深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具的製作方法

2023-05-14 13:55:31

本發明涉及深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具，屬於石油、天然氣鑽井的配套裝置，尤其是能夠降低深井井底鑽井液密度，減輕鑽頭磨損，提高鑽井速度，延長鑽頭壽命。

背景技術：

隨著世界淺層油氣資源的減少，油氣勘探開發逐漸向深井轉變。深部地層鑽井速度的快慢直接影響著油氣勘探開發的經濟效益，但深部鑽井所受地層壓力大，所需鑽井液的密度大，高密度鑽井液極大的影響機械鑽速，這也成為深井鑽井急需解決的問題。

隨著鑽井過程的不斷進行，鑽井深度的不斷增加，需要在鑽井液中加入像重晶石之類的加重材料，用來提高鑽井液的密度，以達到穩定井壁和保護油氣層的目的。室內試驗和鑽井實踐證明，提高鑽井液密度，會增加井內液柱壓力和地層壓力之間的壓力差將使鑽速急劇下降。其主要原因是井底壓差對剛破碎的巖屑有壓持效應，阻礙井底巖屑的及時清除，影響鑽頭的破巖效率，機械鑽速下降，鑽頭磨損加劇。

根據大量現場鑽井數據表明，鑽井液中固相含量是影響鑽井速度的一個重要因素，它的增加會導致機械鑽速的降低。有研究表明，固相含量每提高7％，機械鑽速就會下降到原來鑽速的一半。所以嚴格控制鑽井液中固相含量，對保證優質快速鑽井有著直接的影響。

基於以上分析，本發明設計了深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具，該工具針對深井井底壓力大，所用鑽井液密度高等特點進行設計，在深井井底近鑽頭處分離鑽井液中的部分固相顆粒，通過降低進入鑽頭的鑽井液的密度，而降低深井井底的壓持效應，減少重複破碎，降低噴嘴磨損，能夠有效提高機械鑽速和延長鑽頭壽命。

技術實現要素：

為了達到上述目的，本發明採用如下的技術方案：

深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具由進液口、支撐杆、螺旋葉輪、V形凹槽、排固噴射口和出液口組成。

深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具與上下鑽具通過螺紋連接，該工具安裝在鑽杆內部，工具靠近一側的鑽杆壁，且與鑽杆內壁焊接固定，工具橫截面積佔鑽杆橫截面積的四分之三；工具內部靠近鑽杆壁一側為內部部分加厚，加厚部分中間開有V形凹槽，V形凹槽自上而下由淺及深，最終穿過鑽杆外壁，在鑽杆外壁上形成一個小孔，即排固噴射口；工具內V形凹槽自上而下有兩段，同樣有兩個排固噴射口；工具內部安裝螺旋葉輪，螺旋葉輪的上下兩端分別安裝軸承，軸承由四根支撐杆固定在進液口和出液口中間。

鑽井液從地面加壓泵入地下，並自上部鑽杆流經深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具時分為兩部分：一部分通過深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具外的空間直接流出；另一部分從進液口流入深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具。將鑽井液分為兩部分的目的是儘可能減少流動鑽井液的壓力損耗及降低摩擦阻力，並分離排出部分固相顆粒，降低鑽頭噴嘴處鑽井液中的固相含量，提高鑽頭破巖效率。

通過進液口流入深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具的鑽井液衝擊螺旋葉輪，螺旋葉輪由於鑽井液衝擊力的作用而旋轉，高速旋轉的螺旋葉輪帶動鑽井液旋轉，鑽井液受到離心力作用後，鑽井液中的固相顆粒旋轉速度高於液相鑽井液，鑽井液中的固相顆粒緊貼工具壁旋轉，在V形凹槽處囤積，由於鑽井液自上而下流動，推動V形凹槽內的固相顆粒向下運移，固相顆粒由上部排固噴射口噴射出鑽杆外；鑽井液繼續向下流動，並通過螺旋葉輪進行二次分離，二次分離出的固相顆粒從下部排固噴射口噴出鑽杆外；最後經過兩次分離的鑽井液從出液口排出，與工具外流動的鑽井液混合後進入鑽頭。

本發明的有益效果是：(1)通過分離部分深井井底鑽井液中的固相顆粒，有效的降低井底近鑽頭處鑽井液密度，從而能夠有效降低深井井底的壓持效應；(2)通過降低深井井底的壓持效應，能夠提高機械鑽速，縮短單井鑽井時間，降低鑽井成本，同時為優質快速的鑽井效率提供一種簡單有效的技術手段。

附圖說明

附圖1為本發明結構示意圖。

附圖2為本發明截面圖

圖中標號：進液口1、支撐杆2、螺旋葉輪3、V形凹槽4、排固噴射口5、出液口6、螺紋7、中軸8、工具外的空間9

具體實施方式

以下結合附圖1，詳細說明本發明，如下：

深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具由進液口1、支撐杆2、螺旋葉輪3、V形凹槽4、排固噴射口5、出液口6和螺紋7組成。

鑽井液從地面加壓泵入地下，並自上部鑽杆流經深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具時分為兩部分：一部分通過深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具外的空間9直接流出；另一部分從進液口1流入深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具。

通過進液口1流入深井鑽井井底鑽井液單側旋流提速工具的鑽井液衝擊螺旋葉輪3，螺旋葉輪3由於鑽井液衝擊力的作用而旋轉，高速旋轉的螺旋葉輪3帶動鑽井液旋轉，鑽井液受到離心力作用後，鑽井液中的固相顆粒旋轉速度高於液相鑽井液，鑽井液中的固相顆粒緊貼工具壁旋轉，在V形凹槽4處囤積，由於鑽井液自上而下流動，推動V形凹槽4內的固相顆粒向下運移，固相顆粒由上部排固噴射口5噴射出鑽杆外；鑽井液繼續向下流動，並通過螺旋葉輪3進行二次分離，二次分離出的固相顆粒從下部排固噴射口5噴出鑽杆外；最後經過兩次分離的鑽井液從出液口6排出，與工具外流動的鑽井液混合後進入鑽頭。