一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭制造技術

本發明專利技術公開了一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭，其特征在于包括雙壁鉆頭，及設置在雙壁鉆頭內部的橋式雙管流道、射流泵、固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置。所述的橋式雙管流道代替雙壁鉆桿反循環鉆井中底部鉆具組合上部的流動轉換接頭，實現了鉆井液和巖屑從雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭的巖屑吸入管直接進入雙壁鉆桿的內管，從而提高了井底清巖效率；所述的射流泵抽吸井底流體，減小井底壓差，實現欠平衡而提高機械鉆速；所述的固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置，通過固定導向葉輪旋轉射流噴嘴產生高速旋轉射流，形成有利于清巖的井底旋流流場，改善井底巖屑的受力狀況，提升井底清巖效率。

【技術實現步驟摘要】
一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭
本專利技術屬于鉆井與油氣工程領域，具體涉及一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭。
技術介紹
雙壁鉆桿反循環鉆井(ReelWell鉆井)是一項新的鉆井技術，它以雙壁鉆桿為基礎，鉆井液從雙壁鉆桿環空泵入井內并清洗井底，從內部鉆桿中攜帶巖屑返回地面，從而實現鉆井液閉環循環。雙壁鉆桿反循環鉆井技術最初是為了解決連續管鉆井中井眼清洗問題而提出來的。雙壁鉆桿反循環鉆井技術自2004年創建以來，主要由挪威國家石油公司、挪威科學研究委員會進行理論研究、配套設備的研發與測試。2005年開始對雙壁鉆桿反循環鉆井技術展開可行性分析與調研；2006年完成了關鍵配套設備的研發與測試，同年Shell公司也加入對該技術的研究；2007年對全尺寸的模型在“Ullrigg”鉆機上進行了考證；2008年實際設備在“Ullrigg”鉆機上進行了試驗；2009年在陸上與海上進行了試驗井的鉆探試驗并取得成功；2013年OTC會議上推出了雙壁鉆桿反循環無隔水管鉆井方法。雙壁鉆桿反循環技術在控制壓力鉆井、大位移鉆井、深水鉆井以及有壓力挑戰性的地層鉆進方面具有極大的優勢，主要具有如下特點：(1)鉆井液在管中管內反循環，實現無隔水管鉆井；(2)雙壁鉆桿充當電力和數據傳輸通道；(3)實現全過程控壓鉆井。但是由于鉆井過程中，鉆井液是從底部鉆具組合上部的流動轉換接頭進入雙壁鉆桿的內管，流動方向突然轉變，使得井底巖屑的上返效率降低，井底巖屑得不到及時清理，從而造成部分巖屑的重復破碎，影響破巖效率。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭，通過雙壁鉆頭內部的橋式雙管流道，實現鉆井液從鉆頭處直接進入雙壁鉆桿的內管，提高井底清巖效率；通過射流泵抽吸井底流體，減小井底壓差，實現欠平衡而提高機械鉆速；通過固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置，產生有利于清巖的井底旋流流場，改善井底巖屑的受力狀況，提升井底清巖效率。為實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案如下：一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭，包括雙壁鉆頭，及設置在雙壁鉆頭內部的橋式雙管流道、射流泵、固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置。雙壁鉆頭包括外管接頭、內管接頭、外管、內管、鉆頭；外管接頭與外管連接，外管與鉆頭連接；內管接頭與內管連接，內管與鉆頭連接，內管接頭和內管位于外管接頭和外管內部；外管接頭、內管接頭、外管、內管、鉆頭為一個整體；雙壁鉆頭是雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭切削巖石的工作部分。橋式雙管流道包括小環空、流動轉換流道、高壓腔、巖屑吸入管；小環空位于所述的內管與外管之間，小環空通過流動轉換流道與高壓腔連通；巖屑吸入管與流動轉換流道交叉設置，貫穿所述的外管與內管；巖屑吸入管外端與鉆頭的外壁連接；橋式雙管流道代替雙壁鉆桿反循環鉆井中底部鉆具組合上部的流動轉換接頭，實現了鉆井液和巖屑從雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭的巖屑吸入管直接進入雙壁鉆桿的內管，從而大大提高了井底清巖效率。射流泵包括反向高速射流噴嘴、吸入腔、喉管、擴散管、鉆井液上返流道；反向高速射流噴嘴入口與所述的高壓腔連通，反向高速射流噴嘴的出口位于吸入腔內；吸入腔與喉管對接連通，吸入腔的側面與巖屑吸入管的內端連接；喉管與擴散管對接連通；擴散管與鉆井液上返流道對接連通；吸入腔、喉管、擴散管、鉆井液上返流道均包含于所述的內管內；射流泵是實現欠平衡，提高井底清巖效率和機械鉆速的關鍵機構。固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置包括井底巖屑攪動與清洗流道、固定導向葉輪旋轉射流噴嘴；井底巖屑攪動與清洗流道的入口與所述的高壓腔連通，井底巖屑攪動與清洗流道出口與固定導向葉輪旋轉射流噴嘴的入口連接；固定導向葉輪旋轉射流噴嘴為錐形噴嘴，由圓柱形內腔、導向葉輪、收縮加速段和直柱出口段四部分組成，導向葉輪固定在圓柱形內腔內，圓柱形內腔與收縮加速段及直柱出口段依次串聯而成；固定導向葉輪旋轉射流噴嘴的出口與鉆頭端部連接，鉆頭噴嘴數量根據鉆頭結構而定；固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置是產生有利于清巖的井底旋流流場的關鍵機構，固定導向葉輪旋轉射流噴嘴和鉆頭旋轉聯合作用產生井底旋流流場，改善井底巖石和巖屑的受力狀況，大幅度提升井底清巖效率，提高鉆進速度。綜上所述，與現有技術相比，本專利技術具有以下良好效果：(1)本專利技術的橋式雙管流道，代替了雙壁鉆桿反循環鉆井中底部鉆具組合上部的流動轉換接頭，實現鉆井液和巖屑從鉆頭處直接進入雙壁鉆桿的內管，使井底巖屑及時被清除，提高井底清巖效率。(2)本專利技術的射流泵抽吸井底流體，減小井底壓差，實現欠平衡而提高機械鉆速。(3)本專利技術的固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置產生旋轉射流，一方面大大提高了井底射流的沖洗范圍，旋轉射流能夠在井底產生較大的切向速度，從而增大井底漫流速度，促使破碎的巖屑迅速離開井底，大幅度提升井底清巖效率；另一方面產生的旋轉射流與鉆頭旋轉聯合作用可產生有利于清巖的井底旋流流場，在井底形成有序的高壓區和低壓區分布，改善井底巖石和巖屑的受力狀況，提高鉆進速度。附圖說明圖1為雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭的示意圖；圖2為雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭沿圖1俯視示意圖；圖3為雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭沿圖1中A-A的剖視示意圖；圖4為雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭沿圖1中B-B的剖視示意圖；圖5為雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭的反向高速射流噴嘴示意圖；圖6為雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭的固定導向葉輪旋轉射流噴嘴示意圖；圖7為雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭的固定導向葉輪旋轉射流噴嘴中導向葉輪的示意圖。圖中：1、雙壁鉆頭，2、橋式雙管流道，3、射流泵，4、固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置；101、外管接頭，102、內管接頭，103、外管，104、內管，105、鉆頭；201、小環空，202、流動轉換流道，203、高壓腔，204、巖屑吸入管；301、反向高速射流噴嘴，302、吸入腔，303、喉管，304、擴散管，305、鉆井液上返流道；401、井底巖屑攪動與清洗流道，402、固定導向葉輪旋轉射流噴嘴，403、導向葉輪。具體實施方式以下結合附圖，說明本專利技術提出的具體實施方式、結構、特征及其功效，詳細說明如下：一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭，包括雙壁鉆頭1及設置在雙壁鉆頭內部的橋式雙管流道2、射流泵3、固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置4。雙壁鉆頭1包括外管接頭101、內管接頭102、外管103、內管104、鉆頭105；外管接頭101與外管103連接，外管103與鉆頭105連接；內管接頭102與內管104連接，內管104與鉆頭105連接，內管接頭102和內管104位于外管接頭101和外管103內部；外管接頭101、內管接頭102、外管103、內管104、鉆頭105為一個整體；雙壁鉆頭1是雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭切削巖石的工作部分。橋式雙管流道2包括小環空201、流動轉換流道202、高壓腔203、巖屑吸入管204；小環空201位于所述的內管104與外管103之間，小環空2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭，其特征在于包括雙壁鉆頭，及設置在雙壁鉆頭內部的橋式雙管流道、射流泵、固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置。

