專利名稱：井底水力抽吸降壓鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油、天然氣鉆井的配套裝置。
背景技術(shù)：
在井底液柱壓力和地層孔隙流體壓力差的作用下，鉆頭破碎巖石生成的巖屑被壓在原位，被鉆頭重復(fù)切削，阻礙巖石新的破碎面暴露，使鉆頭破巖鉆進(jìn)的效率下降，這就是所謂的“壓持效應(yīng)”，因此能否減少“壓持效應(yīng)”直接關(guān)系到能否提高鉆井速度。降低井底液柱壓力是減少“壓持效應(yīng)”的技術(shù)關(guān)鍵。欠平衡條件下，鉆井速度大幅度提高的實踐證實了該結(jié)論。但是現(xiàn)階段全井段的欠平衡技術(shù)，只適用于部分地層，且該技術(shù)對設(shè)備能力要求高、投資大，易出現(xiàn)井蹋、井眼擴(kuò)大等復(fù)雜情況，大規(guī)模應(yīng)用的條件尚不成熟。因此如果能夠在井底局部降低液柱壓力，則既可避免全井段欠平衡鉆井技術(shù)的不足，又能夠改善破巖鉆進(jìn)效率，是目前提高鉆井速度的一個可行途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為在井底實現(xiàn)局部低壓，減少“壓持效應(yīng)”，提高破巖鉆進(jìn)效率而設(shè)計的，其原理利用鉆頭上部的引射噴嘴，由鉆柱內(nèi)和環(huán)空之間的壓力差驅(qū)動，形成指向環(huán)空上返方向的高速射流，在引射噴嘴出口處形成局部低壓，通過鉆頭腔內(nèi)直插井底的抽吸管，將該低壓作用于井底，使局部巖屑上的液柱壓力降低，破巖鉆進(jìn)效率提高，本發(fā)明的目的就是為現(xiàn)場提供一種井底水力抽吸降壓鉆井工具。
本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，它主要由鉆頭聯(lián)接短節(jié)、低壓腔、引射噴嘴、引射腔、抽吸管等組成，鉆頭聯(lián)接短節(jié)軸向貫通，兩端加工有螺紋，上端和下端分別與鉆柱和鉆頭相聯(lián)，在鉆頭聯(lián)接短節(jié)中部加工有低壓腔，低壓腔的出口指向環(huán)空上返方向，低壓腔的軸線與鉆頭聯(lián)接短節(jié)的軸線呈空間異面關(guān)系，引射噴嘴安裝在低壓腔內(nèi)靠近鉆頭聯(lián)接短節(jié)內(nèi)壁的一端，在引射噴嘴出口處、鉆頭聯(lián)接短節(jié)中部加工有引射腔，引射腔的軸線與低壓腔的軸線相交，在引射腔內(nèi)靠近鉆頭聯(lián)接短節(jié)內(nèi)壁的一端接有抽吸管，抽吸管下端伸入鉆頭內(nèi)部，直插井底，引射噴嘴采用密封配合安裝在低壓腔內(nèi)，由于鉆頭噴嘴的過流面積較小，鉆井液流過噴嘴時，會產(chǎn)生較大的壓降，在鉆柱內(nèi)和外部環(huán)空之間形成壓差，鉆井液在該壓差的作用下，經(jīng)引射噴嘴加速，形成指向環(huán)空上返方向的高速射流，在引射噴嘴的出口區(qū)域，由于射流的卷吸作用，形成了一個低壓區(qū)，該低壓區(qū)經(jīng)引射腔和抽吸管作用于抽吸管入口區(qū)域局部井底，使得抽吸管入口區(qū)域巖屑上的液柱壓力降低，巖屑的翻滾、啟動和新的巖石破碎面暴露的難度下降，鉆頭破巖鉆井效率提高，巖屑上液柱壓力降低的幅度通過調(diào)整鉆柱內(nèi)外的壓力差、引射噴嘴的流道結(jié)構(gòu)、鉆井液性能、引射腔、引射噴嘴和低壓腔的相對位置等參數(shù)來獲得。
本發(fā)明基于“壓持效應(yīng)”影響鉆速的機(jī)理分析，提出通過降低井底巖屑上的液柱壓力來減少“壓持效應(yīng)”，提高鉆井速度，并以此為指導(dǎo)設(shè)計了特殊的水力結(jié)構(gòu)，在井底局部巖屑上部形成低壓，從而強(qiáng)化巖屑的翻滾、啟動和新的巖石破碎面暴露，提高鉆頭的破巖鉆進(jìn)效率。


圖1井底水力抽吸降壓鉆井工具示意圖1.鉆頭聯(lián)接短節(jié)；2.低壓腔；3.引射噴嘴；4.引射腔；5.抽吸管具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
