基于增压器的岩爆钻井装置以及破岩方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及钻井工程技术，提供一种基于增压器的岩爆钻井装置，包括增压器壳体以及上部接头，增压器壳体上有常压管以及高压管，于增压器壳体内设置上阀片、下阀片以及驱动件，上阀片上竖直设置有第一通孔，下阀片上设置有第二通孔以及第三通孔，增压器壳体内还设置有活塞以及活塞杆，活塞与下阀片之间形成第一腔室，活塞与增压器壳体之间形成第二腔室，活塞杆高压管之间形成第三腔室，且于高压管内设置有第一控制阀，第三腔室通过第二控制阀与增压器壳体的外侧连通；还提供一种破岩方法，包括上述岩爆钻井装置。本发明专利技术在高压管处周期性喷射水炮轰击岩石，通过诱发岩爆的方式提高破岩效率，能够达到高速钻井的目的，且保证钻头的可靠性与使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油天然气勘探开发中钻井工程技术，尤其涉及一种基于增压器的岩爆钻井装置以及破岩方法。
技术介绍
钻井工程占油气开发成本的50％以上，投资大且风险高，提高钻井效率是降低勘探开发成本的最佳途径，也是油公司、钻井承包商和技术服务公司一贯追求的重要目标。近两年，国际油价大幅度降低，竞争也日益激烈，石油公司只有更加注重高效钻井、降本增效、拥有核心技术，才能获得竞争优势，渡过“寒冬”。显然，提高钻速、降低钻井成本是目前石油工程领域急需的技术之一。目前，石油天然气钻井方法主要有：旋转钻井、旋冲钻井和欠平衡钻井；其它的钻井方法，如激光钻井、等离子钻井和超高压喷射钻井方法等还处于探索研究阶段。随着深井、超深井、易斜井、硬地层、水平井及大位移井在石油钻井中所占的比例越来越大，深井中遇到的硬地层和坚硬地层采用常规的旋转钻进方法破岩效果差、钻进效率低，深井中的井斜问题也日益突出；在水平井和大位移钻井中，随着水平位移的增加，水平井的加压更为困难，钻具的损坏也更为严重。中国专利号CN203742436U的技术专利公开了一种动力扰动破岩钻具，其具体方案包括：芯轴设于外筒内，外筒与芯轴通过花键连接；涡轮套筒设于外筒内，其上端与导流器通过螺纹链接，其中部的环形槽中设置有橡胶密封圈，其下端与芯轴的上端通过螺纹连接；涡轮设于涡轮套筒内部，涡轮固定于导流器的轴芯上，涡轮的下端与旋转偏心阀片通过螺纹连接；旋转偏心阀片的下端面与固定偏心阀片的上端面紧密接触，固定偏心阀片与芯轴的上端通过螺纹连接。在钻井过程中，钻井液使涡轮旋转，再通过涡轮驱动动阀片旋转，使动阀片和固定阀片之间的有效流通面积周期性变化，从而产生水击力，形成周期性柔和变化的动载荷，与钻具自重产生的静载荷，共同作用于岩石，实现高应力扰动破岩。中国专利号CN104594801A的专利在上述专利的基础上，公开了一种动力扰动破岩钻具，其具体方案包括：该扰动破岩钻具包括防掉总成、马达总成、传动轴总成及扰动总成，是利用现有的螺杆传动轴外壳和芯轴相对运动转换为齿轮旋转，最后实现扰动总成产生周期性水击力，并与上部钻具组合的重力共同形成钻压，实现高应力扰动破岩，提高机械钻速。将高应力+动力扰动破岩方法引入石油钻井，是一种利用深部地层岩石本身属于储能体、且岩石属于非连续相，通过外部机械引诱发生裂纹扩展或岩爆的方法，是一种不同于常规钻井破岩的非常有前景的新方法。目前公布的两个专利公开的技术都是通过钻具输出机械作用力，在钻井过程中，钻头不仅受到上部钻具自重提供的钻压，还受到工具内部产生的周期性扰动力，其合力作用于钻头，使钻压类似正弦规律变化，扰动岩石，使岩石周期性卸载，引发岩爆，从而提高破岩效率。