CN104481412A - 钻井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻井装置，它包括本体、设置在本体一个端部的钻头胎体、设置在钻头胎体上的切削齿，本体具有用于输入钻井液的钻井液流道，本体上还设置有与钻井液流道相隔离并用于导入固井液的固井液流道，在本体的侧壁上还设有与固井液流道相连通的出口。本体具有一轴线方向，固井液流道具有沿本体轴线方向延伸的第一流道，钻头胎体上开设有与固井液流道相连通的钻头水眼，第一流道的直径小于钻井液流道的直径。本发明通过喷射固井液可以有效封堵裂缝发育地层的缝隙，防止漏失；增强易坍塌、不稳定地层段的稳定性，加固井壁，防止井壁坍塌；钻进完成后，还可以注入解堵剂，恢复井壁的渗透性。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气勘探开发领域，尤其涉及一种钻井装置。
背景技术
在钻井过程中，往往需要考虑到钻井液的安全密度窗口。钻井液的安全密度窗口为钻井液的密度范围。当钻井液的密度超出钻井液的安全密度窗口时，往往会产生井漏现象；当钻井液的密度低于钻井液的安全密度窗口时，往往会产生井壁坍塌掉块现象。对于一些地质情况较为复杂的地区，尤其是深部地层多为碳酸盐岩地层，缝洞较为发育的地区，钻井液的安全密度窗口较窄。
为了扩大钻井液的安全密度窗口，目前可以采用井壁加固技术。常规井壁加固技术通常是用常规钻井液体系钻穿易发生复杂问题的井段，然后泵注封堵剂、水泥浆或者特制的堵漏液等加固材料对井段进行加固，提高已钻地层的安全密度窗口，来保证下部地层的安全钻进。
但是经过多次实践试验证明，采用现有技术中的井壁加固技术，仍然存在井壁坍塌或井漏的问题。
发明内容
现有的井壁加固技术只能在钻穿复杂井段后来实行，其无法随着钻进过程实时进行。因而在钻井过程中或者钻井完毕前的这段时间内，就有可能发生井壁坍塌或者井漏等事故。
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种钻井装置，其可以对井壁进行及时加固。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种钻井装置，其特征在于，它包括本体、设置在所述本体一个端部的钻头胎体、设置在所述钻头胎体上的切削齿，所述本体具有用于输入钻井液的钻井液流道，所述本体上还设置有与所述钻井液流道相隔离并用于导入固井液的固井液流道，在所述本体的侧壁上还设有与所述固井液流道相连通的出口。
优选地，所述固井液流道上还设置有容纳固井液的腔室，所述腔室与所述出口相连通。
优选地，所述本体具有一轴线方向，所述固井液流道具有沿所述本体轴线方向延伸的第一流道，所述钻头胎体上开设有与所述固井液流道相连通的钻头水眼，所述第一流道的直径小于所述钻井液流道的直径。
优选地，所述固井液流道还包括与所述第一流道相连通的第二流道，所述第一流道与所述第二流道呈一不为0°或180°的夹角。
优选地，所述固井液流道还包括与所述第二流道相连通的腔室，所述第二流道自第一流道向腔室逐渐变大。
优选地，所述腔室呈环形，所述出口为多个，所述多个出口沿所述本体的周向排布。
优选地，所述出口位于所述腔室所处的径向平面内。
优选地，所述出口设置有由弹性材料制成的喷嘴。
优选地，所述钻井液流道和所述固井液流道的开口位于所述本体远离钻头胎体的一端。
优选地，所述喷嘴为压力式喷嘴，所述喷嘴与所述本体之间设置有弹性材料，所述喷嘴远离所述本体的一端具有倒角部。
本发明采用上述结构，具有以下优点：
本发明通过喷射固井液可以有效封堵裂缝发育地层的缝隙，防止漏失；增强易坍塌、不稳定地层段的稳定性，加固井壁，防止井壁坍塌；钻进完成后，还可以注入解堵剂，恢复井壁的渗透性。
