CN110644927A - 具有钻井液切换功能的双通道钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有钻井液切换功能的双通道钻头，包括相连的钻头体和双通道接头，双通道接头包括接头外管、接头内管、位于接头内管内腔的滑阀组件，接头内管与接头外管之间为环形通道，接头内管设有与环形通道连通的内管过流孔；滑阀组件包括芯管和滑动密封设置于接头内管与芯管之间的滑阀，滑阀将接头内管内腔分隔为内管上腔和内管下腔，芯管顶部封闭、底部敞口，芯管上部管壁置有芯管上部过流孔，下部管壁设有芯管下部过流孔；利用本发明的双通道钻头钻井时，在高、低温钻井液压差作用下，芯管上部过流孔与内管上腔之间、芯管下部过流孔与内管下腔之间周期性地接通或者断开，自动切换交替使用高、低温钻井液，实现了变温钻井、高效破岩。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探用具技术领域，尤其涉及一种具有钻井液切换功能的双通道钻头。
背景技术
岩石可钻性是岩石抵抗钻头破坏的能力，其由岩石自身的物理力学性质和钻头破岩能力两方面决定。目前，针对高可钻性地层的钻井提速方法多集中于提高钻井工具的破岩能力这一途径，被动适应所钻地层的岩石可钻性，提速效果不佳。岩石作为一种非均质、不连续、各向异性的地质材料，温度对其物理力学性质和变形特征有着显著的影响。利用温度效应，改变岩石原有物理力学性质，可主动降低岩石可钻性，进而在现有钻井条件下实现高效破岩。
变温钻井技术是通过向井底交替注入高、低温钻井液，使井底岩石在温度效应下改变原有物理力学性质，可钻性降低，进而提高钻井效率。钻头作为最直接的破岩工具，其是实现井下变温钻井的关键工具之一，因此对本领域技术人员来说，亟待开发一种具有高、低温钻井液切换功能的钻头。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有钻井液切换功能的双通道钻头，变温钻井过程中，自动切换交替使用高、低温钻井液，实现变温钻井、高效破岩目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：具有钻井液切换功能的双通道钻头，包括钻头体，所述钻头体连接有双通道接头，所述双通道接头包括：
接头外管，所述接头外管的下端与所述钻头体固定连接；
接头内管，设置于所述接头外管的内腔，所述接头内管与所述接头外管之间为环形通道，所述接头内管的管壁设置有与所述环形通道连通的内管过流孔；
滑阀组件，设置于所述接头内管的内腔，包括滑阀和芯管，所述芯管位于所述接头内管的内腔中心，所述滑阀滑动密封设置于所述接头内管与所述芯管之间的环形空间，所述滑阀将所述接头内管的内腔分隔为内管上腔和内管下腔，所述芯管的顶部封闭，所述芯管的底部敞口，所述芯管的上部管壁设置有芯管上部过流孔，所述芯管的下部管壁设置有芯管下部过流孔；
钻井时，所述芯管上部过流孔与所述内管上腔周期性地接通或者断开，所述芯管下部过流孔与所述内管下腔周期性地接通或者断开。
其中，所述滑阀的内腔上端设置有扩径的内台阶段，所述滑阀的下端外周设置有缩径的外台阶段。
其中，所述接头内管的内腔设置有滑阀缓冲件。
其中，所述滑阀缓冲件包括上缓冲弹簧和下缓冲弹簧，所述上缓冲弹簧设置于所述内管上腔，抵于所述滑阀的上端；所述下缓冲弹簧设置于所述内管下腔，用于与所述滑阀的下端相抵。
其中，所述芯管的顶部呈向上拱的球顶状。
其中，所述芯管上部过流孔沿所述芯管的周向设置有多个，所述芯管下部过流孔沿所述芯管的周向设置有多个。
其中，所述芯管上部过流孔、所述芯管下部过流孔皆为径向孔。
其中，所述内管过流孔沿所述接头内管的周向设置有多个。
其中，所述内管过流孔为径向孔。
其中，所述钻头体设置有钻头体内腔，和与所述钻头体内腔连通的喷嘴。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果如下：
由于本发明的具有钻井液切换功能的双通道钻头，包括钻头体和双通道接头，双通道接头包括接头外管、设置于接头外管内腔的接头内管、设置于接头内管内腔的滑阀组件，滑阀组件包括位于接头内管内腔中心的芯管和滑动密封设置于接头内管与芯管之间的环形空间的滑阀；变温钻井时，高、低温钻井液由上部钻具输送给双通道钻头，低温钻井液进入接头外管与接头内管之间的环形通道，高温钻井液进入接头内管，当滑阀位于下部时，芯管下部过流孔关闭，芯管上部过流孔打开，高温钻井液由内管上腔经芯管上部过流孔进入芯管，之后到达钻头体由钻头体喷出到达井底，实现高温钻井液钻井；由于内管下腔封闭，其内部的低温钻井液压力逐渐升高，当滑阀下部压力大于滑阀上部压力时，滑阀上行将芯管上部过流孔关闭，同时打开芯管下部过流孔，低温钻井液由内管下腔进入芯管，之后到达钻头体由钻头体喷出到达井底，转变为低温钻井液钻井；由于内管上腔封闭，其内部的高温钻井液压力逐渐升高，当滑阀上部压力大于滑阀下部压力时，滑阀下行再次将芯管下部过流孔关闭，同时打开芯管上部过流孔，高温钻井液重新进入芯管，再次转变为高温钻井液钻井。如此反复，在高、低温钻井液压差作用下，自动切换高、低温钻井液，实现高、低温钻井液切换，交替使用高、低温钻井液钻井，实现了变温钻井、高效破岩目的。
