專利名稱：粒子沖擊鉆井方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油開發(fā)領(lǐng)域中一種新型的鉆井裝置，它可以提高堅(jiān)硬地層中的鉆 進(jìn)速度。
背景技術(shù)：
目前，常規(guī)的鉆井技術(shù)是利用井底鉆頭的鉆壓和旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械破巖，達(dá)到鉆進(jìn) 的目的，這種方式在鉆進(jìn)堅(jiān)硬地層時(shí)僅依靠鉆頭的機(jī)械作用進(jìn)行破巖，泥漿的作用只是 攜帶巖屑，無(wú)法實(shí)現(xiàn)水力加機(jī)械的聯(lián)合破巖效果，作業(yè)周期長(zhǎng)、鉆井成本高。隨著國(guó)內(nèi) 深井、超深井?dāng)?shù)量的增加，這一問題的解決變得更為迫切。發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有鉆井技術(shù)單純利用機(jī)械破巖所造成的作業(yè)周期長(zhǎng)、鉆井成本高等問 題，本專利提供了一種新型的鉆井裝置，該裝置能夠提高鉆機(jī)在堅(jiān)硬地層中的鉆進(jìn)速 度，節(jié)約成本，縮短周期。
本專利裝置的技術(shù)方案是在鉆井液中添入圓形堅(jiān)硬鋼顆粒，使其通過鉆頭水 眼沖擊井底巖石，從而達(dá)到機(jī)械加粒子沖擊聯(lián)合破巖的效果。與常規(guī)鉆井技術(shù)不同，這 一過程不僅靠鉆頭實(shí)現(xiàn)機(jī)械破巖，而是還通過粒子注入系統(tǒng)在鉆井泵出口處將粒子加入 泥漿中，使其沿鉆柱下行直到鉆頭，并在水眼處得以加速，以極高的速度沖擊巖石，使 其產(chǎn)生較高應(yīng)力，破碎巖石。被擊碎的巖屑與鋼顆粒及泥漿一起通過環(huán)控循環(huán)到地面， 之后通過粒子回收裝置將鋼顆粒分離出來，以便再次注入循環(huán)的泥漿中，重復(fù)使用。
本專利的有益效果是，較傳統(tǒng)鉆井技術(shù)的鉆井速度快3至5倍，大大縮短操作時(shí) 間，節(jié)省了人力、燃料、租金、鉆井時(shí)間以及其他各種各樣的鉆井消耗。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利進(jìn)行說明。
圖1是本專利的整體裝置連接工作圖
圖2是本專利的注入系統(tǒng)組成圖
圖3是粒子分離系統(tǒng)組成圖
圖4是本專利的粒子輸送系統(tǒng)和粒子存儲(chǔ)的處理系統(tǒng)工作圖
圖中1.鉆井泵，2.泥漿池，3.泥漿池的流入管，4.粒子泥漿開關(guān)閥，5.泥漿閥， 6.注入倉(cāng)室加壓管路，7.注入井的泥漿管路，8.螺旋推進(jìn)器，9.下倉(cāng)室，10.液壓站， 11.加壓用泥漿閥，12.液控粒子泥漿閥，13.上倉(cāng)室，14.注入塔架，15.排壓閥，16.液控 粒子泥漿閥，17.粒子注入料斗，18.串聯(lián)盤式輸送機(jī)，19.輸出管，20.串聯(lián)盤式輸送機(jī)的 填料斗，21.粒子處理進(jìn)入管，22.攪拌車，23.吹風(fēng)管，24.排出管，25.裝料口，26.多 點(diǎn)裝卸料刮埋板輸送機(jī)，27.裝料口，28.粒子導(dǎo)入槽，29.輸出管，30.吹風(fēng)機(jī)，31.周轉(zhuǎn) 箱，32.脫磁機(jī)，33.磁選機(jī)，34.振動(dòng)篩，35.振動(dòng)篩流出管，36.振動(dòng)篩流入管，37.粒子泥漿開關(guān)閥，38.流入原振動(dòng)篩管，39.粒子泥漿開關(guān)閥，40.井底返回泥去向控制閥， 41.原振動(dòng)篩，42.高架管，43.鵝頸管，44.水龍頭，45.方鉆桿，46.轉(zhuǎn)盤，47.套管， 48.鉆桿，49.鉆鋌，50.鉆頭，51.地層，52.存儲(chǔ)箱。
本專利粒子沖擊鉆井裝置主要分為粒子注入系統(tǒng)、粒子分離系統(tǒng)、粒子輸送系 統(tǒng)和粒子存儲(chǔ)處理系統(tǒng)，下面對(duì)各部的工作方法和整個(gè)流程進(jìn)行說明。
