本发明涉及一种井下清洁井底及扩孔装置，属于石油钻完井领域。
背景技术：
石油钻井使用的钻井泥浆包含水、油、粘土、矿物质、加重剂等其他添加剂，钻井泥浆从井口经过钻井管柱达到井底钻头，泥浆由钻头喷出后携带岩屑从环空上返至井口。泥浆中加入的粘土、加重剂等的颗粒较细，而且钻头产生岩屑颗粒通常也较细。为防止井涌、井喷等事故的发生，钻井泥浆的液柱压力通常要高于地层流体的压力。油气产层岩石中含有大量的孔隙，孔隙之间通过流道互相连通。由于泥浆压力高于地层压力，泥浆中的流体会在压差作用下进入地层孔隙中，剩余的粘土、加重剂、岩屑等细颗粒则附着在地层岩石的表面形成泥饼。泥饼的存在会降低地层岩石渗透率，泥浆中颗粒进入到地层孔隙和吼道后，会堵塞孔隙和流道，阻碍地层流体流到井筒中，导致了油气产层近井地带污染。一口井钻完后泥饼可通过各种方法将其去除，但近井地带的污染却不容易清除，因为固体颗粒已经在压差的作用下进入到地层孔隙和吼道中，导致地层中流体不能顺利通过近井地带岩石。由于近井地带污染区域相对较薄，而且靠近井筒，可通过酸化等措施进行改善，但很多情况下效果不是很理想。
钻井过程中在已存在井眼下部钻出更大直径井眼非常重要，也就通常所说的扩孔作业。扩孔钻头或工具不扩孔时直径要小于上部井眼直径，这样扩孔钻头或工具才能够通过上部井眼。需要进行井下扩孔作业情况有：形成大直径井眼进行套管固井，下入可膨胀套管，防止垮塌地层将钻具卡住等。井下扩孔钻头或工具通常具有特殊形状和结构，达到目的层后，能够伸展开，但由于井下空间有限，钻头和工具可能不能够完全张开，或者是伸开后结构不可靠，导致钻出的井眼直径小于设计井眼直径。而且扩孔钻头或工具伸开后，在旋转钻进的过程中，钻头或工具的四周会不断磨损，严重的可能会导致扩孔设备的失效，甚至可能导致扩孔设备掉落井底。
钢粒射流破岩技术可显著提高硬地层的破岩速度，而且钢粒射流可快速侵彻金属或者金属材料。通过在泥浆中加入1％-5％的钢质粒子，钢粒被泥浆携带至井下钻头或者切割头，钢粒从喷嘴加速喷出，以每分钟上百万次的频率冲击岩石或其他材料表面，实现了岩石或其他材料的高效破碎。破碎完的钢粒被携带至井口，通过磁选分离装置回收后，再次被注入到泥浆中循环利用。该技术可以应用到井下清洁井底和扩孔作业中，利用高速钢粒射流冲击作用，可高效的实现近井地带污染物清除和井眼的扩孔作业。
本发明提出了一种井下清洁井底及扩孔装置，可高效完成清洁井底作业和扩孔作业，极大提高了井下清洁井底和扩孔作业的效率，有效的清除井底附近污染物恢复油气流通通道，高效完成井下大直径扩孔作业。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：提供一种即可进行井底清洁作业也可进行井底扩孔作业，高效清除近井地带污染物，实现井下大直径扩孔作业的井下清洁井底及扩孔装置。
本发明所述的井下清洁井底及扩孔装置，包括泥浆泵、泥浆池、钢粒注入罐、水龙头、转盘、钻杆、钻铤、连接短接、扩孔上喷嘴、扩孔下喷嘴、清洁与扩孔钻头、钻头扩孔喷嘴、钻头清洁喷嘴、磁选分离装置组成。泥浆池通过管线和泥浆泵连接，泥浆泵通过高压管线连接钢粒注入罐、钢粒注入罐通过高压管线连接水龙头，水龙头下部设置转盘，转盘可驱动钻杆旋转，钻杆的下部设置钻铤，钻铤与连接短接通过螺纹连接，连接短接上对称设置2个扩孔上喷嘴和2个扩孔下喷嘴，连接短接下部设置钻头，钻头上对称设置2个钻头扩孔喷嘴和2个钻头清洁喷嘴，磁选分离装置设置在井口。
