一种适用于粒子钻井的双注入泵连续注入方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到油气钻井工程技术领域，尤其涉及一种适用于粒子钻井的双注入栗连续注入方法。
【背景技术】
[0002]目前常规的钻井方法是利用井底钻头的钻压和旋转实现机械破岩，达到钻进的目的，这种方式在遇到深部硬地层和强研磨地层时，仅依靠钻头的机械作用进行破岩，泥浆的作用只是携带岩肩，无法实现水力加机械的联合破岩效果，存在钻速慢、周期长、成本高的问题。
[0003]近年来，粒子冲击钻井技术作为一项革命性的提速技术，得到了广泛的应用；粒子冲击钻井是一种通过将直径1-3毫米的球形钢粒注入井底，以辅助破碎深部硬地层和强研磨地层的钻井技术。粒子冲击钻井效果的好坏，其中一个关键因子便是粒子注入装置，现有技术的粒子注入装置通常采用单高压罐式注入结构，无法实现粒子连续注入；且高压罐质量和体积较大，运输不方便，高压区覆盖面广，安全风险高；此外，还存在地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高的问题。因此亟需研制一种可实现粒子连续注入，且运输方便、安全性高的注入装置，以满足现场需求。
[0004]公开号为CN 203742449U，公开日为2014年07月30日的中国专利文献公开了一种粒子立式注入装置，其特征在于:包括高压容器，高压容器的上部设置进料管，底部设置出料管，出料管上设置倾斜出口，高压容器内设置旋转轴，旋转轴上设置螺旋齿，旋转轴和高压容器的顶部和底部之间分别设置上密封体和下密封体，上密封体和旋转轴之间、下密封体和旋转轴之间均设置轴承，上下端的轴承外侧分别设置上端盖和下端盖，上端盖上轴向设置泄压孔，旋转轴底部通过联轴器连接电机，电机通过支撑筋固定在支腿上，高压容器固定在支腿上，倾斜出口连接高压液动阀，高压液动阀连接高压三通。
[0005]该专利文献公开的粒子立式注入装置，虽然可使粒子均匀下落，避免粒子在高压容器底部堆积，但是，无法实现粒子连续注入，钻井速度相当有限；采用的高压容器质量和体积较大，造成地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高。
[0006]公开号为CN 103195363A，公开日为2013年07月10日的中国专利文献公开了一种负压射流式粒子冲击钻井注入装置，包括高压粒子注入罐，高压粒子注入罐顶部设置进料口，底部设置出料口，其特征在于:进料口一侧安装平衡压力射流管，平衡压力射流管一端设置射流防堵喷头，另一端置于主管汇顶部，射流防堵喷头位于高压粒子注入罐底部，出料口底部设置负压粒子注入管，负压粒子注入管一端设置喷嘴，喷嘴连通主管汇，主管汇底部设置调节管，调节管末端连通负压粒子注入管出口，调节管内设置调节阀。
[0007]该专利文献公开的负压射流式粒子冲击钻井注入装置，采用自旋转式射流防堵喷头，对高压粒子注入罐出料口实现全方位、多角度搅动，能够解决高压粒子注入罐底部堵塞问题，但是，该装置同样无法实现粒子连续注入，钻井速度受到限制；而且采用的高压粒子注入罐质量和体积较大，安装和运输都较为不便。
[0008]公开号为CN 102022078A，公开日为2011年04月20日的中国专利文献公开了一种新型的钻井方法，其特征是:在钻井栗的栗出管路上连接一套粒子注入系统，使要注入井内的高压泥浆中不断地混入坚硬的粒径在2-8_范围的粒子，其沿钻柱下行直到钻头，在水眼处得以加速，以极高的速度冲击岩石，从而达到机械与粒子冲击联合破岩的效果，提高坚硬地层中的钻进速度，在井口泥浆返回管路中连接一套粒子分离系统，将金属颗粒从井底返回的混合液中分离出来，重复循环利用。
[0009]该专利文献公开的钻井方法，通过采用两套能分别单独工作的注入装置来提高粒子的注入效率，但是由于两套注入装置各自独立，不能有机联系在一起，无疑增大了其与粒子分离系统和粒子输送系统相互间的配合难度，造成整个粒子循环过程中粒子注入连续性差，致使钻井速率较低。
