机械冲击-高压喷射联合破岩方法及发生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机械冲击

【技术实现步骤摘要】
机械冲击
‑
高压喷射联合破岩方法及发生装置


[0001]本专利技术涉及石油及天然气开采提速增效
，特别涉及机械冲击
‑
高压喷射联合破岩方法及发生装置。

技术介绍

[0002]随着石油天然气勘探开发的不断深入，钻井深度越来越大。深部地层岩石硬度高及复杂的环境特性对提速增效及高效破岩提出迫切需求。
[0003]高压喷射和机械冲击是两种已被实验和现场应用验证的高效破岩技术。高压喷射通过提高井底钻头喷嘴射流压力来大幅度提高钻井速度。国外开发出高压射流辅助钻井系统，在地面将钻井液提压直接作用在井底辅助钻头的机械破岩作用，能够提高机械钻速2
‑
3倍。而井下增压的方式只需要在钻头上方增设增压装置，无需变动现有设备，制造方便。
[0004]机械冲击钻井技术通过在近钻头安装冲击器，使钻头在常规旋转钻进的同时产生轴向或者周向的冲击，以瞬时应力集中来提高岩石破碎效率，削弱粘滑效应，弱化钻头无规则振动。
[0005]实践证明，高压喷射在软到中硬地层有更好的提速效果，机械冲击在中硬到硬地层效果更好。当面临超深井超硬地层时，包括这两种提速方法在内的各种提速方法均没有很好的提速效果，甚至无效果。因此有必要探寻一种新的适用超硬地层的高效破岩方法及装置。