但是这两种方式钻具均是输出机械作用力，岩石容易对钻具产生损坏，进而影响钻具的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于增压器的岩爆钻井装置，旨在用于解决现有的钻井装置的钻头破岩效率低，使用寿命较短的问题。本专利技术是这样实现的：本专利技术实施例提供一种基于增压器的岩爆钻井装置，包括竖直设置的增压器壳体以及安设于所述增压器壳体上端口的上部接头，所述增压器壳体上设置有与所述上部接头连通且延伸至所述增压器壳体下端的常压管以及向下延伸且由所述增压器壳体的下端导出的高压管，于所述增压器壳体内水平设置有上阀片、位于所述上阀片下方且与所述上阀片贴合的下阀片以及可驱使所述上阀片绕轴线旋转的驱动件，所述上阀片上竖直设置有第一通孔，所述下阀片上设置有第二通孔以及第三通孔，所述第二通孔以及所述第三通孔均与所述第一通孔同轴等径，所述增压器壳体于所述下阀片下方设置有活塞以及滑动设置于所述高压管内的活塞杆，所述活塞的上端与所述下阀片的下表面围合形成与所述第二通孔连通的第一腔室，所述活塞的下端与所述增压器壳体的内壁之间围合形成与所述第三通孔连通的第二腔室，所述活塞杆的下端与所述高压管之间围合形成第三腔室，且于所述高压管内设置有可控制所述第三腔室与所述增压器壳体的下端连通的第一控制阀，所述第三腔室通过第二控制阀与所述增压器壳体的外侧连通。进一步地，于所述上阀片的外缘面设置有朝向所述增压器壳体内壁的第一凹槽，所述增压器壳体内侧设置有第一导流孔、第二导流孔以及第三导流孔，所述第一导流孔一端与所述第一腔室连通，另一端通过所述第一凹槽与所述第三导流孔连通，所述第二导流孔的一端与所述第二腔室连通，另一端通过所述第一凹槽与所述第三导流孔连通，所述第三导流孔延伸至所述增压器壳体的外侧，且所述第一导流孔与所述第二通孔的位置对应，所述第二导流孔与所述第三通孔的位置对应。进一步地，于所述下阀片的外缘面上设置有连通所述第一腔室与所述第一导流孔的第二凹槽，所述第一导流孔的其中一端口延伸至所述增压器壳体的内壁对应所述第二凹槽的位置。进一步地，于所述第二腔室内设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧套设于所述活塞杆上。进一步地，所述驱动件为设置于所述增压器壳体内的涡轮，所述涡轮的输出轴与所述上阀片的转轴之间通过TC轴承组传动连接，所述TC轴承组设置有沿竖直方向贯穿的导液孔。进一步地，所述TC轴承组与所述上阀片之间形成储液腔，所述常压管连通至所述储液腔。进一步地，于所述高压管远离所述第三腔室的端口处设置有至少一个高压喷嘴。进一步地，所述第一控制阀为沿所述第三腔室至所述增压器壳体的下端的方向单向导通的单向阀，所述第二控制阀为沿所述增压器壳体的外侧向所述第三腔室导通的单向阀。本专利技术实施例还提供一种破岩方法，采用上述的基于增压器的岩爆钻井装置，将所述基于增压器的岩爆钻井装置置于井下开钻，通过地面泥浆泵向所述基于增压器的岩爆钻井装置内输送钻井液。进一步地，所述驱动件由所述泥浆泵导入所述基于增压器的岩爆钻井装置内的钻井液的液压能驱使工作。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的岩爆钻井装置中，将钻井液经上部接头导入增压器壳体内，且当驱动件驱使上阀片旋转，以使第一通孔与第二通孔导通时，钻井液进入第一腔室内，使得第一腔室的压强大于第二腔室的压强，进而驱使活塞与活塞杆竖直下移，活塞杆压缩第三腔室，进而使得第三腔室内的压强增大，迫使其内的钻井液经过第一控制阀由高压管喷射，形成水炮轰击钻头正下方的扰动处于高应力的岩石，诱发岩爆，且当驱动件驱使上阀片旋转使得第一通孔与第三通孔连通时，则钻井液经第一通孔以及第三通孔进入第二腔室内，此时第二腔室内的压强大于第一腔室内的压强，进而可以驱使活塞以及活塞杆竖直上移至原状态，当然此时第一腔室内的钻井液应被导出，而第三腔室通过第二控制阀可由增压器壳体外侧导入钻井液，用于下一次的喷射。