當(dāng)采用本發(fā)明在井底形成局部低壓時，鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]軸向貫通，兩端加工有螺紋，上端和下端分別與鉆柱和鉆頭相聯(lián)，在鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]中部加工有低壓腔[2]，低壓腔[2]的出口指向環(huán)空上返方向，低壓腔[2]的軸線與鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]的軸線呈空間異面關(guān)系，引射噴嘴[3]安裝在低壓腔[2]內(nèi)靠近鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]內(nèi)壁的一端，在引射噴嘴[3]出口處、鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]中部加工有引射腔[4]，引射腔[4]的軸線與低壓腔[2]的軸線相交，在引射腔[4]內(nèi)靠近鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]內(nèi)壁的一端接有抽吸管[5]，抽吸管[5]下端伸入鉆頭內(nèi)部，直插井底，引射噴嘴[3]采用密封配合安裝在低壓腔[2]內(nèi)。
當(dāng)采用本發(fā)明在井底形成局部低壓時，由于鉆頭噴嘴的過流面積較小，鉆井液流過噴嘴時，會產(chǎn)生較大的壓降，在鉆柱內(nèi)和外部環(huán)空之間形成壓差，鉆井液在該壓差的作用下，經(jīng)引射噴嘴[3]加速，形成指向環(huán)空上返方向的高速射流，在引射噴嘴[3]的出口區(qū)域，由于射流的卷吸作用，形成了一個低壓區(qū)，該低壓區(qū)經(jīng)引射腔[4]和抽吸管[5]作用于抽吸管[5]入口區(qū)域局部井底，使得抽吸管[5]入口區(qū)域巖屑上的液柱壓力降低，巖屑的翻滾、啟動和新的巖石破碎面暴露的難度下降，鉆頭破巖鉆井效率提高，巖屑上液柱壓力降低的幅度通過調(diào)整鉆柱內(nèi)外的壓力差、引射噴嘴[3]的流道結(jié)構(gòu)、鉆井液性能、引射腔[4]、引射噴嘴[3]和低壓腔[2]的相對位置等參數(shù)來獲得。
權(quán)利要求
1.井底水力抽吸降壓鉆井工具，它主要由鉆頭聯(lián)接短節(jié)、低壓腔、引射噴嘴、引射腔、抽吸管等構(gòu)成，其特征是鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]軸向貫通，兩端加工有螺紋，上端和下端分別與鉆柱和鉆頭相聯(lián)，在鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]中部加工有低壓腔[2]，低壓腔[2]的出口指向環(huán)空上返方向，低壓腔[2]的軸線與鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]的軸線呈空間異面關(guān)系，引射噴嘴[3]安裝在低壓腔[2]內(nèi)靠近鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]內(nèi)壁的一端，在引射噴嘴[3]出口處、鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]中部加工有引射腔[4]，引射腔[4]的軸線與低壓腔[2]的軸線相交，在引射腔[4]內(nèi)靠近鉆頭聯(lián)接短節(jié)[1]內(nèi)壁的一端接有抽吸管[5]，抽吸管[5]下端伸入鉆頭內(nèi)部，直插井底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井底水力抽吸降壓鉆井工具，其特征是引射噴嘴[3]采用密封配合安裝在低壓腔[2]內(nèi)。
全文摘要
井底水力抽吸降壓鉆井工具主要由鉆頭聯(lián)接短節(jié)、低壓腔、引射噴嘴、引射腔、抽吸管等構(gòu)成，其原理利用鉆頭上部的引射噴嘴，由鉆柱內(nèi)和環(huán)空之間的壓力差驅(qū)動，形成指向環(huán)空上返方向的高速射流，在引射噴嘴出口附近形成局部低壓，通過鉆頭腔內(nèi)直插井底的抽吸管，將該低壓作用于井底，使作用在局部巖屑上的液柱壓力降低，破巖鉆進(jìn)效率提高。
文檔編號E21B10/00GK1757874SQ20041003579
公開日2006年4月12日 申請日期2004年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月10日
發(fā)明者倪紅堅, 韓來聚, 李作會 申請人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院