技术实现思路

[0006]针对现有工程技术存在的上述问题，本专利技术要解决的问题是：针对深部地层岩石比较硬的问题，专利技术一种机械冲击
‑
高压喷射联合破岩方法，提高钻井速度，缩短建井周期，实现油气资源的经济高效开采。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置，包括：壳体及设置于其内的旋扭机构、传动轴、活塞腔和高压快速接头；
[0009]所述壳体的上端用于连接钻柱；所述旋扭机构能够将钻井液的轴向机械能转变为所述传动轴的周向转动；
[0010]所述传动轴和所述活塞腔之间设有联动结构，所述联动结构能够在所述传动轴转动时使所述活塞腔上下往复运动；
[0011]所述传动轴的下端插入所述活塞腔的内腔最上段，所述壳体的内腔向所述内腔最上段单向连通；所述高压快速接头固定于所述活塞腔的内腔第二段，所述内腔最上段向所述高压快速接头的内腔单向压力连通，所述高压快速接头用于连接钻头水眼；所述活塞腔的内腔第三段与所述壳体的内腔连通；所述活塞腔的内腔最下段用于连接钻头。
[0012]优选地，所述联动结构包括：
[0013]设置于所述活塞腔的上端面的活塞腔倾斜凸台；
[0014]设置于所述传动轴的传动轴倾斜凸台；所述传动轴倾斜凸台用于同所述活塞腔倾斜凸台沿周向咬合。
[0015]优选地，多个所述活塞腔倾斜凸台沿周向均布于所述活塞腔的环形侧壁的上端面；
[0016]所述传动轴设有中下段台肩，多个所述传动轴倾斜凸台沿周向均布于所述中下段台肩的环形台肩面。
[0017]优选地，所述壳体的下端设有第一凹凸台；
[0018]所述活塞腔设有中下段台肩，所述中下段台肩设有第二凹凸台；所述第二凹凸台用于同所述第一凹凸台配合传递扭矩。
[0019]优选地，所述旋扭机构包括：导流体和叶轮；
[0020]所述导流体的外侧设有倾斜流道，所述叶轮位于所述导流体的下方，所述叶轮的外侧设有与所述倾斜流道反向的倾斜叶片；所述叶轮与所述传动轴传动配合。
[0021]优选地，还包括：固定于所述壳体内的导流体压环；
[0022]所述导流体的下端坐于所述壳体的内腔台肩，所述导流体压环压紧于所述导流体的上端。
[0023]优选地，所述传动轴从下向上依次穿过所述叶轮和所述导流体；
[0024]所述机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置还包括：
[0025]设于所述导流体和所述传动轴之间的轴承；
[0026]螺接于所述传动轴的压紧螺母，所述压紧螺母的下端面压紧于所述轴承的上端面；
[0027]设于所述叶轮和所述传动轴之间，用于传动配合的花键。
[0028]优选地，所述传动轴设有上中段台肩，所述叶轮的下端面与所述上中段台肩接触配合，上端面与所述导流体的下端面接触配合。
[0029]优选地，还包括：第一单向阀和第二单向阀；
[0030]所述第一单向阀设于所述壳体内腔向所述内腔最上段的第一流道，所述第二单向阀设于所述内腔最上段向所述高压快速接头内腔的第二流道。
[0031]机械冲击
‑
高压喷射联合破岩方法，采用如上述的机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置，包括步骤：
[0032]在常规旋转钻进的基础上对目标范围内的岩石(体)进行冲击振动作用，根据目标岩石(体)的硬度、裂隙复杂性等参数调节机械冲击发生装置的频率和功率；
[0033]在振动冲击作用岩石的同时，开启高压水射流产生装置，通过高压喷嘴将高压喷射作用于岩体，利用高压水射流对机械冲击弱化的岩石进行深度的弱化甚至破碎，同时高压喷射对井底的岩粉/屑进行排出处理，对钻头起到降温的效果；
[0034]在旋转的PDC钻头的刮削作用下持续破碎弱化的岩石，实现钻头向深部地层的持续钻进。
[0035]从上述的技术方案可以看出，本专利技术提供的机械冲击
‑
高压喷射联合破岩方法及发生装置，其有益效果如下：
[0036](1)机械冲击和高压喷射协同作用，可大幅提高超硬地层破岩效率；
[0037](2)一个近钻头短接利用钻井液残余能量同时实现了机械冲击和高压喷射，对常
规钻井系统干扰少；
[0038](3)装置长度较短，对定向工具影响小；
[0039](4)没有弹簧等缓冲复位部件，系统能量利用率高；
[0040](5)系统仅部分钻井液增压，可大大减少钻井液冲蚀损坏，提高工具寿命；
[0041](6)本专利技术结构简单，易于实现，成本较低。
附图说明
[0042]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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本专利技术实施例提供的机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置的结构示意图；
[0044]图2a为本专利技术实施例提供的凸起啮合部位冲击状态的结构示意图；
[0045]图2b为图2a中S1区域的局部放大图；
[0046]图2c为本专利技术实施例提供的凸起啮合部位回转状态的结构示意图。
[0047]其中，1为壳体；2为导流体压环；3为压紧螺母；4为轴承；5为导流体；6为叶轮；7为花键；8为传动轴；9为活塞腔；10为单向阀；11为高压快速接头；901为单向阀入口；902为单向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置，其特征在于，包括：壳体(1)及设置于其内的旋扭机构、传动轴(8)、活塞腔(9)和高压快速接头(11)；所述壳体(1)的上端用于连接钻柱；所述旋扭机构能够将钻井液的轴向机械能转变为所述传动轴(8)的周向转动；所述传动轴(8)和所述活塞腔(9)之间设有联动结构，所述联动结构能够在所述传动轴(8)转动时使所述活塞腔(9)上下往复运动；所述传动轴(8)的下端插入所述活塞腔(9)的内腔最上段，所述壳体(1)的内腔向所述内腔最上段单向连通；所述高压快速接头(11)固定于所述活塞腔(9)的内腔第二段，所述内腔最上段向所述高压快速接头(11)的内腔单向压力连通，所述高压快速接头(11)用于连接钻头水眼；所述活塞腔(9)的内腔第三段与所述壳体(1)的内腔连通；所述活塞腔(9)的内腔最下段用于连接钻头。2.根据权利要求1所述的机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置，其特征在于，所述联动结构包括：设置于所述活塞腔(9)的上端面的活塞腔倾斜凸台(903)；设置于所述传动轴(8)的传动轴倾斜凸台(801)；所述传动轴倾斜凸台(801)用于同所述活塞腔倾斜凸台(903)沿周向咬合。3.根据权利要求2所述的机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置，其特征在于，多个所述活塞腔倾斜凸台(903)沿周向均布于所述活塞腔(9)的环形侧壁的上端面；所述传动轴(8)设有中下段台肩，多个所述传动轴倾斜凸台(801)沿周向均布于所述中下段台肩的环形台肩面。4.根据权利要求1所述的机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置，其特征在于，所述壳体(1)的下端设有第一凹凸台；所述活塞腔(9)设有中下段台肩，所述中下段台肩设有第二凹凸台；所述第二凹凸台用于同所述第一凹凸台配合传递扭矩。5.根据权利要求1所述的机械冲击
‑
高压喷射联合破岩发生装置，其特征在于，所述旋扭机构包括：导流体(5)和叶轮(6)；所述导流体(5)的外侧设有倾斜流道，所述叶轮(6)位于所述导流体(5)的下方，所述叶轮(6)的外侧设有与所述倾斜流道反向的倾斜叶片；所述叶轮(6)与所述传动轴(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪照生，徐泓，李帮民，李忠寿，蒋金宝，王惠文，
申请(专利权)人：中石化中原石油工程有限公司中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：