【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油及天然气开采提速增效，特别涉及一种利用钻头跳动实现钻井液井下增压和高压脉冲喷射破岩的方法和装置。
技术介绍
1、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造成整井钻速慢、钻井周期长，严重制约了油气资源的勘探开发进程。亟需高效破岩技术来提高破岩速度进而提高整井的钻井效率。高压射流破岩技术是提高机械钻速的技术之一，实现这项技术的关键是要制造出产生超高压水射流的增压装置。
2、目前实现钻井液增压的方式有地面增压和井下增压两种，将钻井液在地面增压后再输送到钻头对地面机泵、管汇系统要求极其严苛，钻井液沿程损失也极大。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。
3、现有的井下增压器常利用钻井液残余能量驱动活塞往复运动产生高压喷射，虽然能实现井下增压功能，但存在以下明显的特点：1)仅能实现部分体积钻井液增压，增压体积小；2)利用钻井液残余能量，增压幅度有限；3)常由液体动力机构通过转换机构带动往复结构运动产生高压喷射，机械结构复杂。这些特点的存在严重制约了井下增压式高压喷射技术的发展。
技术实现思路
1、针对现有工程技术的上述特点，本专利技术要解决的问题是：针对深部地层岩石此较硬的问题，专利技术一种利用钻头跳动机械能量实现井下全钻井液增压和高压脉冲喷射破岩的方法并提供了一种可行的实现设备，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。
2、为实现上述目的，本
3、本专利技术的第一方面，提出了一种利用钻头跳动能量实现钻井液井下增压和高压脉冲喷射破岩的方法：钻头破碎岩石过程中，凸凹不平的井底与钻齿之间相互作用，将使钻头产生剧烈纵向振动。通过一定的转换机构，将钻头的纵向振动转化为液压活塞腔体积的变化，这样便可以实现对钻井液的增压。增压后的高压脉冲钻井液通过钻头水眼作用于井底，既可以辅助钻头破岩，又可以提高岩屑清洁和运移效率。
4、包括步骤：
5、利用一定的装置将钻头的纵向振动作用放大，并将放大的纵向振动转换为钻井液空间的往复变大和变小，实现对钻井液的增压作用。增压后的钻井液通过钻头水眼形成脉冲射流；
6、根据目标岩石(体)的硬度、裂隙复杂性、钻井速度等参数优选最优的高压脉冲射流发生的频率、功率、角度等参数。根据优选的高压喷射参数优化井底增压装置的结构；
7、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；
8、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。
9、本专利技术的第二方面，基于利用钻头跳动能量对井下钻井液进行增压的思路，提出了一种井下增压的工具，包括下接头，防掉接头，复位弹簧，防掉螺母，单向阀机构，上接头和单向阀压环组成。下接头依次穿过复位弹簧和防掉接头，上端和防掉螺母固定连接。防掉接头外侧和上接头螺纹固定连接。单向阀机构上部被单向阀压环压紧坐于上接头内腔上部的第一台肩，下部插入下接头内腔。上接头上端和下接头下端分别为螺纹接头，分别与上部钻柱和下部钻头连接。
10、所述下接头外径分为上中下三段，中部截面为六方形，上下部截面为圆形。下中上三段外径依次减小。中部六方形与防掉接头内腔下部六方形截面配合以传递上部钻柱扭矩给钻头。上部圆柱体依次穿过复位弹簧和防掉接头内腔上部，上端螺纹与防掉螺母固定连接。下接头下端为母接头，与钻头相连。
11、所述防掉接头外径分为上下两段，上段外径为公螺纹，与上接头下端母螺纹固定连接，以传递上部钻柱钻压扭矩。同时，防掉接头与防掉螺母配合，在上提钻柱时防止下接头及钻头落入井底。防掉接头内腔也分为两段，下段内腔截面为六方形，与下接头中段配合传递扭矩给下接头。防掉接头内腔下段和上段形成的第三台肩坐于复位弹簧上端面。防掉接头通过弹簧将钻压传递给下接头，进而传递给钻头。
12、所述上接头除了上端母接头从上到下分为段。上段上部车有螺纹，通过单向阀压环将单向阀机构压紧坐于内腔上中段形成的第一台肩上。内腔下段下部车有螺纹，以与防掉接头外侧上段螺纹固定连接。上接头上端留有母螺纹，以与上部钻柱连接。
13、上述单向阀机构通过单向阀压环压紧坐于上接头内腔上段台阶上，单向阀下段插入下接头内腔上段。当防掉接头、上接头，单向阀机构形成的统一体和下接头相向运动时，单向阀阀门关闭，单向阀下段、下接头内腔以及钻头形成相对封闭的活塞腔室内的钻井液受挤压压力升高。高压钻井液通过钻头水眼形成高压脉冲射流作用井底岩石，辅助钻头破岩，提高钻井液清岩效率。
14、上述单向阀机构认为能实现单向流通功能的结构均属于本专利技术保护范围，其中一种优选的结构包含单向阀套筒，堵球及堵杆等。
