本发明专利技术公开了一种处理地层出水稳定井壁的气体钻井装置及钻井方法，涉及用夹带或不夹带弹丸的液体或气体喷射钻井装置技术领域。所述装置包括转换接头和钻头本体，转化接头内设有分流通道和金属过滤膜，钻头本体内设有中心流道、加热腔、熔化腔、侧向喷嘴等。分流通道、熔化腔、侧向喷嘴依次联通，侧向喷嘴出口位于钻头本体侧壁。加热腔将热量传递到熔化腔，易熔材料微粒在熔化腔内被加热融化从侧向喷嘴喷出，在井壁上形成一层易熔材料硬壳。所述装置能够在钻进作业的同时随钻进行地层水的封堵，在钻穿出水地层后即可停止泵入易熔材料，能够有效地减少建井周期，节约成本，可广泛应用于气体钻井作业。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用夹带或不夹带弹丸的液体或气体喷射钻井装置
，尤其涉及一种处理地层出水稳定井壁的气体钻井装置及钻井方法。
技术介绍
我国的油气勘探开发已经从以前的整装大油气田、中高渗均质砂岩等良好的勘探开发条件，转移到复杂的中小油气田、断块油气田、低压低渗低产能、老油田改造、复杂储层条件、难动用储量、非常规油气等恶劣的勘探开发条件，严重的制约了油气的高效勘探开发进程。气体钻井作为一种欠平衡钻井方式，能够有效地保护储层，实现高效、及时、准确的勘探发现，尤其是与特殊轨迹井相结合时可以达到增产和提高采收率的目的。气体钻井技术由于其能够提高机械钻速(4-14倍)、延长钻头的使用寿命(2-6倍)、防止井漏的发生，同时能够改善工作条件减少环境污染等诸多优点，近年来得到了迅速的发展，开始作为实用化的工业技术被全国性的规模应用。然而，在实际的气体钻井施工过程中也存在着一些问题，主要表现为：1)地层出水。地层出水可能导致裸眼井段粘土矿物水化膨胀，造成井眼的缩径或井壁坍塌；同时环空上返岩屑遇水后易聚并成团，影响井眼净化效果，严重时甚至堵塞环空通道诱发卡钻等井下复杂情况。2)井壁失稳。由于井筒中的有效“液柱”压力较低，对地层压力的控制能力降低，支撑井壁防止其坍塌的能力较差。目前，处理地层出水及井壁失稳的主要方法是：1)当地层出水量较小时，可将气体钻井转化为雾化、泡沫钻井，将地层水携带至地面，但会在井场产生大量的稳定泡沫，造成环境污染；当地层出水量
较大时候，将气体钻井转化为充气钻井或常规钻井液进行钻井，但机械钻速会大幅降低，严重时会产生井漏及其他井下复杂。2)如中国专利CN102278068A公告的《一种处理气体钻井过程地层出水的方法》所述的向井筒中吹入吸水材料的方法。由于环空返速较高，吸水材料会迅速通过出水地层，吸水效果无法保证；吸水材料吸水后的重量数倍于自身的重量，会增加井筒携岩难度，影响井眼净化效果。3)如中国专利CN103527137A公告的《一种增加井壁稳定性的方法》所述的在井壁上喷胶的方法。在钻遇出水地层后需要重新起钻更换钻头进行喷胶，喷胶完成后仍需起钻更换钻头方可钻进，会导致钻时增加，影响经济效益；在起下钻的过程中进入井筒的地层水有可能会引起井下复杂情况的发生。综上所述，气体钻井技术在油气勘探中有着无可比拟的优势，但地层出水及井壁稳定问题制约了该技术的进一步发展，解决气体钻井过程中的地层出水和井壁稳定是目前急需解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种处理地层出水稳定井壁的气体钻井装置及钻井方法，所述装置的结构简单，通过所述装置可以有效的处理气体钻井过程中的出水问题，增加裸眼井段的井壁稳定性，实现安全、高效、快速的钻井作业，达到增产和提高采收率的目的。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种处理地层出水稳定井壁的气体钻井装置，其特征在于：包括转换接头和钻头本体，所述转换接头的上端设有用于与上部钻具连接的螺纹，所述转换接头的下端与所述钻头本体螺纹连接，所述转换接头的内部设有贯穿转换接头上下侧面的气体流道，所述转换接头的侧壁上设有若干个
