干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置的制作方法

本发明涉及干热岩钻探钻具技术领域，特别涉及一种干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置。

背景技术：

干热岩作为一种储量大、分布广的可再生清洁能源，具有极高的开发价值与应用前景。钻井是干热岩开发的关键环节。在干热岩地层钻井存在诸多难点，包括钻井环境温度高，影响了钻井液的稳定性和钻井工具的使用寿命；干热岩主要岩性为各种变质岩和结晶岩，岩体致密坚硬，抗压强度高，可钻性差，常见的如花岗岩，花岗闪长岩等；且钻井深度大，受到深孔围压、液柱压持效应等不利因素影响，不仅岩石强度硬度有明显提升，对钻探工艺、设备维护等也提出了很高要求。采用常规回转钻进方法，碎岩效率低，钻头磨损快，钻井成本高，从而严重制约了干热岩的大规模开发利用。

从碎岩理论来看，潜孔锤钻进技术是当今解决硬岩钻进难题最有效的方法之一。风动潜孔锤钻进以其很高的钻进效率，较长的钻头寿命，较低的钻孔成本，很低的液柱压持效应等显著特点，在干热岩钻井中有着巨大的应用前景。

由于常规风动潜孔锤钻井不具备扩眼功能，且干热岩地层研磨性强，出井钻头外径磨损严重，为了保证新的空气钻头能顺利到达孔底，通常要下牙轮钻头扩眼。这种方法增加了提下钻次数，钻进速度低，钻井成本高。

技术实现要素：

针对干热岩风动潜孔锤钻进下新钻头前需要扩眼，而现有的下牙轮钻头扩眼方法存在费时较长等问题，本发明的目的在于提供一种新型可靠的用于提高干热岩钻进速度的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置，其特征在于，包括：上接头、固定套、滑套、中接头、引流管、文丘里喷管、引砂管、外管、内管、储砂腔、下接头及树脂球，所述上接头通过螺纹连接在中接头上端；所述中接头上设有侧孔，侧孔沿中接头圆周均匀分布，侧孔向上倾斜设置；所述滑套与固定套通过剪钉连接，滑套、中接头及内管同轴设置，滑套上部位于中接头中心通道内，滑套下部位于内管内部；所述固定套位于中接头的中心通道上部，且固定套的顶端抵靠在上接头底端面上；所述文丘里喷管及引流管固定在侧孔内，且文丘里喷管、引流管及侧孔同轴，文丘里喷管与引流管连通；所述引流管上开设有与引砂孔对应的进砂口；所述引砂孔开设在中接头底部；所述外管位于中接头和下接头之间，外管上端与中接头螺纹连接，外管的下端与下接头螺纹连接；所述内管位于外管内部，内管与外管同轴设置，内管的长度小于外管的长度，内管的上端为自由端，内管的下端通过螺纹连接在下接头上端；所述储砂腔为内管与外管之间形成的环形腔；所述引砂管设置在储砂腔内部，引砂管的底端为进砂端，引砂管的顶端插入引砂孔内并与其螺纹连接；所述树脂球用于控制滑套封闭或敞开侧孔及储砂腔的上部敞口。

进一步，所述侧孔中心轴线与中接头中心轴线的夹角为45°～75°。

进一步，所述滑套与中接头之间设置有第一密封圈，滑套与内管之间设置有第二密封圈。

进一步，所述滑套的外径为d，内径为0.8d，树脂球的直径为0.9d。

进一步，所述内管分为上下两段，上段内径为d，上段长度与滑套长度相同，下段内径为0.75d～0.8d。

进一步，所述引流管通过平键固定在侧孔内。

进一步，所述引流管和侧孔之间设置有两个密封圈，分别为第三密封圈及第四密封圈。

进一步，所述文丘里喷管通过强力胶粘接在喷管座内，喷管座顶部有两个拧卸孔，喷管座与侧孔螺纹连接。

进一步，所述喷管座上方设有弹性挡圈。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、本发明提出的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置能够有效地扩大井径，为新钻头顺利到达孔底提供了有力保障，减少了提下钻次数，提高了钻进速度。

2、本发明提出的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置避免了钻具与井壁的硬接触，降低了钻具的磨损，有效地减少孔内事故发生的概率。

3、本发明提出的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置，在正常钻进时，储砂腔内没有磨料，提钻进行喷砂扩眼时中心气流通道被关闭，不会出现磨料进入风动潜孔锤破坏潜孔锤内部精密元件的情况。

4、本发明提出的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置使用方便。每次钻进完成后，下次使用之前只需拧开上接头，取出固定套与滑套，清洗后，装入新的剪钉，然后将固定套与滑套放入原位置，再拧上上接头即可再次使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为正常钻进时本发明所提出的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置的结构示意图。

