一种强化井壁的钻井工具，通过作用于井壁的射流作用和机械压实作用，将井壁岩层压实；同时射流作用将钻井液中固相颗粒迅速地射入地层裂缝，形成应力笼效应，改善井壁地层的力学性能，从而提高整个井壁的耐压能力，达到强化井壁的作用。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的层钻井过程中井壁失稳、漏失的缺点，寻求设计提供一种强化井壁的钻井装置，钻井过程中钻井液通过该装置时，钻井液液压会推动该装置的巴掌伸出并压实井壁，同时钻井液会通过侧向喷嘴形成侧向射流，在井壁上形成一层致密的人造井壁层，两者的联合作用提高井壁强度。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括挡块、弹簧、巴掌、喷嘴、活塞、密封、螺栓、本体、钻井液通道、侧向水力通道、活塞通孔、射流通道和螺纹；钢质结构的本体轴向设有钻井液通道，本体中部同一周向上均匀设置有2-4个侧向水力通道，每个侧向水力通道均与钻井液通道联通，侧向水力通道为具有两道台阶的通孔，用于安装水力工具；每个侧向水力通道的中间安装制有一个活塞，每个活塞沿轴线均开制有活塞通孔，活塞通孔安装制有喷嘴；活塞的一侧外壁安装制有巴掌，另一侧外壁沿周向设有密封槽，密封槽内置有采用软硬组合密封方式密封的橡胶；巴掌的厚度根据喷嘴的结构确定；巴掌中部开制有射流通道，射流通道与喷嘴的结构相对应；巴掌的两侧通过弹簧与挡块连接，限制巴掌被活塞推出的距离；挡块通过螺栓固定安装在本体上；本体上下端部均设置有与外部井下钻具连接的螺纹。
本发明在钻井循环过程中，一部分钻井液进入侧向水力通道从喷嘴喷出，形成冲击井壁的侧向射流，侧向射流在冲击井壁的过程中将钻井液通道中的钻井液在井壁形成坚韧致密的泥饼，同时侧向射流对井壁有压实加强作用，从而提高井壁强度；同时，侧向射流喷射过程中，喷嘴的入口和出口会产生压差，在该压差作用下，活塞向外推出，并将巴掌推出，压缩连接巴掌与挡块的弹簧；推出的巴掌紧靠井壁，进一步将井壁泥饼压实，提高井壁强度；巴掌能够根据井眼直径的变化推出和缩回，并一直紧靠井壁，使射流对井壁作用的喷距始终处于最优喷距，提高工作效率；当停止钻井时，被压缩的弹簧将逐渐复原，使推出的巴掌回归原位。
本发明与现有技术现比，其结构简单，操作方便，成本低，工作效率高，能适应不同的井眼直径，提高井壁力学性能，环境友好。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明图1中所示的I部位局部结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
实施例：
本实施例的主体结构包括挡块1、弹簧2、巴掌3、喷嘴4、活塞5、密封6、螺栓7、本体8、钻井液通道9、侧向水力通道10、活塞通孔11、射流通道12和螺纹13；钢质结构的本体8轴向设有钻井液通道9，本体8中部同一周向上均匀设置有2-4个侧向水力通道10，每个侧向水力通道10均与钻井液通道9联通，侧向水力通道10为具有两道台阶的通孔，用于安装水力工具；每个侧向水力通道10的中间均安装制有一个活塞5，每个活塞5沿轴线均开制有活塞通孔11，活塞通孔11安装制有喷嘴4；活塞5的一侧外壁安装制有巴掌3，另一侧外壁沿周向设有密封槽6，密封槽6内置有橡胶，橡胶采用软橡胶和硬橡胶组合密封的方式密封在密封槽6内；巴掌3的厚度根据喷嘴4的结构确定；巴掌3中部开制有射流通道12，射流通道12与喷嘴4的结构相对应；巴掌3的两侧通过弹簧2与挡块1连接，限制巴掌3被活塞5推出的距离；挡块3通过螺栓7固定安装在本体8上；本体8上下端部均设置有与外部井下钻具连接的螺纹13。
本实施例在钻井循环过程中，一部分钻井液进入侧向水力通道10从喷嘴4喷出，形成冲击井壁的侧向射流，侧向射流在冲击井壁的过程中将钻井液通道9中的钻井液在井壁形成坚韧致密的泥饼，同时侧向射流对井壁有压实加强作用，从而提高井壁强度；同时，侧向射流喷射过程中，喷嘴4的入口和出口会产生压差，在该压差作用下，活塞5向外推出，并将巴掌3推出，压缩连接巴掌3与挡块1的弹簧2；推出的巴掌3紧靠井壁，进一步将井壁泥饼压实，提高井壁强度；巴掌3能够根据井眼直径的变化推出和缩回，并一直紧靠井壁，使射流对井壁作用的喷距始终处于最优喷距，提高工作效率；当停止钻井时，被压缩的弹簧3将逐渐复原，使推出的巴掌3回归原位。
Claims (1)
1.一种强化井壁的钻井装置，其特征在于主体结构包括挡块、弹簧、巴掌、喷嘴、活塞、密封、螺栓、本体、钻井液通道、侧向水力通道、活塞通孔、射流通道和螺纹；钢质结构的本体轴向设有钻井液通道，本体中部同一周向上均匀设置有2-4个侧向水力通道，每个侧向水力通道均与钻井液通道联通，侧向水力通道为具有两道台阶的通孔，用于安装水力工具；每个侧向水力通道的中间安装制有一个活塞，每个活塞沿轴线均开制有活塞通孔，活塞通孔安装制有喷嘴；活塞的一侧外壁安装制有巴掌，另一侧外壁沿周向设有密封槽，密封槽内置有采用软硬组合密封方式密封的橡胶；巴掌的厚度根据喷嘴的结构确定；巴掌中部开制有射流通道，射流通道与喷嘴的结构相对应；巴掌的两侧通过弹簧与挡块连接，限制巴掌被活塞推出的距离；挡块通过螺栓固定安装在本体上；本体上下端部均设置有与外部井下钻具连接的螺纹；在钻井循环过程中，一部分钻井液进入侧向水力通道从喷嘴喷出，形成冲击井壁的侧向射流，侧向射流在冲击井壁的过程中将钻井液通道中的钻井液在井壁形成坚韧致密的泥饼，同时侧向射流对井壁有压实加强作用，从而提高井壁强度；同时，侧向射流喷射过程中，喷嘴的入口和出口会产生压差，在该压差作用下，活塞向外推出，并将巴掌推出，压缩连接巴掌与挡块的弹簧；推出的巴掌紧靠井壁，进一步将井壁泥饼压实，提高井壁强度；巴掌能够根据井眼直径的变化推出和缩回，并一直紧靠井壁；当停止钻井时，被压缩的弹簧将逐渐复原，使推出的巴掌回归原位。
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