专利名称：粒子冲击钻井方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油开发领域中一种新型的钻井装置，它可以提高坚硬地层中的钻 进速度。
背景技术：
目前，常规的钻井技术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，这种方式在钻进坚硬地层时仅依靠钻头的机械作用进行破岩，泥浆的作用只是 携带岩屑，无法实现水力加机械的联合破岩效果，作业周期长、钻井成本高。随着国内 深井、超深井数量的增加，这一问题的解决变得更为迫切。发明内容
为克服现有钻井技术单纯利用机械破岩所造成的作业周期长、钻井成本高等问 题，本专利提供了一种新型的钻井装置，该装置能够提高钻机在坚硬地层中的钻进速 度，节约成本，缩短周期。
本专利装置的技术方案是在钻井液中添入圆形坚硬钢颗粒，使其通过钻头水 眼冲击井底岩石，从而达到机械加粒子冲击联合破岩的效果。与常规钻井技术不同，这 一过程不仅靠钻头实现机械破岩，而是还通过粒子注入系统在钻井泵出口处将粒子加入 泥浆中，使其沿钻柱下行直到钻头，并在水眼处得以加速，以极高的速度冲击岩石，使 其产生较高应力，破碎岩石。被击碎的岩屑与钢颗粒及泥浆一起通过环控循环到地面， 之后通过粒子回收装置将钢颗粒分离出来，以便再次注入循环的泥浆中，重复使用。
本专利的有益效果是，较传统钻井技术的钻井速度快3至5倍，大大缩短操作时 间，节省了人力、燃料、租金、钻井时间以及其他各种各样的钻井消耗。
下面结合附图和实施例对本专利进行说明。
图1是本专利的整体装置连接工作图
图2是本专利的注入系统组成图
图3是粒子分离系统组成图
图4是本专利的粒子输送系统和粒子存储的处理系统工作图
图中1.钻井泵，2.泥浆池，3.泥浆池的流入管，4.粒子泥浆开关阀，5.泥浆阀， 6.注入仓室加压管路，7.注入井的泥浆管路，8.螺旋推进器，9.下仓室，10.液压站， 11.加压用泥浆阀，12.液控粒子泥浆阀，13.上仓室，14.注入塔架，15.排压阀，16.液控 粒子泥浆阀，17.粒子注入料斗，18.串联盘式输送机，19.输出管，20.串联盘式输送机的 填料斗，21.粒子处理进入管，22.搅拌车，23.吹风管，24.排出管，25.装料口，26.多 点装卸料刮埋板输送机，27.装料口，28.粒子导入槽，29.输出管，30.吹风机，31.周转 箱，32.脱磁机，33.磁选机，34.振动筛，35.振动筛流出管，36.振动筛流入管，37.粒子泥浆开关阀，38.流入原振动筛管，39.粒子泥浆开关阀，40.井底返回泥去向控制阀， 41.原振动筛，42.高架管，43.鹅颈管，44.水龙头，45.方钻杆，46.转盘，47.套管， 48.钻杆，49.钻铤，50.钻头，51.地层，52.存储箱。
本专利粒子冲击钻井装置主要分为粒子注入系统、粒子分离系统、粒子输送系 统和粒子存储处理系统，下面对各部的工作方法和整个流程进行说明。
当钻头钻到坚硬地层需要粒子冲击钻井装置时，将钻井泵排出管路上的粒子泥 浆开关阀4打开，连通注入系统；泥浆阀5打开，连通注入仓室加压管路6;具有井底返 回泥浆去向控制作用的粒子泥浆开关阀37打开，连通振动筛流入管36;粒子泥浆开关阀 39打开，连通振动筛流出管35;将井底返回泥浆去向控制阀40关闭。
粒子输送系统开始工作，粒子从安装位置较高的存储箱52中流出，经多点装、 卸料刮埋板输送机的装料口 27进入刮埋板输送机沈，并从输出管19进入注入系统。注 入部分有两套能分别单独工作的装置，粒子从输出管19进入其中一套装置的串联盘式输 送机的填料斗20后，经串联盘式输送机18进入位于注射塔14的顶部的粒子注入料斗17 中。粒子注入料斗17中的粒子通过液控粒子泥浆阀16和12进入上仓室13、下仓室9。 注入系统开始工作时，上仓室13和下仓室9装满粒子后，液控粒子泥浆阀16关闭，加压 用泥浆阀11打开，给上下两仓室加压，当达到泥浆泵泵出压力后泥浆阀11关闭，螺旋推 进器8将仓室内的粒子泥浆不断地推入注入井的泥浆管路7中，后又经鹅颈管注入钻杆、 井底。在此过程中螺旋推进器8出口前的颗粒度很小的钻进液则反串回上、下仓室，达 到仓室压力与钻井液压力的平衡。此时在仓室内受重力的作用，比重较大的金属粒子会 沉在仓室的下部，当粒子所在的液面高度位于液控粒子泥浆阀12下时，液控粒子泥浆阀 12关闭并将上下仓室隔绝开。之后排压阀15打开，上仓室压力减至大气压时再关闭， 液控粒子泥浆阀16开启，粒子注入料斗17中的粒子进入上仓室13，上仓室13满后液控 粒子泥浆阀16关闭，液控粒子泥浆阀12打开，加压用泥浆阀11打开，给上下两仓室加 压，然后重复上述的注入过程。