图2为投球后本发明所提出的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置的结构示意图。

图中各标记如下：1-上接头，2-中接头，3-弹性挡圈，4-拧卸孔，5-文丘里喷管，6-喷嘴座，7-洛帝牢垫片，8-螺母，9-滑套，10-第二密封圈，11-引砂管，12-内管，13-外管，14-下接头，15-固定套，16-剪钉，17-第一密封圈，18-引流管，19-侧孔，20-平键，21-第三密封圈，22-引砂孔，23-第四密封圈，24-储砂腔，25-树脂球。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1及图2所示，干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置，包括上接头1、固定套15、滑套9、中接头2、引流管18、文丘里喷管5、引砂管11、外管13、内管12、储砂腔24、下接头14以及树脂球25，所述上接头1通过螺纹连接在中接头2上端；所述中接头2上设有侧孔19，侧孔19沿中接头2圆周均匀分布，侧孔19向上倾斜设置，侧孔19中心轴线与中接头2中心轴线的夹角为45°～75°；所述滑套9与固定套15通过剪钉16连接，滑套9、中接头2及内管12同轴设置，滑套9上部位于中接头2中心通道内，滑套9下部位于内管12内部，滑套9与中接头2之间用第一密封圈17密封，滑套9与内管12之间用第二密封圈10密封，滑套9与固定套15通过剪钉16连接；所述固定套15位于中接头2的中心通道上部，且固定套15的顶端抵靠在上接头1底端面上，并被上接头1压住；所述文丘里喷管5及引流管18固定在侧孔19内，且文丘里喷管5、引流管18及侧孔19同轴，文丘里喷管5与引流管18连通；所述引流管18上开设有与引砂孔22对应的进砂口；所述引砂孔22开设在中接头2底部；所述外管13位于中接头2和下接头14之间，外管13上端与中接头2螺纹连接，外管13的下端与下接头14螺纹连接；所述内管12设置在外管13内部，内管12与外管13同轴，内管12的长度小于外管13的长度，内管12的上端为自由端，内管12的下端通过螺纹连接在下接头14上端；所述储砂腔24为内管12与外管13之间形成的环形腔；所述引砂管11设置在储砂腔24内部，引砂管11的顶端插入引砂孔22内并与其螺纹连接；所述树脂球25用于控制滑套9遮蔽或敞开侧孔19及储砂腔24的上部敞口。

本发明提供的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置的上接头1与钻杆螺纹连接，下接头14与风动潜孔锤上接头螺纹连接；

本发明提供的干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置的工作原理：使用潜孔锤钻进技术钻进后的花岗岩岩体，在距孔壁0～10mm的范围内存在着大量的微裂纹，这些裂纹的存在使井壁周围的花岗岩硬度下降(可用小刀刻划)。提钻时，用压缩空气携带着磨料通过文丘里喷管5以较低的速度喷射井壁，就可以使这些存在着大量裂纹的岩体剥落。这种方法类似于金属表面处理工艺中的喷砂除锈，因此取名为喷砂扩眼。这种喷砂扩眼的方式不仅减少了重复的提下钻次数，大幅度提高了钻进速度，而且避免了钻具与孔壁的硬接触，降低了钻具的磨损。

正常钻进时，滑套9通过剪钉16连接在固定套15上；滑套9将侧孔19及储砂腔24封闭，压缩空气沿中心气流通道进入风动潜孔锤。提钻时，投入树脂球25，中心气流通道被关闭，压力瞬间增大，剪钉16被剪断，滑套9下滑，侧孔19及储砂腔24打开。

所述文丘里喷管5中心轴线与中接头2中心轴线为45°～75°，保证在高效剥落井壁岩石的同时又能将产生的岩屑和磨料以一定的上返速度排出。

所述提钻速度和提钻时钻柱的回转速度，取决于井壁岩石的剥落速度，以保证井壁岩石剥落至所需厚度。

所述文丘里喷管5数量可根据文丘里喷管5的工作压力及工作效率增加或减少，文丘里喷管5沿中接头2圆周均匀分布，以保证喷射气流和磨料对钻具的作用力相互抵消。

上述中心气流通道由上接头1、中接头2、滑套9、内管12和下接头14的中心通道组成；

投球启动系统：由滑套9、固定套15、剪钉16、内管12及树脂球25，树脂球25直径为0.9d(滑套9外径为d，内径为0.8d)，树脂球25进入滑套9后可有效密封滑套9，内管12分为上下两段，上段内径为d，上段长度与滑套9长度相同，下段内径为0.75d～0.8d，下段长度取决于理论最佳单次投砂量。

喷砂扩眼系统：是由引流管18塞入侧孔19，并通过第三密封圈21及第四密封圈23密封构成的，引流管18上的进砂口与引砂孔22对齐，引流管18通过平键20固定在侧孔19内；文丘里喷管5通过强力胶粘接在喷管座6内；喷管座6顶部有两个拧卸孔4，喷管座6外部具有螺纹，将喷管座6拧入侧孔19；喷管座6上方设弹性挡圈3防止脱落；引砂管11上部具有外螺纹，先在引砂管11上拧一螺母8，再放洛帝牢垫片7，再将引砂管11拧入引砂孔22，然后拧紧螺母8；外管13通过螺纹连接在中接头2和下接头14上，内管12通过螺纹连接在下接头14上，内管12和外管13间的环形腔为储砂腔24。

正常钻进时：滑套9将侧孔19及储砂腔24上部封闭，压缩气体通过中心气流通道进入下方风动潜孔锤，发挥其驱动风动潜孔锤工作、清理岩屑和冷却钻头的作用。

喷砂扩眼时：①停钻，投入树脂球25，中心气流通道被关闭，滑套9在压缩空气的压力作用下剪断剪钉16，滑入内管12，侧孔19及储砂腔24上部被打开；②投砂，磨料落在滑套9和树脂球25上然后滑落进储砂腔24里；③投入的磨料量足以装满储砂腔24后，提钻，通入压缩空气，压缩空气进入引流管18在混合腔里产生负压，储砂腔24里的磨料在负压和储砂腔24上部的空气压力共同作用下沿引砂管11和引砂孔22进入引流管18混合腔内其与压缩空气混合后进入文丘里喷管5，再由文丘里喷管5喷出射向井壁，根据磨料消耗速率和磨料的投入量确定储砂腔24内磨料消耗完所需时间，在磨料消耗完之前停止通入压缩空气并停止提钻；然后重复步骤②和步骤③直至本装置提离需扩眼井段。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。