与所述气体流道相连通的分流通道，所述分流通道的进口位于所述转换接头的内壁上，所述分流通道的出口位于转换接头的下侧面上，传输电缆设置在所述转换接头的内部，且传输电缆的上端与转换接头外侧的导电环连接，传输电缆的下端延伸至转换接头外，过滤膜位于分流通道进口下侧的转换接头内壁上；所述钻头本体的内部设有中心流道，所述中心流道与所述气体流道相连通，中心流道底部的钻头本体上设有与中心流道相连通的底部中心喷嘴，中心流道与钻头本体的侧壁之间从内到外依次设有环形加热腔和环形熔化腔，所述环形熔化腔的底部设有若干个斜向下穿透钻头本体侧壁的侧向喷嘴，分流通道、熔化腔、侧向喷嘴依次连通，所述环形加热腔内设有若干个电加热组件，传输电缆的下端与所述电加热组件电连接。进一步的技术方案在于：所述分流通道设有四条，且其横截面为圆形。进一步的技术方案在于：所述过滤膜为半球形金属过滤膜，分流通道的进口轴线与过滤膜的顶面相切，出口轴线与转换接头的底面垂直，分流通道的总过流面积为气体流道过流面积的1/4。进一步的技术方案在于：所述钻头本体上部的外径大于钻头本体下部的外径，钻头本体的上部外壁沿周向均匀设有4条螺旋形导流槽。进一步的技术方案在于：所述中心流道底部的钻头本体上还设有与中心流道相连通的底部侧喷嘴。进一步的技术方案在于：所述环形加热腔的顶部设有隔热绝缘体，
底部铺设有隔热材料，两侧壁铺设有等静压石墨材料构成的导热元件，所述传输电缆的下端经隔热绝缘体后与所述电加热组件电连接，所述导热元件与电加热组件接触。本专利技术还公开了一种使用所述气体钻井装置进行钻井的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)正常地层钻进时，与常规气体钻井工具相同，向钻杆中泵入气体；2)当地面检测装置检测到地层出水之后，向钻杆中泵入含有易熔材料微粒的混合气体，当混合气体经过过滤膜时，大部分气体进入中心流道，少部分气体连同被过滤膜挡住的易熔材料微粒进入分流通道，落入熔化腔；3)开启电加热组件，电加热组件产生的热量通过导热元件将相邻的熔化腔加热，落入熔化腔中的易熔材料微粒被融化，在空气的压力作用下从侧向喷嘴喷出，在钻头本体外壁的挤压作用下在井壁形成一层易熔材料硬壳；4)当钻穿出水地层之后，停止泵入易熔材料，关闭电加热组件，转变为常规气体钻井模式继续钻进。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1)本专利技术所述装置通过易熔材料造壁能够有效的对地层水进行封堵，避免地层出水引起的井下复杂，有利于提高钻井速度；同时易熔材料硬壳具有一定的强度，能够支撑井壁，保持井壁稳定，增加气体钻井过程中的安全性。2)本专利技术能够在钻进作业的同时随钻进行地层水的封堵，不起钻、
不停钻，减少建井周期；在钻穿出水地层后即可停止泵入易熔材料，关闭电加热组件，节约钻井成本。3)本专利技术结构简单，正常钻进与造壁钻进切换方便，利于推广使用。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术所述装置的剖视结构示意图；图2是本专利技术所述装置中钻头本体的俯视结构示意图；图3是本专利技术所述装置中转换接头的仰视结构示意图；其中：1、转换接头；2、过滤膜；3、分流通道；4、钻头本体；5、导热元件；6、侧向喷嘴；7、隔热材料；8、导电环；9、传输电缆；10、隔热绝缘体；11、熔化腔；12、电加热组件；13、加热腔；14、底部侧喷嘴；15、底部中心喷嘴；16、导流槽、17、中心流道18、气体流道。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术