整个过程中，通过驱动件控制上阀片旋转，进而可以由高压管处周期性喷射水炮轰击岩石，不断诱发岩爆，利用岩爆释放岩石内部存储的大量弹性应变能，提高破岩效率，从而达到高速钻井的目的，同时，由于岩爆释放岩体应力，其内部裂纹扩展，强度大幅度减小，降低破岩对钻头材料的要求和降低了在钻井过程中钻头作用于地层的钻压，一方面可有效提高钻速，进而提高钻井效率，而且降低破岩难度及钻井能耗，另一方面，可保护钻头，有效提高钻头工作的可靠性和使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于增压器的岩爆钻井装置，包括竖直设置的增压器壳体以及安设于所述增压器壳体上端口的上部接头，所述增压器壳体上设置有与所述上部接头连通且延伸至所述增压器壳体下端的常压管以及向下延伸且由所述增压器壳体的下端导出的高压管，其特征在于：于所述增压器壳体内水平设置有上阀片、位于所述上阀片下方且与所述上阀片贴合的下阀片以及可驱使所述上阀片绕轴线旋转的驱动件，所述上阀片上竖直设置有第一通孔，所述下阀片上设置有第二通孔以及第三通孔，所述第二通孔以及所述第三通孔均与所述第一通孔同轴等径，所述增压器壳体于所述下阀片下方设置有活塞以及滑动设置于所述高压管内的活塞杆，所述活塞的上端与所述下阀片的下表面围合形成与所述第二通孔连通的第一腔室，所述活塞的下端与所述增压器壳体的内壁之间围合形成与所述第三通孔连通的第二腔室，所述活塞杆的下端与所述高压管之间围合形成第三腔室，且于所述高压管内设置有可控制所述第三腔室与所述增压器壳体的下端连通的第一控制阀，所述第三腔室通过第二控制阀与所述增压器壳体的外侧连通。

【技术特征摘要】
1.一种基于增压器的岩爆钻井装置，包括竖直设置的增压器壳体以及安设于所述增压器壳体上端口的上部接头，所述增压器壳体上设置有与所述上部接头连通且延伸至所述增压器壳体下端的常压管以及向下延伸且由所述增压器壳体的下端导出的高压管，其特征在于：于所述增压器壳体内水平设置有上阀片、位于所述上阀片下方且与所述上阀片贴合的下阀片以及可驱使所述上阀片绕轴线旋转的驱动件，所述上阀片上竖直设置有第一通孔，所述下阀片上设置有第二通孔以及第三通孔，所述第二通孔以及所述第三通孔均与所述第一通孔同轴等径，所述增压器壳体于所述下阀片下方设置有活塞以及滑动设置于所述高压管内的活塞杆，所述活塞的上端与所述下阀片的下表面围合形成与所述第二通孔连通的第一腔室，所述活塞的下端与所述增压器壳体的内壁之间围合形成与所述第三通孔连通的第二腔室，所述活塞杆的下端与所述高压管之间围合形成第三腔室，且于所述高压管内设置有可控制所述第三腔室与所述增压器壳体的下端连通的第一控制阀，所述第三腔室通过第二控制阀与所述增压器壳体的外侧连通。2.如权利要求1所述的基于增压器的岩爆钻井装置，其特征在于：于所述上阀片的外缘面设置有朝向所述增压器壳体内壁的第一凹槽，所述增压器壳体内侧设置有第一导流孔、第二导流孔以及第三导流孔，所述第一导流孔一端与所述第一腔室连通，另一端通过所述第一凹槽与所述第三导流孔连通，所述第二导流孔的一端与所述第二腔室连通，另一端通过所述第一凹槽与所述第三导流孔连通，所述第三导流孔延伸至所述增压器壳体的外侧，且所述第一导流孔与所述第二通孔的位置对应，所述第二导流...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏小梅，
申请(专利权)人：海斯比得武汉石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42