【技術特征摘要】
1.一種雙壁鉆桿反循環鉆井固定導向葉輪式旋流射流泵鉆頭，其特征在于包括雙壁鉆頭，及設置在雙壁鉆頭內部的橋式雙管流道、射流泵、固定導向葉輪式旋轉射流沖砂裝置；所述的雙壁鉆頭包括外管接頭、內管接頭、外管、內管、鉆頭；外管接頭與外管連接，外管與鉆頭連接；內管接頭與內管連接，內管與鉆頭連接，內管接頭和內管位于外管接頭和外管內部；外管接頭、內管接頭、外管、內管、鉆頭為一個整體；所述的橋式雙管流道包括小環空、流動轉換流道、高壓腔、巖屑吸入管；小環空位于所述的內管與外管之間，小環空通過流動轉換流道與高壓腔連通；巖屑吸入管與流動轉換流道交叉設置，貫穿所述的外管與內管；巖屑吸入管外端與鉆頭的外壁連接；所述的射流泵包括反向高速射流噴嘴、吸入腔、喉管、擴散管、鉆井液上返流道；反向高速射流噴嘴...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高德利，陳緒躍，郭柏云，蔣凱，張鑫，朱海峰，
申請(專利權)人：中國石油大學北京，
類型：發明
國別省市：北京;11