【发明内容】
[0010]本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种适用于粒子钻井的双注入栗连续注入方法，本发明粒子注入步骤中采用双注入栗连续注入装置，实现了添注和压缩冲程的交替有序进行，保证了井内粒子注入的连续性，有效提高了粒子冲击钻井效率。
[0011]本发明通过下述技术方案实现:
一种适用于粒子钻井的双注入栗连续注入方法，依次包括粒子添注步骤、粒子混合步骤和粒子注入步骤，其特征在于:
a、所述粒子添注步骤是指将粒子添注到粒子混合料斗内；
b、所述粒子混合步骤是指向粒子混合料斗内栗送泥浆，将泥浆和粒子充分混合；
C、所述粒子注入步骤是指采用双注入栗连续注入装置将泥浆和粒子混合物连续注入井内。
[0012]所述粒子注入步骤中的粒子注入速度为0.5-10kg/s。
[0013]所述粒子注入步骤中的粒子注入压力为5_55MPa。
[0014]所述双注入栗连续注入装置，包括通过高压管线与钻井立管连接的粒子混合料斗，粒子混合料斗内设置有换向管，换向管上连接有驱动换向管左右摆动的摆动液压缸，粒子混合料斗上连接有第一输送缸和第二输送缸，粒子注入时，首先启动第一液压缸、第二液压缸和摆动液压缸，第一液压缸进入添注冲程，摆动液压缸将换向管摆动到第二输送缸处并连通，粒子和泥浆进入第一输送缸内；同时第二液压缸进入压缩冲程，将第二输送缸内的粒子和泥浆通过换向管注入高压管线进入井内循环，第一液压缸添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸进入添注冲程，交替运行连续注入。
[0015]所述摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，换向管连接在花键上。
[0016]所述粒子混合料斗内设置有螺旋式搅拌器，螺旋式搅拌器由螺旋搅拌棒和驱动螺旋搅拌棒转动的搅拌电机构成，螺旋搅拌棒位于粒子混合料斗内，搅拌电机位于粒子混合料斗外。
[0017]所述高压管线上连接有箭型止回阀。
[0018]所述第一液压缸和第二液压缸均为双杆液压缸。
[0019]所述换向管内连接有两个密封圈，两个密封圈分别位于换向管的两端。
[0020]所述螺旋搅拌棒上设置有搅拌叶片，搅拌叶片与螺旋搅拌棒滑动连接。
[0021 ] 所述换向管的横截面呈“ S ”型。
[0022]本发明的工作原理如下:
在粒子冲击钻井过程中，首先螺杆输送机将粒子钻井回收装置中分离储存的粒子通过第二管道添注至粒子混合料斗内，并通过调整螺杆输送机的螺杆转速来控制粒子的添注速度，并通过渣浆栗向粒子混合料斗内栗送泥浆，并维持粒子混合料斗内粒子、泥浆混合物占粒子混合料斗容积的1/2-2/3之间；其次，打开螺旋式搅拌器，搅拌电机带动螺旋搅拌棒不断搅动，充分混合泥浆和粒子，以保证粒子注入井内的均匀性。最后，当粒子混合料斗内粒子、泥浆混合物达到其容积的1/2时，启动第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸驱动第一活塞杆收缩第一活塞进入添注冲程，同时摆动液压缸启动，摆动换向管到第二输送缸处，使换向管迅速与第二输送缸连通，粒子混合料斗内的粒子、泥浆混合物便添注入第一输送缸内；与此同时，第二液压缸驱动第二活塞杆推动第二活塞进入压缩冲程，挤压来自粒子混合料斗并储存在第二输送缸内的粒子、泥浆混合物，粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环；当第二活塞运动至极限位置，压缩冲程结束，第二液压缸驱动第二活塞杆收缩第二活塞进入添注冲程，摆动液压缸再将换向管摆动到第一输送缸处，并与第一输送缸连通，第一液压缸驱动第一活塞杆推动第一活塞由添注冲程转为压缩冲程，将第一输送缸内的粒子、泥浆