當(dāng)鉆頭鉆到堅(jiān)硬地層需要粒子沖擊鉆井裝置時(shí)，將鉆井泵排出管路上的粒子泥 漿開關(guān)閥4打開，連通注入系統(tǒng)；泥漿閥5打開，連通注入倉(cāng)室加壓管路6;具有井底返 回泥漿去向控制作用的粒子泥漿開關(guān)閥37打開，連通振動(dòng)篩流入管36;粒子泥漿開關(guān)閥 39打開，連通振動(dòng)篩流出管35;將井底返回泥漿去向控制閥40關(guān)閉。
粒子輸送系統(tǒng)開始工作，粒子從安裝位置較高的存儲(chǔ)箱52中流出，經(jīng)多點(diǎn)裝、 卸料刮埋板輸送機(jī)的裝料口 27進(jìn)入刮埋板輸送機(jī)沈，并從輸出管19進(jìn)入注入系統(tǒng)。注 入部分有兩套能分別單獨(dú)工作的裝置，粒子從輸出管19進(jìn)入其中一套裝置的串聯(lián)盤式輸 送機(jī)的填料斗20后，經(jīng)串聯(lián)盤式輸送機(jī)18進(jìn)入位于注射塔14的頂部的粒子注入料斗17 中。粒子注入料斗17中的粒子通過液控粒子泥漿閥16和12進(jìn)入上倉(cāng)室13、下倉(cāng)室9。 注入系統(tǒng)開始工作時(shí)，上倉(cāng)室13和下倉(cāng)室9裝滿粒子后，液控粒子泥漿閥16關(guān)閉，加壓 用泥漿閥11打開，給上下兩倉(cāng)室加壓，當(dāng)達(dá)到泥漿泵泵出壓力后泥漿閥11關(guān)閉，螺旋推 進(jìn)器8將倉(cāng)室內(nèi)的粒子泥漿不斷地推入注入井的泥漿管路7中，后又經(jīng)鵝頸管注入鉆桿、 井底。在此過程中螺旋推進(jìn)器8出口前的顆粒度很小的鉆進(jìn)液則反串回上、下倉(cāng)室，達(dá) 到倉(cāng)室壓力與鉆井液壓力的平衡。此時(shí)在倉(cāng)室內(nèi)受重力的作用，比重較大的金屬粒子會(huì) 沉在倉(cāng)室的下部，當(dāng)粒子所在的液面高度位于液控粒子泥漿閥12下時(shí)，液控粒子泥漿閥 12關(guān)閉并將上下倉(cāng)室隔絕開。之后排壓閥15打開，上倉(cāng)室壓力減至大氣壓時(shí)再關(guān)閉， 液控粒子泥漿閥16開啟，粒子注入料斗17中的粒子進(jìn)入上倉(cāng)室13，上倉(cāng)室13滿后液控 粒子泥漿閥16關(guān)閉，液控粒子泥漿閥12打開，加壓用泥漿閥11打開，給上下兩倉(cāng)室加 壓，然后重復(fù)上述的注入過程。
粒子被注入泥漿并進(jìn)入井中工作一段時(shí)間后分離系統(tǒng)開始工作。從井底返回的 帶有粒子的泥漿通過高架管42和振動(dòng)篩流入管36進(jìn)入振動(dòng)篩34進(jìn)行篩分。篩分出來的 泥漿及大的巖屑通過振動(dòng)篩流出管35送至原來井場(chǎng)配備的振動(dòng)篩機(jī)組41進(jìn)行進(jìn)一步處 理，而粒子及與其粒度接近的巖屑通過磁選機(jī)33進(jìn)行磁分離，分離出的粒子經(jīng)過脫磁機(jī) 32脫磁后進(jìn)入周轉(zhuǎn)箱31。一旦周轉(zhuǎn)箱31內(nèi)有分離出的粒子流入，則停止存儲(chǔ)箱52的粒 子流出。之后進(jìn)入周轉(zhuǎn)箱內(nèi)31的分離出來的粒子從裝料口 25通過刮埋板輸送機(jī)沈輸 送，并從輸出管19進(jìn)入注入系統(tǒng)的串聯(lián)盤式輸送機(jī)的填料斗20，從而開始注入粒子的循 環(huán)使用。
當(dāng)要停止使用粒子泥漿鉆井時(shí)，存儲(chǔ)處理系統(tǒng)開始工作。將刮埋板輸送機(jī)沈的 卸料點(diǎn)由19轉(zhuǎn)換至21，脫磁后的粒子從粒子處理進(jìn)入管21被送至攪拌車22的滾筒內(nèi)進(jìn) 行攪拌和翻轉(zhuǎn)，與此同時(shí)吹風(fēng)機(jī)30通過吹風(fēng)管32不斷向滾筒內(nèi)吹風(fēng)來進(jìn)行干燥。待滾筒 內(nèi)的粒子量達(dá)到攪拌車的工作載荷時(shí)，關(guān)閉周轉(zhuǎn)箱31，停止刮埋板輸送機(jī)沈，分離系統(tǒng) 不斷分離出的粒子則暫時(shí)堆積在周轉(zhuǎn)箱31內(nèi)。待攪拌車22滾筒內(nèi)的粒子干燥完成后， 開啟刮埋板輸送機(jī)26，滾筒內(nèi)的粒子則從排出管M由裝料口 25進(jìn)入刮埋板輸送機(jī)沈送 至出料管四，并通過粒子導(dǎo)入槽觀進(jìn)入存儲(chǔ)箱52內(nèi)存儲(chǔ)。攪拌車22滾筒內(nèi)的粒子排完后，打開周轉(zhuǎn)箱31，待干燥的粒子以同樣的方式進(jìn)入攪拌車22的滾筒內(nèi)進(jìn)行干燥處理， 上面過程不斷重復(fù)直至泥漿中的粒子全部分離并干燥完成，放入存儲(chǔ)箱52中為止。