粒子被注入泥浆并进入井中工作一段时间后分离系统开始工作。从井底返回的 带有粒子的泥浆通过高架管42和振动筛流入管36进入振动筛34进行筛分。筛分出来的 泥浆及大的岩屑通过振动筛流出管35送至原来井场配备的振动筛机组41进行进一步处 理，而粒子及与其粒度接近的岩屑通过磁选机33进行磁分离，分离出的粒子经过脱磁机 32脱磁后进入周转箱31。一旦周转箱31内有分离出的粒子流入，则停止存储箱52的粒 子流出。之后进入周转箱内31的分离出来的粒子从装料口 25通过刮埋板输送机沈输 送，并从输出管19进入注入系统的串联盘式输送机的填料斗20，从而开始注入粒子的循 环使用。
当要停止使用粒子泥浆钻井时，存储处理系统开始工作。将刮埋板输送机沈的 卸料点由19转换至21，脱磁后的粒子从粒子处理进入管21被送至搅拌车22的滚筒内进 行搅拌和翻转，与此同时吹风机30通过吹风管32不断向滚筒内吹风来进行干燥。待滚筒 内的粒子量达到搅拌车的工作载荷时，关闭周转箱31，停止刮埋板输送机沈，分离系统 不断分离出的粒子则暂时堆积在周转箱31内。待搅拌车22滚筒内的粒子干燥完成后， 开启刮埋板输送机26，滚筒内的粒子则从排出管M由装料口 25进入刮埋板输送机沈送 至出料管四，并通过粒子导入槽观进入存储箱52内存储。搅拌车22滚筒内的粒子排完后，打开周转箱31，待干燥的粒子以同样的方式进入搅拌车22的滚筒内进行干燥处理， 上面过程不断重复直至泥浆中的粒子全部分离并干燥完成，放入存储箱52中为止。
权利要求
1.一种新型的钻井方法及装置，其特征是在钻井泵的泵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2-8mm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。
2.根据权利要求1所述高压粒子冲击钻井方法及装置，其特征是其中注入系统的 液控粒子泥浆阀(16)、上仓室(13)、液控粒子泥浆阀(12)、下两仓室(9)和螺旋推进器(8)沿高度方向从上往下依次串联，上仓室(13)上部连入排压阀(15)，上、下两仓室的 通道中连入加压阀(11)，同时粒子经串联盘式输送机(18)进入位于注射塔(14)的顶部 的粒子注入料斗(17)中，再通过液控粒子泥浆阀(16)和(12)进入上仓室(13)和下仓室(9)，靠液控粒子泥浆阀(16)、液控粒子泥浆阀(12)、排压阀(15)和加压阀(11)的交替 开与关的方式，给螺旋推进器(8)不断提供加压的粒子，螺旋推进器(8)则将仓室内加 压了的粒子泥浆不断地推进注入井的泥浆管路(7)中，后又经鹅颈管(43)注入钻杆、井 底。
3.根据权利要求1所述高压粒子冲击钻井方法及装置，其特征是其中的分离系统 采用先用振动筛(34)筛出粒子及与粒子粒径接近的岩屑，然后再利用磁选机(33)将金属 粒子从中选出，最后或再进行脱磁(32)处理的顺序和方法，且从振动筛(34)到磁选机 (33)、脱磁器(32)粒子是靠高度差来实现流入和流出的。
4.根据权利要求1所述高压粒子冲击钻井方法及装置，其特征是其中的存储处理 方法采用是搅拌车(22)搅拌和风机(30)同时吹风的处理方式。
全文摘要
一种粒子冲击钻井方法及装置，在钻井泵的泵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小粒子，依赖钻井液的水力能量与其携带的坚硬钢颗粒冲击岩石，实现机械和粒子冲击联合作用快速破岩。另外，在井口泥浆返回管路中连接一套粒子分离系统，将金属小粒子分离出来，以重复循环利用。粒子存储处理系统的作用是在停止粒子冲击钻井时将粒子处理后储存。
文档编号E21B7/16GK102022078SQ200910169949
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者吴仲华, 周富刚, 张杨, 温林荣, 赵惠清 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院, 北京化工大学