附图说明
图1是本发明实施例具有钻井液切换功能的双通道钻头结构剖视示意图；
图2是图1中的滑阀结构示意图；
图3是图1处于高温钻井液钻井状态示意图；
图4是由图3的高温钻井液钻井向低温钻井液钻井切换过程示意图；
图5是由图3切换为低温钻井液钻井状态示意图；
图中：10-钻头体；101-钻头体内腔；102-喷嘴；20-双通道接头；21-接头外管；22-接头内管；221-内管过流孔；23-滑阀；231-内台阶段；232-外台阶段；24-芯管；241-芯管上部过流孔；242-芯管下部过流孔；25-上缓冲弹簧；26-下缓冲弹簧；A-高温钻井液；B-低温钻井液；C1-环形通道；C2-内管上腔；C3-内管下腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的非限制性说明。
本文描述中，需要说明的是，“上”、“下”、“底”、“顶”等指示方位或位置关系的术语，是基于附图为了便于描述的需要，而不是指示或暗示所指的构件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的具有钻井液切换功能的双通道钻头，包括钻头体10和与钻头体10固定连接的双通道接头20。
其中，钻头体10设置有钻头体内腔101和与钻头体内腔101连通的喷嘴102。
其中，双通道接头20包括：接头外管21、设置于接头外管21内腔的接头内管22、设置于接头内管22内腔的滑阀组件。接头外管21的下端与钻头体10固定连接。接头内管22与接头外管21在底部固定，接头内管22与接头外管21之间为环形通道C1，在接头内管22的管壁设置有与环形通道C1连通的内管过流孔221。滑阀组件包括滑阀23和芯管24，其中，芯管24位于接头内管22的内腔中心并且与接头外管21在底部固定；滑阀23滑动密封设置于接头内管22与芯管24之间的环形空间，滑阀23将接头内管22的内腔分隔为互不相通的内管上腔C2和内管下腔C3；其中，芯管24的顶部封闭，芯管24的底部敞口，与钻头体内腔101相通，在芯管24的上部管壁设置有芯管上部过流孔241，在芯管24的下部管壁设置有芯管下部过流孔242；变温钻井时，在高、低温钻井液压差作用下，使芯管上部过流孔241与内管上腔C2周期性地接通或者断开，芯管下部过流孔242与内管下腔C3周期性地接通或者断开。
如图2所示，其中，在滑阀23的内腔上端设置有扩径的内台阶段231，便于钻井液将芯管上部过流孔241与内管上腔C2接通；在滑阀23的下端外周设置有缩径的外台阶段232，便于钻井液将内管过流孔221与内管下腔C3接通。
如图1所示，其中，在接头内管22的内腔设置有滑阀缓冲件，滑阀23上行或下行过程中，可以缓冲钻井液对滑阀23的冲击，使滑阀23滑动运行更平稳顺畅。具体地，本实施例中，滑阀缓冲件包括上缓冲弹簧25和下缓冲弹簧26，上缓冲弹簧25设置于内管上腔C2，抵于滑阀23的上端，用于滑阀23上行时缓冲；下缓冲弹簧26设置于内管下腔C3，用于滑阀23下行时与滑阀23的下端相抵，缓冲冲击。
如图1所示，其中，芯管24的顶部优化设计呈向上拱的球顶状，利于内管上腔C2的钻井液沿球顶顺畅分流，通过滑阀23的内台阶段231，接通芯管上部过流孔241。
如图1所示，其中，优化设计是：芯管上部过流孔241沿芯管24的周向均布有多个，芯管下部过流孔242沿芯管24的周向均布有多个，内管过流孔221沿接头内管22的周向均布有多个，进一步地，各过流孔皆为径向孔。
本发明实施例的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其高、低温钻井液切换过程如下：
