专利名称：近钻头局部低压钻井工具的制作方法
技术领域：
本发明属于石油、天然气钻井的配套装置。
背景技术：
随着井深的增大，钻井速度逐渐降低，其原因可以概括为以下两个方面，(一)、在井底液柱压力和地层孔隙流体压力差的作用下，钻头破碎岩石生成的岩屑被压在原位，被钻头重复切削，阻碍岩石新的破碎面暴露，使钻头破岩钻进的效率下降，即“压持效应”。(二)、井底岩石受上覆岩层压力σhe和井底液柱法向应力σne的作用，一般0＜σne＜σhe，根据三维Griffith强度准则，井深增大使得法向应力σne增加，相当于提高了岩石三个主应力的均匀程度，使其“塑性”增加，破碎强度增大。因为井底液柱压力和井底液柱法向应力σne是对应的，因此减小井底液柱压力，直接关系到减少“压持效应”、降低岩石破碎强度，提高钻井速度。欠平衡条件下，钻井速度大幅度提高的实践证实了该结论。但是现阶段全井段的欠平衡技术，只适用于部分地层，且该技术对设备能力要求高、投资大，易出现井蹋、井眼扩大等复杂情况，大规模应用的条件尚不成熟。因此如果能够限制在井底降低液柱压力，则即可避免全井段欠平衡钻井所带来的负面问题，又可有效提高钻井速度。
发明内容
本发明正是为实现只在井底降低液柱压力，减少“压持效应”，降低岩石破碎强度，提高钻井速度而设计的。其原理是通过周期性阻断钻井液的通道，形成负水击压力向下传播至井底，改善井底岩石的受力状况，强化井底净化效果，有效提高钻头的破岩钻进效率，本发明的目的就是为现场提供一种近钻头局部低压钻井工具。
本发明是这样来实现的，它由转换接头、内管、壳体、滑阀、滑阀弹簧和限位堵头等组成，壳体成中空圆柱状，两端加工有螺纹，将加工有流道的限位堵头装入壳体内部下端，内管成中空圆柱状，上下端分别加工有上回压孔和下回压孔，两端外径大于中段外径，滑阀弹簧和加工有中心流道的滑阀顺序装入内管内部下端，其中滑阀和内管采用密封配装，滑阀的下端伸入滑阀弹簧内，滑阀的肩部与滑阀弹簧上端面相接，然后将内管整体配装入壳体内，内管的下端面与限位堵头相接，内管的两端与壳体的内径成紧密配合，内管中段外壁与壳体的内壁之间留有间隙，最后将壳体下端与钻头相联，壳体的上端通过转换接头与钻柱相联，转换接头的下端面与内管的上端面相接，滑阀上下端均成圆柱状，上端的直径大于下端的直径，上端表面加工有密封槽，钻井液经转换接头进入内管，经滑阀、限位堵头和钻头到达井底，因为滑阀中心流道的过流面积较小，钻井液经过产生很大压降作用于滑阀上端面，压缩滑阀弹簧，推动滑阀下行，直至与限位堵头碰接，将滑阀的中心流道关闭，高速流动的钻井液因阻断产生正水击，在滑阀的上端形成很大的压力，滑阀的下端因上面液流不能下行，而原来的液体继续向下流动，压力急剧降低，即在上端产生正水击的同时，下端也产生负水击，滑阀上端和下端的压力差将滑阀紧压在限位堵头上，滑阀下端因钻井液流道被阻断而产生的负水击压力经钻头向下传播至井底，使得井底流场的压力下降，滑阀上端的正水击压力在内管内向上传播，经上回压孔进入内管外壁与壳体内壁形成的环形空间，向下传播，通过位于内管下端的下回压孔，到达滑阀下端，与滑阀上端的正水击压力平衡，从而滑阀在被压缩的滑阀弹簧的作用下脱离限位堵头，向上运动，钻井液流道打开，如此周而复始，钻井液流道被周期性打开和关闭，所产生的周期性负水击压力向下传播至井底，使得井底流场的压力周期性地降低，改善井底岩石的受力状况，强化井底净化效果，有效提高钻头的破岩钻进效率，负水击压力的大小和频率通过调整内管的长度、壁厚、钻井液性能、滑阀弹簧的刚度和滑阀的重量等参数来获得。
本发明基于影响深部地层钻井速度的机理分析，提出通过降低井底液柱压力来减少“压持效应”、降低岩石破碎强度，提高钻井速度，并以此为指导设计了特殊的水力结构，周期性阻断钻井液流动，形成负水击压力向下传播至井底，提高钻井速度，本发明具有结构简单、使用方便、安全可靠、压耗低、不影响钻具结构等特点，对于提高钻井速度、降低生产成本具有重要的实际意义。
图1近钻头局部低压钻井工具示意图1.转换接头；2.上回压孔；3.内管；4.壳体；5.滑阀；6.滑阀弹簧；7.下回压孔；8.限位堵头具体实施方式
现结合说明书附图对本发明作进一步的描述。
