CN110735613A - 一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置及方法，包括底盘，底盘上设置有柔性吊杆卷筒及钻塔，柔性吊杆卷筒上缠绕有柔性吊杆，柔性吊杆的自由端通过设置在钻塔顶部的天轮连接至吊具体，吊具体的下部连接有摇摆振动器，摇摆振动器的下部连接有高压旋喷器，高压旋喷器的下部连接有钻头；底盘上还设置有卷扬机，卷扬机上缠绕有牵引绳，牵引绳的自由端通过天轮连接至吊具体。本发明有效的提高地层护壁效果，减少钻井泥浆使用量或直接使用润滑液大大的降低污染，同时免去套管护壁的费时、费料工序，大幅度的提高钻井速度，降低钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻探、工程钻探、地质钻探领域，具体涉及一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置及方法。
背景技术
石油、地质、工程钻探在复杂地层中的护壁问题，一直是工程技术人员研究的重点,在勘探、打井和打桩的成孔中，井壁是否稳定直接影响到钻探工程的进度、成本及经济效益。目前钻探的护壁方法主要有泥浆护壁法、套管法和灌注水泥法三种，泥浆护壁法在遇到复杂地层，特别是流沙、破碎易坍塌地层，井眼垮塌严重的超径孔段和缩径孔段，护壁效果下降非常明显，套管法和灌注水泥法的施工过程复杂、时间长成本高，受钻孔口径等条件的约束，而且深部复杂地层扩孔更易引发孔内事故。因此，对于工程钻探解决复杂地层的护壁难题，必须开发一套经济合理、技术可行的新方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置及方法，以克服现有技术的缺陷，本发明针对复杂地层的工程钻探问题，利用摇摆振动压力旋喷护壁技术有效的提高地层护壁效果，减少钻井泥浆使用量或直接使用润滑液大大的降低污染，同时免去套管护壁的费时、费料工序，大幅度的提高钻井速度，降低钻井成本。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，包括底盘，底盘上设置有柔性吊杆卷筒及钻塔，柔性吊杆卷筒上缠绕有柔性吊杆，柔性吊杆的自由端通过设置在钻塔顶部的天轮连接至吊具体，吊具体的下部连接有摇摆振动器，摇摆振动器的下部连接有高压旋喷器，高压旋喷器的下部连接有钻头；底盘上还设置有卷扬机，卷扬机上缠绕有牵引绳，牵引绳的自由端通过天轮连接至吊具体；
所述柔性吊杆包括若干首尾相连的矩形管节，矩形管节中穿插设置有水管、气管及电缆，水管的一端连接高压泵，另一端连接至高压旋喷器，且水管中通入胶质物；气管的一端连接气泵，另一端连接至高压旋喷器；电缆的一端接电，另一端连接至摇摆振动器中的第一驱动电机。
进一步地，底盘上设置有对连接在吊具体上的柔性吊杆和牵引绳进行限位的限位槽。
进一步地，卷扬机通过减速机连接至第二驱动电机。
进一步地，底盘下部设置有行走装置；所述行走装置为履带行走装置或车轮行走装置。
进一步地，底盘下部对称设置有若干伸缩支座。
进一步地，水管、气管及电缆通过胶管以及填充在胶管中的填充物固定。
进一步地，矩形管节中还穿插有承重连接绳。
进一步地，矩形管节的一端对称设置有防扭插板，且防扭插板插在相邻矩形管节外侧。
进一步地，所述胶质物为速凝水泥浆或瓜尔胶粉溶液。
一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁方法，在钻井过程中，利用高压旋喷器在高压泵的作用下产生高压射流对孔壁喷射胶质物，经高压旋喷器形成高速流体，将孔壁间隙充填或直接将松散土层和破碎地层中的土或颗粒搅拌混合形成整体，待胶质物固化后达到护壁的目的；摇摆振动器在高压旋喷器对井壁喷射胶质物的同时对井壁进行旋转摇摆拍打，加强井壁强度和保持孔径并上下窜动保证钻孔的垂直度，胶质物有效充填后与孔壁形成固结。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明在复杂地层的护壁方面效果非常明显，尤其是松软土层、沙卵石层、破碎带地层、溶洞地层等、这种工艺与传统工艺相比较、提高护壁效果，减少了泥浆的使用量，也使泥浆配比简单化，由于喷后井壁就固化了，也就免去一套和二套的套管，减少了下套管的工序和材料，大幅度的提高了钻井速度，同时也大幅度的降低了成本。另外本发明在工作时，通过摇摆振动器对井壁进行摇摆拍打，增加了井壁固结密度，同时也保证了井孔的直径和垂直度，在钻井过程中，吊具体和摇摆振动器为钻头提供钻压，同时牵引绳一放一收提供钻头冲击，通过电机带动钻头旋转，采用旋转+冲击结合进行钻井；本发明通过设置牵引绳从而不直接拉动柔性吊杆，以防止柔性吊杆断裂。
进一步地，通过设置限位槽，可以保证钻井时井孔的垂直度。
进一步地，通过设置行走装置可以方便移动。
进一步地，水管、气管及电缆通过胶管以及填充在胶管中的填充物固定，保证了工作时的稳定性。
进一步地，矩形管节中还穿插有承重连接绳，用于承担柔性吊杆的重量以防被拉断。
进一步地，通过设置防扭插板，防止柔性吊杆在工作过程中转动。
附图说明
图1为本发明装置整体结构示意图；
图2为柔性吊杆横截面结构示意图；
图3为矩形管节结构示意图。