如图1和图3所示，变温钻井时，高、低温钻井液由上部钻具输送给双通道钻头，低温钻井液B进入接头外管21与接头内管22之间的环形通道C1，高温钻井液A进入接头内管22，当滑阀23位于下部时，芯管下部过流孔242关闭，芯管上部过流孔241打开，高温钻井液A由内管上腔C2经芯管上部过流孔241进入芯管24的内腔，下行到达钻头体10由喷嘴102喷出到达井底，实现高温钻井液钻井。如图4所示，由于内管下腔C3封闭，其内部的低温钻井液B压力逐渐升高，当滑阀下部压力大于滑阀上部压力时，滑阀23上行将芯管上部过流孔241关闭，高温钻井液通道断开，同时打开芯管下部过流孔242。如图5所示，低温钻井液B由内管下腔C3经芯管下部过流孔242进入芯管24的内腔，下行到达钻头体10由喷嘴102喷出到达井底，转变为低温钻井液钻井。由于内管上腔C2封闭，其内部的高温钻井液压力逐渐升高，当滑阀上部压力大于滑阀下部压力时，滑阀23下行再次将芯管下部过流孔242关闭，低温钻井液通道断开，同时打开芯管上部过流孔241，高温钻井液A重新进入芯管24的内腔，转变为图3所示的高温钻井液钻井状态。如此反复，在高、低温钻井液压差作用下，自动切换、交替使用高温钻井液A、低温钻井液B，实现了变温钻井，提高了破岩效率；并且钻头结构简单，高、低温钻井液的切换可靠，易于实现。
通过滑阀23的滑动实现高温钻井液A与低温钻井液B的自动切换，具体切换时间的长短，可以通过设计芯管上部过流孔241与芯管下部过流孔242之间的距离来调整，距离越短，切换时间越短；距离越长，切换时间越长。
以上是以高温钻井液A走接头内管22、低温钻井液B走环形通道C1为例，介绍高、低温钻井液的自动切换；显然，高、低温钻井液的流道可以互换，即高温钻井液A走环形通道C1，低温钻井液B走接头内管22，在此不做限制。
以上是以竖向钻井为例介绍了本发明的具有钻井液切换功能的双通道钻头切换高、低温钻井液过程。显然，本发明不局限应用于竖向钻井，也可用于径向井、斜井的钻井。
本发明的具有钻井液切换功能的双通道钻头，变温钻井过程中，在高、低温钻井液压差作用下，自动切换、交替使用高、低温钻井液，实现了变温钻井、高效破岩目的，其为变温钻井提供了一种简单、有效的井底变温工具，有助于变温钻井技术的推广应用。
Claims (10)
1.具有钻井液切换功能的双通道钻头，包括钻头体，其特征在于，所述钻头体连接有双通道接头，所述双通道接头包括：
接头外管，所述接头外管的下端与所述钻头体固定连接；
接头内管，设置于所述接头外管的内腔，所述接头内管与所述接头外管之间为环形通道，所述接头内管的管壁设置有与所述环形通道连通的内管过流孔；
滑阀组件，设置于所述接头内管的内腔，包括滑阀和芯管，所述芯管位于所述接头内管的内腔中心，所述滑阀滑动密封设置于所述接头内管与所述芯管之间的环形空间，所述滑阀将所述接头内管的内腔分隔为内管上腔和内管下腔，所述芯管的顶部封闭，所述芯管的底部敞口，所述芯管的上部管壁设置有芯管上部过流孔，所述芯管的下部管壁设置有芯管下部过流孔；
钻井时，所述芯管上部过流孔与所述内管上腔周期性地接通或者断开，所述芯管下部过流孔与所述内管下腔周期性地接通或者断开。
2.如权利要求1所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述滑阀的内腔上端设置有扩径的内台阶段，所述滑阀的下端外周设置有缩径的外台阶段。
3.如权利要求1所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述接头内管的内腔设置有滑阀缓冲件。
4.如权利要求3所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述滑阀缓冲件包括上缓冲弹簧和下缓冲弹簧，所述上缓冲弹簧设置于所述内管上腔，抵于所述滑阀的上端；所述下缓冲弹簧设置于所述内管下腔，用于与所述滑阀的下端相抵。
5.如权利要求1所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述芯管的顶部呈向上拱的球顶状。
6.如权利要求1所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述芯管上部过流孔沿所述芯管的周向设置有多个，所述芯管下部过流孔沿所述芯管的周向设置有多个。
7.如权利要求6所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述芯管上部过流孔、所述芯管下部过流孔皆为径向孔。
8.如权利要求1所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述内管过流孔沿所述接头内管的周向设置有多个。
9.如权利要求8所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述内管过流孔为径向孔。
10.如权利要求1所述的具有钻井液切换功能的双通道钻头，其特征在于，所述钻头体设置有钻头体内腔，和与所述钻头体内腔连通的喷嘴。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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