15、上述单向阀套筒外形为一圆柱体，内腔由上至下分为四段。第二段为倾斜台面，可与堵球配合实现单向封堵功能。第三段内径较大，方便球下落到堵杆上时，钻井液从侧面顺畅的经过堵杆上段侧面的孔向下流入活塞腔体。第四段为螺纹结构，与堵杆上段下部的螺纹固定连接。第一段内径小于堵球直径小于第四段内径，如此方便从下部将堵球放入第三段腔体中。
16、上述堵球优选为一球体，球体直径介于单向阀套筒内腔第一段和第四段内径之间。
17、上述堵杆为一内径同一大小筒体。筒体外侧分为两段，上段直径较大，下段直径较小。上段下部车有螺纹，以与单向阀套筒固定连接。上段上部侧面留有侧面孔，为堵球封堵堵杆内腔入口时钻井液的泄流通道。
18、从上述的技术方案可以看出，本专利技术提供的利用井底钻头跳动能量实现钻井液井下增压的方法和工具，其有益效果如下：
19、(1)利用钻头跳动机械能量实现钻井液增压，增压幅度大，可实现真正意义上的高压喷射；
20、(2)实现钻井液全排量增压，钻井液增压体积大；
21、(3)工具结构简单，易于实现，成本较低；
22、(4)工具可减缓钻头跳动，保护钻头，延长钻头寿命；
23、(5)一个近钻头短接利用钻头跳动即可实现井下增压，无需改动常规钻井系统。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，包括：上接头(1)、单向阀机构(3)、防掉机构(4)、下接头(5)、防掉接头(6)和弹性机构(7)；
2.根据权利要求1所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述单向阀机构包括：单向阀套筒(301)、单向阀堵球(302)和单向阀堵杆(303)；
3.根据权利要求2所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述单向阀套筒(301)的内腔还设有第三段(3013)和第四段(3014)；
4.根据权利要求3所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述单向阀堵球(302)的外径小于所述第四段(3014)的内径。
5.根据权利要求2所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述单向阀套筒(301)的内腔还设有第一段(3011)；
6.根据权利要求1所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，还包括：单向阀压环(2)；
7.根据权利要求1所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述防掉机构(4)为防掉螺母，所述防掉螺母螺接于所述下接头(5)的下接
8.根据权利要求1所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述下接头(5)的中部外壁为下接头中段六边形体(502)，所述所述防掉接头(6)的下部内壁为与所述下接头中段六边形体(502)传动配合的防掉接头下部六边形体(602)。
9.根据权利要求1所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述弹性机构(7)为复位弹簧；
10.一种实现高压脉冲喷射破岩的方法，其特征在于，包括步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，包括：上接头(1)、单向阀机构(3)、防掉机构(4)、下接头(5)、防掉接头(6)和弹性机构(7)；
2.根据权利要求1所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述单向阀机构包括：单向阀套筒(301)、单向阀堵球(302)和单向阀堵杆(303)；
3.根据权利要求2所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述单向阀套筒(301)的内腔还设有第三段(3013)和第四段(3014)；
4.根据权利要求3所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述单向阀堵球(302)的外径小于所述第四段(3014)的内径。
5.根据权利要求2所述的实现高压脉冲喷射破岩的装置，其特征在于，所述单向阀套筒(301)的内腔还设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪照生，王鸿远，闫玉鹏，蒋金宝，徐彦彦，张敏，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：
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