泥浆泵吸入泥浆池泥浆，将泥浆加压形成高压泥浆后，经过钢粒注入罐，钢粒注入罐中钢粒和高压泥浆混合后依次通过水龙头、钻杆、钻铤后，达到连接短接，连接短接上设置扩孔上喷嘴和扩孔下喷嘴，扩孔上喷嘴和扩孔下喷嘴分别通过螺纹与连接短接连接，压紧螺母将扩孔上喷嘴和扩孔下喷嘴压紧到连接短接上，并通过焊接将压紧螺母焊死。连接短接下部连接清洁与扩孔钻头，钢粒和泥浆进入清洁与扩孔钻头内流道后，进入钻头扩孔喷嘴和钻头清洁喷嘴。在进行井底清洁作业时，钢粒和泥浆进入钻头清洁喷嘴中，钢粒子从钻头清洁喷嘴以0～30°喷射角度喷出，钻头清洁喷嘴轴线和连接短接轴线的夹角为20～40°，钢粒子高速冲击后，钢粒射流斜向冲击泥饼及附近岩石，钢粒射流仅会冲击破碎井眼附近泥饼和部分岩石，达到快速清洁井眼的目的。在进行井下扩孔作业时，钢粒和泥浆分别进入钻头扩孔喷嘴、扩孔上喷嘴、扩孔下喷嘴内部流道，从调节喷嘴喷出，调节喷嘴可以调节钢粒射流的角度，钢粒和泥浆高速喷出，钢粒以极高的速度和频率冲击地层岩石，钻头扩孔喷嘴、扩孔上喷嘴和扩孔下喷嘴外缘距离钻头轴线距离和井眼直径相当，因此钢粒射流运行较短距离即可冲击井眼表面岩石，实现岩石的高效破碎，达到扩孔的效果。调节喷嘴流道为圆弧-锥面-圆柱结构更利于粒子的加速，同时钻头扩孔喷嘴、扩孔下喷嘴、扩孔上喷嘴外缘与连接短接轴线的距离依次增大，因此可以实现三级扩孔作用，扩孔下喷嘴和扩孔上喷嘴可继续进行更深距离的扩孔作业，经过三级扩孔作业后，将会形成更大直径更加规则的扩孔井眼，同时利用盲眼喷嘴可选择进行清洁井底作业或进行扩孔作业，也可以选择喷嘴的类型和数量。
本发明的有益效果是：
钢粒从钻头清洁喷嘴以可调角度高速喷出冲击泥饼及附近岩石，可高速快速的清除泥饼及附近岩石，达到快速高效清洁井眼的目的。调节喷嘴流道为圆弧-锥面-圆柱结构更利于粒子的加速，钢粒子通过钻头扩孔喷嘴、扩孔下喷嘴、扩孔上喷嘴喷出后，以可调角度高速冲击井眼附近岩石，通过三种喷嘴三级扩孔作业后，将会高效快速形成大直径更规则的扩孔井眼，同时利用盲眼喷嘴可选择进行清洁井底作业或进行扩孔作业，也可以选择喷嘴的类型和数量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、泥浆泵 2、泥浆池 3、钢粒注入罐 4、水龙头 5、转盘 6、钻杆 7、钻铤 8、地层 9、泥饼 10、连接短接 11、扩孔上喷嘴 12、扩孔下喷嘴 13、清洁与扩孔钻头 14、磁选分离装置。
图2为本发明扩孔上喷嘴的剖面示意图。
图中：11-1、扩孔上喷嘴调节喷嘴 11-2、扩孔上喷嘴外套 11-3、压紧螺母 11-4、调节喷嘴密封圈 11-5、压紧螺母焊接槽。
图3为本发明清洁与扩孔钻头的剖面示意图。