当采用本发明进行水力脉冲低压钻井施工时，壳体[4]成中空圆柱状，两端加工有螺纹，将加工有流道的限位堵头[8]装入壳体[4]内部下端，内管[3]成中空圆柱状，上下端分别加工有上回压孔[2]和下回压孔[7]，两端外径大于中段外径，滑阀弹簧[6]和加工有中心流道的滑阀[5]顺序装入内管[3]内部下端，其中滑阀[5]和内管[3]采用密封配装，滑阀[5]的下端伸入滑阀弹簧[6]内，滑阀[5]的肩部与滑阀弹簧[6]上端面相接，然后将内管[3]整体配装入壳体[4]内，内管[3]的下端面与限位堵头[8]相接，内管[3]的两端与壳体[4]的内径成紧密配合，内管[3]中段外壁与壳体[4]的内壁之间留有间隙，最后将壳体[4]下端与钻头相联，壳体[4]的上端通过转换接头[1]与钻柱相联，转换接头[1]的下端面与内管[3]的上端面相接，滑阀[5]上下端均成圆柱状，上端的直径大于下端的直径，上端表面加工有密封槽。
当采用本发明进行水力脉冲低压钻井施工时，钻井液经转换接头[1]进入内管[3]，经滑阀[5]、限位堵头[8]和钻头到达井底，因为滑阀[5]中心流道的过流面积较小，钻井液经过产生很大压降作用于滑阀[5]上端面，压缩滑阀弹簧[6]，推动滑阀[5]下行，直至与限位堵头[8]碰接，将滑阀[5]的中心流道关闭，高速流动的钻井液因阻断产生正水击，在滑阀[5]的上端形成很大的压力，滑阀[5]的下端因上面液流不能下行，而原来的液体继续向下流动，压力急剧降低，即在上端产生正水击的同时，下端也产生负水击，滑阀[5]上端和下端的压力差将滑阀[5]紧压在限位堵头[8]上，滑阀[5]下端因钻井液流道被阻断而产生的负水击压力经钻头向下传播至井底，使得井底流场的压力下降，滑阀[5]上端的正水击压力在内管[3]内向上传播，经上回压孔[2]进入内管[3]外壁与壳体[4]内壁形成的环形空间，向下传播，通过位于内管[3]下端的下回压孔[7]，到达滑阀[5]下端，与滑阀[5]上端的正水击压力平衡，从而滑阀[5]在被压缩的滑阀弹簧[6]的作用下脱离限位堵头[8]，向上运动，钻井液流道打开，如此周而复始，钻井液流道被周期性打开和关闭，所产生的周期性负水击压力向下传播至井底，使得井底流场的压力周期性地降低，改善井底岩石的受力状况，强化井底净化效果，有效提高钻头的破岩钻进效率，负水击压力的大小和频率通过调整内管[3]的长度、壁厚、钻井液性能、滑阀弹簧[6]的刚度和滑阀[5]的重量等参数来获得。
权利要求
1.近钻头局部低压钻井工具，它由转换接头、内管、壳体、滑阀、滑阀弹簧和限位堵头等组成，其特征是壳体[4]成中空圆柱状，两端加工有螺纹，将加工有流道的限位堵头[8]装入壳体[4]内部下端，内管[3]成中空圆柱状，上下端分别加工有上回压孔[2]和下回压孔[7]，两端外径大于中段外径，滑阀弹簧[6]和加工有中心流道的滑阀[5]顺序装入内管[3]内部下端，其中滑阀[5]和内管[3]采用密封配装，滑阀[5]的下端伸入滑阀弹簧[6]内，滑阀[5]的肩部与滑阀弹簧[6]上端面相接，然后将内管[3]整体配装入壳体[4]内，内管[3]的下端面与限位堵头[8]相接，内管[3]的两端与壳体[4]的内径成紧密配合，内管[3]中段外壁与壳体[4]的内壁之间留有间隙，最后将壳体[4]下端与钻头相联，壳体[4]的上端通过转换接头[1]与钻柱相联，转换接头[1]的下端面与内管[3]的上端面相接。
2.根据权利要求1所述的近钻头局部低压钻井工具，其特征是滑阀[5]上下端均成圆柱状，上端的直径大于下端的直径，上端表面加工有密封槽。
全文摘要
近钻头局部低压钻井工具，它由转换接头、内管、壳体、滑阀、滑阀弹簧和限位堵头等组成，其原理是通过周期性阻断钻井液的通道，形成负水击压力向下传播至井底，改善井底岩石的受力状况，强化井底净化效果，有效提高钻头的破岩钻进效率，本发明具有结构简单、使用方便、安全可靠、压耗低、不影响钻具结构等特点，对于提高钻井速度、降低生产成本具有重要的实际意义。
文档编号E21B10/00GK1757875SQ20041003579
公开日2006年4月12日 申请日期2004年10月10日 优先权日2004年10月10日
发明者倪红坚, 韩来聚, 李作会 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院