權(quán)利要求
1.一種新型的鉆井方法及裝置，其特征是在鉆井泵的泵出管路上連接一套粒子注 入系統(tǒng)，使要注入井內(nèi)的高壓泥漿中不斷地混入堅(jiān)硬的粒徑在2-8mm范圍的粒子，其沿 鉆柱下行直到鉆頭，在水眼處得以加速，以極高的速度沖擊巖石，從而達(dá)到機(jī)械與粒子 沖擊聯(lián)合破巖的效果，提高堅(jiān)硬地層中的鉆進(jìn)速度，在井口泥漿返回管路中連接一套粒 子分離系統(tǒng)，將金屬顆粒從井底返回的混合液中分離出來，重復(fù)循環(huán)利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓粒子沖擊鉆井方法及裝置，其特征是其中注入系統(tǒng)的 液控粒子泥漿閥(16)、上倉(cāng)室(13)、液控粒子泥漿閥(12)、下兩倉(cāng)室(9)和螺旋推進(jìn)器(8)沿高度方向從上往下依次串聯(lián)，上倉(cāng)室(13)上部連入排壓閥(15)，上、下兩倉(cāng)室的 通道中連入加壓閥(11)，同時(shí)粒子經(jīng)串聯(lián)盤式輸送機(jī)(18)進(jìn)入位于注射塔(14)的頂部 的粒子注入料斗(17)中，再通過液控粒子泥漿閥(16)和(12)進(jìn)入上倉(cāng)室(13)和下倉(cāng)室(9)，靠液控粒子泥漿閥(16)、液控粒子泥漿閥(12)、排壓閥(15)和加壓閥(11)的交替 開與關(guān)的方式，給螺旋推進(jìn)器(8)不斷提供加壓的粒子，螺旋推進(jìn)器(8)則將倉(cāng)室內(nèi)加 壓了的粒子泥漿不斷地推進(jìn)注入井的泥漿管路(7)中，后又經(jīng)鵝頸管(43)注入鉆桿、井 底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓粒子沖擊鉆井方法及裝置，其特征是其中的分離系統(tǒng) 采用先用振動(dòng)篩(34)篩出粒子及與粒子粒徑接近的巖屑，然后再利用磁選機(jī)(33)將金屬 粒子從中選出，最后或再進(jìn)行脫磁(32)處理的順序和方法，且從振動(dòng)篩(34)到磁選機(jī) (33)、脫磁器(32)粒子是靠高度差來實(shí)現(xiàn)流入和流出的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓粒子沖擊鉆井方法及裝置，其特征是其中的存儲(chǔ)處理 方法采用是攪拌車(22)攪拌和風(fēng)機(jī)(30)同時(shí)吹風(fēng)的處理方式。
全文摘要
一種粒子沖擊鉆井方法及裝置，在鉆井泵的泵出管路上連接一套粒子注入系統(tǒng)，使要注入井內(nèi)的高壓泥漿中不斷地混入堅(jiān)硬的小粒子，依賴鉆井液的水力能量與其攜帶的堅(jiān)硬鋼顆粒沖擊巖石，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和粒子沖擊聯(lián)合作用快速破巖。另外，在井口泥漿返回管路中連接一套粒子分離系統(tǒng)，將金屬小粒子分離出來，以重復(fù)循環(huán)利用。粒子存儲(chǔ)處理系統(tǒng)的作用是在停止粒子沖擊鉆井時(shí)將粒子處理后儲(chǔ)存。
文檔編號(hào)E21B7/16GK102022078SQ200910169949
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者吳仲華, 周富剛, 張楊, 溫林榮, 趙惠清 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院, 北京化工大學(xué)