不受下面公开的具体实施例的限制。如图1-3所示，本专利技术公开了一种处本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种处理地层出水稳定井壁的气体钻井装置，其特征在于：包括转换接头(1)和钻头本体(4)，所述转换接头(1)的上端设有用于与上部钻具连接的螺纹，所述转换接头的下端与所述钻头本体(4)螺纹连接，所述转换接头(1)的内部设有贯穿转换接头(1)上下侧面的气体流道(18)，所述转换接头(1)的侧壁上设有若干个与所述气体流道(18)相连通的分流通道(3)，所述分流通道(3)的进口位于所述转换接头(1)的内壁上，所述分流通道(3)的出口位于转换接头(1)的下侧面上，传输电缆(9)设置在所述转换接头(1)的内部，且传输电缆(9)的上端与转换接头(1)外侧的导电环(8)连接，传输电缆(9)的下端延伸至转换接头(1)外，过滤膜(2)位于分流通道(3)进口下侧的转换接头(1)内壁上；所述钻头本体(4)的内部设有中心流道(17)，所述中心流道(17)与所述气体流道(18)相连通，中心流道(17)底部的钻头本体(4)上设有与中心流道(17)相连通的底部中心喷嘴(15)，中心流道(17)与钻头本体(4)的侧壁之间从内到外依次设有环形加热腔(13)和环形熔化腔(11)，所述环形熔化腔(11)的底部设有若干个斜向下穿透钻头本体(4)侧壁的侧向喷嘴(6)，分流通道(3)、熔化腔(11)、侧向喷嘴(6)依次连通，所述环形加热腔(13)内设有若干个电加热组件(12)，传输电缆(9)的下端与所述电加热组件(12)电连接。...
【技术特征摘要】
1.一种处理地层出水稳定井壁的气体钻井装置，其特征在于：包括转换接头(1)和钻头本体(4)，所述转换接头(1)的上端设有用于与上部钻具连接的螺纹，所述转换接头的下端与所述钻头本体(4)螺纹连接，所述转换接头(1)的内部设有贯穿转换接头(1)上下侧面的气体流道(18)，所述转换接头(1)的侧壁上设有若干个与所述气体流道(18)相连通的分流通道(3)，所述分流通道(3)的进口位于所述转换接头(1)的内壁上，所述分流通道(3)的出口位于转换接头(1)的下侧面上，传输电缆(9)设置在所述转换接头(1)的内部，且传输电缆(9)的上端与转换接头(1)外侧的导电环(8)连接，传输电缆(9)的下端延伸至转换接头(1)外，过滤膜(2)位于分流通道(3)进口下侧的转换接头(1)内壁上；所述钻头本体(4)的内部设有中心流道(17)，所述中心流道(17)与所述气体流道(18)相连通，中心流道(17)底部的钻头本体(4)上设有与中心流道(17)相连通的底部中心喷嘴(15)，中心流道(17)与钻头本体(4)的侧壁之间从内到外依次设有环形加热腔(13)和环形熔化腔(11)，所述环形熔化腔(11)的底部设有若干个斜向下穿透钻头本体(4)侧壁的侧向喷嘴(6)，分流通道(3)、熔化腔(11)、侧向喷嘴(6)依次连通，所述环形加热腔(13)内设有若干个电加热组件(12)，传输电缆(9)的下端与所述电加热组件(12)电连接。2.如权利要求1所述的处理地层出水稳定井壁的气体钻井装置，其特征在于：所述分流通道(3)设有四条，且其横截面为圆形。3.如权利要求2所述的处理地层出水稳定井壁的气体钻井装置，
\t其特征在于：所述过滤膜(2)为半球形金属过滤膜，分流通道(3)的进口轴线与过滤膜(2)的顶面相切，出口...
【专利技术属性】
技术研发人员：王国华，秦大伟，熊继有，邓丽，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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