图中：13-1、钻头本体 13-2、钻头扩孔喷嘴外套 13-3、钻头扩孔喷嘴调节喷嘴 13-4、钻头清洁喷嘴外套 13-5、钻头清洁喷嘴调节喷嘴 13-6、钻头内流道 13-7、钻头扩孔喷嘴密封圈 13-8、钻头清洁喷嘴密封圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明所述的快速连续开窗侧钻装置，包括：泥浆泵1、泥浆池2、钢粒注入罐3、水龙头4、转盘5、钻杆6、钻铤7、地层8、泥饼9、连接短接10、扩孔上喷嘴11、扩孔下喷嘴12、清洁与扩孔钻头13、磁选分离装置14。泥浆泵1吸入泥浆池2泥浆，将泥浆加压形成高压泥浆后，通过钢粒注入罐3，钢粒和高压泥浆混合后依次通过水龙头4、转盘5、钻杆6、钻铤7后，达到连接短接10，连接短接上对称设置2个扩孔上喷嘴11和2个扩孔下喷嘴12，钢粒从孔上喷嘴11和扩孔下喷嘴12喷出后冲击地层8，钢粒射流高速冲击破碎井底岩石，实现快速完成扩孔作业。钢粒和泥浆混合物进入清洁与扩孔钻头13后，由清洁与扩孔钻头13的喷嘴喷出，冲击泥饼9，钢粒射流仅会冲击泥饼及附近的岩石，实现快速清洁井眼作业。
如图2所示，扩孔上喷嘴的内部结构，包括扩孔上喷嘴调节喷嘴11-1、扩孔上喷嘴外套11-2、压紧螺母11-3、调节喷嘴密封圈11-4、压紧螺母焊接槽11-5。扩孔上喷嘴调节喷嘴11-1镶嵌在扩孔上喷嘴外套11-2上，扩孔上喷嘴外套11-2中间设置斜面台阶，可防止扩孔上喷嘴调节喷嘴11-1在高压作用下脱落，扩孔上喷嘴调节喷嘴11-1可实现钢粒射流喷射角度调节，调节喷嘴密封圈11-4为两道O型密封圈，设置在扩孔上喷嘴调节喷嘴11-1和扩孔上喷嘴外套11-2之间，起到密封泥浆或钢粒作用。扩孔上喷嘴外套11-2通过螺纹连接到连接短接10上，扩孔上喷嘴外套11-2轴线和连接短接10轴线垂直，压紧螺母11-3通过螺纹将扩孔上喷嘴外套11-2压紧固定到连接短接10上，同时通过压紧螺母焊接槽11-5将压紧螺母11-3焊接固定在接短接10上，防止扩孔上喷嘴外套11-2工作过程中脱落。
如图3所示，清洁与扩孔钻头的内部结构，包括钻头本体13-1、钻头扩孔喷嘴外套13-2、钻头扩孔喷嘴调节喷嘴13-3、钻头清洁喷嘴外套13-4、钻头清洁喷嘴调节喷嘴13-5、钻头内流道13-6、钻头扩孔喷嘴密封圈13-7、钻头清洁喷嘴密封圈13-8。钻头扩孔喷嘴外套13-2通过螺纹连接到钻头本体13-1上，钻头扩孔喷嘴外套13-2轴线和钻头轴线垂直，钻头扩孔喷嘴调节喷嘴13-3镶嵌在钻头扩孔喷嘴外套13-2上，钻头扩孔喷嘴外套13-2中间设置斜面台阶，可防止钻头扩孔喷嘴调节喷嘴13-3在高压作用下脱落，钻头扩孔喷嘴调节喷嘴13-3可以实现钢粒射流喷射角度的调节，钻头扩孔喷嘴密封圈13-7为两道O型密封圈，设置在钻头扩孔喷嘴调节喷嘴13-3和钻头扩孔喷嘴外套13-2之间，起到密封泥浆或钢粒作用。泥浆和钢粒进入到钻头内流道13-6后，分别进入钻头扩孔喷嘴调节喷嘴13-3和钻头清洁喷嘴调节喷嘴13-5。钻头扩孔喷嘴调节喷嘴13-3突出钻头一定长度，钻头清洁喷嘴调节喷嘴13-5也突出钻头一定长度。钻头清洁喷嘴调节喷嘴13-5镶嵌在钻头清洁喷嘴外套13-4上，钻头清洁喷嘴外套13-4中间设置斜面台阶，可防止钻头清洁喷嘴调节喷嘴13-5在高压作用下脱落，钻头清洁喷嘴调节喷嘴13-5可以实现钢粒射流喷射角度的调节，钻头清洁喷嘴密封圈13-8为两道O型密封圈，设置在钻头清洁喷嘴调节喷嘴13-5和钻头清洁喷嘴外套13-4之间，起到密封泥浆或者钢粒作用。钻头清洁喷嘴外套13-4轴线与清洁与扩孔钻头13轴线的角度为20～40°，钢粒射流仅可清除泥饼9及附近岩石的污染物。