其中，1、柔性吊杆卷筒；2、行走装置；3、卷扬机；4、钻塔；5、吊具体；6、摇摆振动器；7、高压旋喷器；8、钻头；16、填充物；17、承重连接绳；18、水管；19、电缆；20、气管；21、胶管；22、矩形管节；23、防扭插板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1至图3，一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，包括底盘，底盘上设置有柔性吊杆卷筒1及钻塔4，柔性吊杆卷筒1上缠绕有柔性吊杆，柔性吊杆的自由端通过设置在钻塔4顶部的天轮连接至吊具体5，吊具体5的下部通过法兰连接有摇摆振动器6，摇摆振动器6的下部通过螺纹连接有高压旋喷器7，高压旋喷器7的下部通过螺纹连接有钻头8；底盘上还设置有卷扬机3，卷扬机3通过减速机连接至第二驱动电机，卷扬机3上缠绕有牵引绳，牵引绳的自由端通过天轮连接至吊具体5；在下放吊具体5及其下部部件时，牵引绳和柔性吊杆一起下放，当提起吊具体5及其下部部件时，卷扬机3带动牵引绳缠绕的同时，牵引绳带动天轮转动，进而带动柔性吊杆缠绕至柔性吊杆卷筒1上，以避免柔性吊杆受力过大产生断裂，吊具体5为橡胶材质，可起到缓冲作用，另外还可为钻头8提供冲击力。
底盘上设置有对连接在吊具体5上的柔性吊杆和牵引绳进行限位的限位槽，底盘下部设置有行走装置2；所述行走装置2为履带行走装置或车轮行走装置，底盘下部还对称设置有若干伸缩支座，当行走至预设位置时，采用伸缩支座进行支撑。
柔性吊杆包括若干首尾相连的矩形管节22，矩形管节22中穿插设置有水管18、气管20及电缆19，水管18、气管20及电缆19通过胶管21以及填充在胶管21中的填充物16固定，胶管21起保护和固定双重作用，矩形管节22中还穿插有承重连接绳17，承重连接绳17为左右两根，用于承担柔性吊杆的重量以防被拉断，水管18的一端连接高压泵，高压泵的入口连接至盛装有胶质物的搅拌桶，另一端连接至高压旋喷器7，且水管18中通入胶质物，胶质物为速凝水泥浆或瓜尔胶粉溶液；气管20的一端连接气泵，另一端连接至高压旋喷器7；电缆19的一端接电，另一端连接至摇摆振动器6中的第一驱动电机，第一驱动电机用于驱动摇摆振动器6及钻头8；矩形管节22的一端对称设置有防扭插板23，且防扭插板23插在相邻矩形管节22外侧。
一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁方法，在钻井过程中，利用高压旋喷器7在高压泵的作用下产生高压射流(4MPa-10MPa)对孔壁喷射胶质物，经高压旋喷器7形成高速流体，将孔壁间隙充填或直接将松散土层和破碎地层中的土或颗粒搅拌混合形成整体，待胶质物固化后达到护壁的目的；摇摆振动器6在高压旋喷器7对井壁喷射胶质物的同时对井壁进行旋转摇摆拍打，加强井壁强度和保持孔径并上下窜动保证钻孔的垂直度，胶质物有效充填后与孔壁形成固结。
Claims (10)
1.一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，包括底盘，底盘上设置有柔性吊杆卷筒(1)及钻塔(4)，柔性吊杆卷筒(1)上缠绕有柔性吊杆，柔性吊杆的自由端通过设置在钻塔(4)顶部的天轮连接至吊具体(5)，吊具体(5)的下部连接有摇摆振动器(6)，摇摆振动器(6)的下部连接有高压旋喷器(7)，高压旋喷器(7)的下部连接有钻头(8)；底盘上还设置有卷扬机(3)，卷扬机(3)上缠绕有牵引绳，牵引绳的自由端通过天轮连接至吊具体(5)；
所述柔性吊杆包括若干首尾相连的矩形管节(22)，矩形管节(22)中穿插设置有水管(18)、气管(20)及电缆(19)，水管(18)的一端连接高压泵，另一端连接至高压旋喷器(7)，且水管(18)中通入胶质物；气管(20)的一端连接气泵，另一端连接至高压旋喷器(7)；电缆(19)的一端接电，另一端连接至摇摆振动器(6)中的第一驱动电机。
2.根据权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，底盘上设置有对连接在吊具体(5)上的柔性吊杆和牵引绳进行限位的限位槽。
3.根据权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，卷扬机(3)通过减速机连接至第二驱动电机。
4.根据权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，底盘下部设置有行走装置(2)；所述行走装置(2)为履带行走装置或车轮行走装置。
5.根据权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，底盘下部对称设置有若干伸缩支座。
6.根据权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，水管(18)、气管(20)及电缆(19)通过胶管(21)以及填充在胶管(21)中的填充物(16)固定。
7.根据权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，矩形管节(22)中还穿插有承重连接绳(17)。
8.根据权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，矩形管节(22)的一端对称设置有防扭插板(23)，且防扭插板(23)插在相邻矩形管节(22)外侧。
9.根据权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，所述胶质物为速凝水泥浆或瓜尔胶粉溶液。
10.一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁方法，采用权利要求1所述的一种基于摇摆振动压力旋喷的钻井护壁装置，其特征在于，在钻井过程中，利用高压旋喷器(7)在高压泵的作用下产生高压射流对孔壁喷射胶质物，经高压旋喷器(7)形成高速流体，将孔壁间隙充填或直接将松散土层和破碎地层中的土或颗粒搅拌混合形成整体，待胶质物固化后达到护壁的目的；摇摆振动器(6)在高压旋喷器(7)对井壁喷射胶质物的同时对井壁进行旋转摇摆拍打，加强井壁强度和保持孔径并上下窜动保证钻孔的垂直度，胶质物有效充填后与孔壁形成固结。
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