通过本发明可以实现在钻进过程中实时喷射固井液，从而可以对井壁进行及时加固，有效解决了常规井壁加固技术只能在钻穿复杂井段后加固井壁，对在钻穿复杂井段过程中的井漏和井壁坍塌等复杂问题无能为力的现状。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1示出了本申请中钻井装置的结构示意图。
图2示出了图1中A-A向的截面结构示意图。
图3示出了图1中B-B向的截面结构示意图。
以上附图的附图标记：1、钻井液流道；2、螺纹接头；3、本体；4、腔室；5、喷嘴；6、保径；7、钻头胎体；8、切削齿；9、固井液流道。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
参照图1至3之一所示，本发明公开了一种钻井装置，它包括本体3、设置在所述本体3一个端部的钻头胎体7、设置在所述钻头胎体7上的切削齿8，所述本体3具有用于输入钻井液的钻井液流道1，所述本体3上还设置有与所述钻井液流道1相隔离并用于导入固井液的固井液流道9，在所述本体3的侧壁上还设有与所述固井液流道9相连通的出口。
参照图1所示，本体3大体上呈自上而下逐渐变大的圆筒状，其具有沿其自身轴线延伸的两端，在图1中，本体3的轴线平行于纸面的长度方向，本体3具有上端以及下端。本体3的上端可以设置有螺纹接头2，以实现与其他机构的连接。钻头胎体7设置在本体3的下端。钻头胎体7可以绕轴线相对本体3转动，从而带动切削齿8对井壁进行切削。在本体3与钻头胎体7之间可以设置有保径6，以限制钻头胎体7在运动过程中的位移。
参照图1和图3所示，本体3上设有钻井液流道1，钻井液流道1的上端可以开口以输入钻井液，钻井液流道1的下端可以与开设在钻头胎体7上的钻头水眼相连通。钻头水眼可以在钻井过程中通过钻井液对切削齿8进行冲洗。钻井液可以为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。切削齿8镶嵌在钻头胎体7上，以对井壁进行切削。
参照图1和图3所示，本体3上还设置有能导入固井液的固井液流道9。固井液流道9与钻井液流道1相隔离，以保证固井液和钻井液不会混合。固井液流道9的上端可以开口以便于导入固井液。固井液流道9的下端可以与设置在本体3侧壁上的出口相连通，以使得固井液自出口导出。自出口流出的固井液在井壁上形成封堵层。固井液可以采用诸如中国专利201410043437.3中的井壁加固材料等，本发明的保护范围并不局限于固井液的类型或组成。
本发明中的钻井装置在钻井过程中可以随钻向井壁喷射加固材料，从而形成封堵层堵住井眼周围裂缝；使不稳定的井眼围岩胶结在一起，增强了井壁的稳定性，防止复杂井段钻进过程中的井漏和井塌等复杂问题。
参照图1和图2所示，在一个优选的实施方式中，固井液流道9上还设置有容纳固井液的腔室4，所述腔室4与所述出口相连通。出口可以位于所述腔室4所处的径向平面内。腔室4可以对自固井液流道9进入的固井液进行缓冲和积蓄，以对固井液的喷出压力和流量进行控制。更优选地，腔室4可以呈绕本体3的轴线圆周方向中心对称的环形。在该环形的圆周方向上可以设置有多个出口，多个出口可以沿所述本体3的周向均匀排布，以同时对井壁的内壁进行固井密封。优选地，在本实施方式中，出口为六个。
