CN2923973Y - 高压气垫钻井设备 - Google Patents
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Abstract
一种能够提高大位移水平井钻进速度的石油钻井设备。它是在水平部位的部分钻杆壁上加工一些向后方倾斜的小圆孔，下部小孔个数多于上部小孔个数。在钻进过程中，往钻杆中注入高压氮气，氮气从钻杆壁上的小孔斜向后喷出，从而给钻杆施加一个斜向前方的推力，这些推力在竖直方向的分力用于消除重力对钻杆的影响，从而减小了钻杆与井壁之间的摩擦；水平方向的分力为钻头提供钻压，从而提高了大位移水平井的钻进速度。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及一种石油钻井设备，尤其是能提高大位移水平井(ERD一般定义为水平位移与垂深之比大于2，且水平位移大于3000米的定向井或水平井)钻进速度的高压气垫钻井设备。
背景技术
目前，油田使用的水平井钻井设备由钻头、钻杆和钻机组成，在钻小位移水平井过程中，靠钻铤自身重力施加钻压，钻杆与井壁间的摩擦较小，钻进速度较快。但是随着水平井水平位移的不断延伸，受重力影响，钻杆对井壁的侧压力增大，二者之间的摩擦也随之增大，仅靠钻铤施加钻压相当困难，严重影响了钻进速度的提高。
发明内容
为了克服现有钻井设备在大位移水平井钻进过程中钻速慢的不足，本实用新型提供一种高压气垫钻井设备，该设备不仅能减少钻杆与井壁间的摩擦，而且能有效地为钻头施加钻压，全面提高大位移水平井钻进速度。
本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：钻头、电驱动钻机、钻杆顺序连接，置于大位移水平井内，钻杆内部有注入管线和高压线路通入井底，注入管线的前端与钻头连接，高压线路与电驱动钻机连接，水平部分的钻杆上下分别开有一些向其后方倾斜的小圆孔，地面以上有一个能为大位移水平井提供高压氮气的高压氮气发生装置。将普通钻机的地面驱动改为地下驱动，使用电驱动钻机在地下带动钻头旋转破岩。将水平部分的部分钻杆进行以下改进，在钻杆的上下分别加工一系列向后方倾斜的小圆孔(如图1)，倾斜方向与水平方向的夹角为θ，每个圆孔的面积为S，圆孔总数为N，下方小圆孔比上方小圆孔多n个，每个钻杆的重量为G，前进时所受摩擦力为f。在钻进过程中，从地面往钻杆和注入管线间的空隙中泵入高压氮气(惰性气体)，压强为P的氮气就会从水平钻杆的壁上斜向后喷出，从而给钻杆施加一个斜向前的推力，对钻杆进行受力分析(如图4)，下部所有小圆孔施加的推力的合力为F，上部所有小圆孔施加的推力的合力为F’，在竖直方向上，钻杆所受力Fy＝Fsinθ-F’sinθ-G＝(F-F’)sinθ-G＝nPSsinθ-G.，令Fy＝0，即nPSsinθ＝G，就可以使钻杆所受摩擦免受重力的影响，同时在钻杆周围产生一层气垫，大大减少了钻杆所受的摩擦。在水平方向上Fx＝NPScosθ-f，这个力可以用来为钻头施加钻压。在实际生产中钻杆质量一般在1-2.5t之间，钻杆长在8-12m之间，外径100mm，高压氮气一般为25Mpa，这里我们取
P＝25Ma，钻杆长L＝10m，外径D＝100mm，经精确计算可知，在重力得以克服，小圆孔总面积为钻杆表面积0.5％的前提下，钻杆就可以为钻头施加2.78t(忽略摩擦力f的情况下)的钻压。这样就大大提高了钻进速度。
本实用新型的有益效果是，有效地提高大位移水平井的钻进速度。
附图说明
图1是本实用新型的井身剖面图。
图2是图1的a向视图。
图3是图1的I-I的剖视图。
图4是钻杆受力图。
图中1.高压氮气，2.井壁，3.钻杆，4.电驱动钻机，5.钻头，6.小圆孔，7.高压线路，8.注入管线，9.高压氮气发生装置。
具体实施方式
在图1中，钻头(5)、电驱动钻机(4)、钻杆(3)顺序连接，置于大位移水平井内，钻杆(3)内部有注入管线(8)和高压线路(7)通入井底，注入管线(8)的前端与钻头(5)连接，高压线路(7)与电驱动钻机(4)连接，水平部分的钻杆上下分别开有一些向其后方倾斜的小圆孔(6)，地面以上有一个能为大位移水平井提供高压氮气的高压氮气发生装置(9)。电驱动钻机(4)由地面电源通过高压线路(7)供电，电驱动钻机(4)带动钻头(5)旋转破岩。高压氮气(1)由地面高压氮气发生装置(9)注入，沿钻杆(3)到达井底并从小圆孔(6)斜向后方喷出，然后从井壁(2)与钻杆(3)之间的环形空间返回地面。为了保证钻杆的相关性能不被破坏，在满足实际需要的前提下，小圆孔(6)的总面积应尽量小些。
在图2所示实施例中，水平部分的钻杆的上下小圆孔(6)的个数不同，下部小圆孔(6)的个数多于上部小圆孔(6)的个数，上部和下部小圆孔(6)的孔径、倾角都相同。小圆孔(6)的直径不宜过大，防止岩石碎屑进入钻杆内部，破坏内部管线。钻杆上下部的小圆孔(6)应分别均匀分布在上下部，以使钻杆均匀受力。小圆孔(6)轴线与水平方向的夹角可根据实际需要适当调整。
在图3所示实施例中，注入管线(8)用于往井底注入泥浆，其外壁应足够坚硬，以防止高压氮气(1)的破坏，高压线路(7)应设置一绝缘层。
Claims (2)
1.一种高压气垫钻井设备，其特征是：钻头、电驱动钻机、钻杆顺序连接，置于大位移水平井内，钻杆内部有注入管线和高压线路通入井底，注入管线的前端与钻头连接，高压线路与电驱动钻机连接，水平部分钻杆的上下分别开有一些向其后方倾斜的小圆孔，地面以上有一个能为大位移水平井提供高压氮气的高压氮气发生装置。
2.根据权利要求1所述的高压气垫钻井设备，其特征是：水平部分钻杆的上下小圆孔的个数不同，下部小圆孔的个数多于上部小圆孔的个数；上部和下部小圆孔的孔径、倾角都相同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200520088322 CN2923973Y (zh) | 2005-10-22 | 2005-10-22 | 高压气垫钻井设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200520088322 CN2923973Y (zh) | 2005-10-22 | 2005-10-22 | 高压气垫钻井设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2923973Y true CN2923973Y (zh) | 2007-07-18 |
Family
ID=38260405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN 200520088322 Expired - Fee Related CN2923973Y (zh) | 2005-10-22 | 2005-10-22 | 高压气垫钻井设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2923973Y (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101892826A (zh) * | 2010-04-30 | 2010-11-24 | 钟立国 | 气体与电加热辅助重力泄油技术 |
| CN103195364A (zh) * | 2013-04-19 | 2013-07-10 | 中国石油大学(北京) | 降低井底环空围压提高径向水平井破岩效率的方法及装置 |
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2005
- 2005-10-22 CN CN 200520088322 patent/CN2923973Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101892826A (zh) * | 2010-04-30 | 2010-11-24 | 钟立国 | 气体与电加热辅助重力泄油技术 |
| CN103195364A (zh) * | 2013-04-19 | 2013-07-10 | 中国石油大学(北京) | 降低井底环空围压提高径向水平井破岩效率的方法及装置 |
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