参照图1和图2所示，在一个优选的实施方式中，出口可以设置有喷嘴5。每个喷嘴5可以沿本体3的径向延伸。喷嘴5可以由弹性材料制成，弹性材料可以由橡胶和钢质弹簧复合而成。喷嘴5还可以具有倒角部，以避免因喷嘴5刮蹭破坏井壁或者导致钻具遇阻等情况，使其在钻进和起下钻过程中能够顺利通过井眼。喷嘴5可以为压力式喷嘴，即将喷嘴5设计成根据固井液液柱压力控制其开合诸如压力阀的结构。当不需要注入固井液加固时，只需降低其压力，即可保证喷嘴5的闭合，此时不进行注入固井液加固操作。在工作时，钻井液通过钻井液流道1进入钻头水眼，维持正常的钻进需求。钻至复杂地层段需要注入固井液加固井壁时，注入固井液，固井液通过固井液流道9进入固井液腔，并输送至所有喷嘴5，对固井液管柱进行加压，使喷嘴5打开，向井壁喷射固井液。
参照图1所示，在一个优选的实施方式中，固井液流道9具有沿所述本体3轴线方向延伸的第一流道，所述钻头胎体7上开设有与所述固井液流道9相连通的钻头水眼，所述第一流道的直径小于所述钻井液流道1的直径。固井液流道9还包括与所述第一流道相连通的第二流道，所述第一流道与所述第二流道呈一不为0°或180°的夹角。所述固井液流道9还包括与所述第二流道相连通的腔室4，所述第二流道自第一流道向腔室4逐渐变大。在压力作用下，固井液可以自第一流道快速进入固井液流道9中。当固井液流至第一流道与第二流道的交界处时，固井液在第一流道与第二流道的拐角处产生方向的转变，从而降低了固井液的速度。固井液可以通过第二流道进入腔室4中，并积聚在腔室4中，向外排出。钻井液要求高压大排量，固井液为高压小排量，钻井液流道1直径大于固井液流道9的直径，在本实施方式中钻井液流道1直径为固井液流道9的直径的2倍。
本发明采用上述结构，具有以下优点：
本发明通过喷射固井液可以有效封堵裂缝发育地层的缝隙，防止漏失；增强易坍塌、不稳定地层段的稳定性，加固井壁，防止井壁坍塌；钻进完成后，还可以注入解堵剂，恢复井壁的渗透性。
通过本发明可以实现在钻进过程中实时喷射固井液，从而可以对井壁进行及时加固，有效解决了常规井壁加固技术只能在钻穿复杂井段后加固井壁，对在钻穿复杂井段过程中的井漏和井壁坍塌等复杂问题无能为力的现状。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钻井装置，其特征在于，它包括本体、设置在所述本体一个端部的钻头胎体、设置在所述钻头胎体上的切削齿，所述本体具有用于输入钻井液的钻井液流道，所述本体上还设置有与所述钻井液流道相隔离并用于导入固井液的固井液流道，在所述本体的侧壁上还设有与所述固井液流道相连通的出口。
2.根据权利要求1所述的钻井装置，其特征在于：所述固井液流道上还设置有容纳固井液的腔室，所述腔室与所述出口相连通。
3.根据权利要求1所述的钻井装置，其特征在于：所述本体具有一轴线方向，所述固井液流道具有沿所述本体轴线方向延伸的第一流道，所述钻头胎体上开设有与所述固井液流道相连通的钻头水眼，所述第一流道的直径小于所述钻井液流道的直径。
4.根据权利要求3所述的钻井装置，其特征在于：所述固井液流道还包括与所述第一流道相连通的第二流道，所述第一流道与所述第二流道呈一不为0°或180°的夹角。
5.根据权利要求4所述的钻井装置，其特征在于：所述固井液流道还包括与所述第二流道相连通的腔室，所述第二流道自第一流道向腔室逐渐变大。
6.根据权利要求2或5所述的钻井装置，其特征在于：所述腔室呈环形，所述出口为多个，所述多个出口沿所述本体的周向排布。
7.根据权利要求6所述的钻井装置，其特征在于：所述出口位于所述腔室所处的径向平面内。
8.根据权利要求1所述的钻井装置，其特征在于：所述出口设置有由弹性材料制成的喷嘴。
9.根据权利要求1所述的钻井装置，其特征在于：所述钻井液流道和所述固井液流道的开口位于所述本体远离钻头胎体的一端。
10.根据权利要求1所述的钻井装置，其特征在于：所述喷嘴为压力式喷嘴，所述喷嘴与所述本体之间设置有弹性材料，所述喷嘴远离所述本体的一端具有倒角部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |