一种轴向射流式钻井提速工具、系统及钻井提速方法与流程

本发明涉及钻井，特别涉及一种轴向射流式钻井提速工具、系统及钻井提速方法。

背景技术：

1、现阶段随着石油勘探开发逐渐向深层、超深层及复杂地层发展，钻井提速一直都是钻井领域追求的目标，随着油气勘探开发不断向深层、复杂地层和海洋推进，钻井提速效果也越来越明显，现在钻井提速的技术呈现多样化，一方面是优化钻头选型，优化钻具组合，优化钻井液性能，优化钻井参数，提高水马力，另一方面是优化工具，或者强化机械冲击破岩，或者强化水力脉冲破岩，从而提高机械钻速。旋转冲击钻井工具是结合了机械冲击和水力脉冲破岩的双重优点的一种钻井提速方法工具

2、国内外现场实践已证明旋冲钻井技术可有效降低钻井综合成本，缩短钻井周期，提高油气勘探开发效益。近年来，随着油气钻井向深部发展，硬地层钻速慢的难题日益突出，旋冲钻进技术是当前解决硬岩钻进难题最有效的技术方法之一，其与普通回转钻进技术相比能够提高钻进效率30％以上。旋冲钻井技术是在旋转钻井基础上，在钻头上增加一个由冲击工具产生的高频冲击作用，使钻头承受周期性的冲击动载作用。应力变化很快超过岩石强度极限，使岩石脆性增加塑性下降，并迅速产生脆性破坏坑，进而提高破岩效率。实现旋冲钻井技术的主要工具是液动冲击器，一般装在钻头上部，它是一种使用液体(泥浆或清水)作为动力，实现轴向产生高频动载冲击，径向带动钻头回转切削复合破岩，提高破岩效率的工具。

3、虽然现有技术中，已有可以实现旋转钻井技术的液动冲击器，但其结构复杂，零部件多，成本高，操作复杂，且普遍使用寿命短，可靠性差，无法满足中深部硬地层、复杂地层的钻速提高需求。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种轴向射流式钻井提速工具、系统及钻井提速方法。

2、本发明实施例提供一种轴向射流式钻井提速工具，包括：壳体、安装在壳体内的分流组件、射流元件、冲击缸组件、冲锤和砧子；

3、所述分流组件设有主流道和至少两个分流道；

4、所述射流元件包括第一射流通道和第二射流通道，所述冲击缸组件包括冲击缸和活塞杆，所述冲击缸包括被活塞杆上的活塞分隔开的上腔体和下腔体，所述第一射流通道与上腔体连通，所述第二射流通道与下腔体连通；所述主流道与第一射流通道、第二射流通道连通，并且在附壁作用下可使钻井液优先进入第一射流通道，在上腔体充满后，在附壁作用下进入第二射流通道；

5、所述冲锤与活塞杆连接，所述砧子与冲锤连接，所述活塞杆可带动冲锤和砧子往复运动。

6、在一些可选地实施例中，所述分流组件包括分流压盖和分流喷嘴；

7、所述分流压盖为圆柱体，设有主流道和两个分流道，所述分流喷嘴安装在所述分流道上；

8、所述圆柱体一端设有射流元件安装槽，以安装射流元件，在射流元件安装槽两侧分别设有分流道，以对钻井液进行分流。

9、在一些可选地实施例中，所述射流元件，包括上盖板、主板和下盖板；

10、所述主板上设有主射流通道，与主射流通道连通的第一射流通道和第二射流通道，以及与第一射流通道连通的第一侧翼通道，与第二射流通道连通的第二侧翼通道；

11、所述上盖板上设有上过流孔，与第一侧翼通道位置对应，所述上过流孔可连通至少一个分流道；

12、所述下盖板上设有下过流孔，与第二侧翼通道位置对应，所述下过流孔可连通至少一个分流道。

13、在一些可选地实施例中，所述冲击缸组件包括冲击缸和活塞杆；

14、所述冲击缸包括冲击缸体和冲击缸盖，所述活塞杆上设有活塞；

15、所述冲击缸被活塞分隔为上腔体和下腔体，所述冲击缸设有上缸通道和下缸通道，所述上缸通道连通上腔体，所述下缸通道连通下腔体。

16、在一些可选地实施例中，所述壳体包括依次连接的上接头、上部管、中接头、下部管和八方套；

17、所述上接头上端具有螺纹可连接钻具，下端具有螺纹可连接上部管；

18、所述上部管两端设有螺纹，分别连接上接头和中部管；

19、所述中接头两端设有螺纹分别连接上部管和下部管；

20、所述下部管两端设有螺纹，分别连接中接头和八方套。

21、在一些可选地实施例中，所述八方套具有正八边形内孔，所述砧子具有正八边形柱体段，与所述八方套的正八边形内孔配合实现扭矩传递；

22、所述砧子的内端外面设置有防护套和挡瓦。

23、在一些可选地实施例中，上述工具还包括下列元件中的至少一个：

24、设置在上接头和分流组件之间的调整垫圈；

25、设置在射流组件和活塞缸之间的缸体密封件；

26、设置在分流组件和壳体的上部管之间的第一密封件；

27、设置在分流组件和射流组件之间的第二密封件；

28、设置在冲击缸的冲击缸体和冲击缸盖之间的第三密封件；

29、设置在八方套和砧子之间的第四密封件。

30、本发明实施例提供一种钻井提速方法，使用上述的轴向射流式钻井提速工具实现。

31、在一些可选地实施例中，上述方法包括：

32、钻井液从主流道在附壁作用下进入第一射流通道，经第一射流通道进入上腔体，推动活塞杆向下移动；

33、钻井液充满上腔体后，经第二射流通道进入下腔体，推动活塞杆向上移动，带动冲锤和砧子向上移动，直至下腔体充满钻井液后；

34、重复上述过程，带动冲锤和砧子往复运动。

35、本发明实施例提供一种轴向射流式钻井提速系统，包括：钻头和上述的轴向射流式钻井提速工具；

36、所述钻井提速工具在液流作用下带动所述钻头对待破岩地层进行往复冲击。

37、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

38、本发明实施例提供的轴向射流式钻井提速工具，分流组件设有主流道与射流元件的第一射流通道和第二射流通道连通，在附壁作用下，钻井液可以优先进入第一射流通道，经第一射流通道进入活塞缸的上腔体，推动活塞杆向下运动，上腔体充满后，钻井液在附壁作用下进入第二射流通道，推动活塞杆向上运动，下腔体充满后，钻井液在附壁作用下再次经第一射流通道进入上腔体，如此往复使得活塞杆可带动冲锤和砧子往复运动，砧子可以连接钻头，带动钻头冲击地层以快速破岩，该工具结构简单、性能可靠、启动灵活、工作稳定、冲击载荷可调可控、循环压降小，可配合牙轮和pdc钻头使用，不影响钻井液循环，适用于地层直井、定向井及水平井钻井提速，能够满足中深部硬地层、复杂地层的钻速提高需求。

39、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

40、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种轴向射流式钻井提速工具，其特征在于，包括：壳体、安装在壳体内的分流组件、射流元件、冲击缸组件、冲锤和砧子；

2.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述分流组件包括分流压盖和分流喷嘴；

3.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述射流元件，包括上盖板、主板和下盖板；

4.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述冲击缸组件包括冲击缸和活塞杆；

5.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述壳体包括依次连接的上接头、上部管、中接头、下部管和八方套；

6.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述八方套具有正八边形内孔，所述砧子具有正八边形柱体段，与所述八方套的正八边形内孔配合实现扭矩传递；

7.如权利要求1-6任一所述的工具，其特征在于，还包括下列元件中的至少一个：

8.一种钻井提速方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任一所述的轴向射流式钻井提速工具实现。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括：

10.一种轴向射流式钻井提速系统，包括：钻头和如权利要求1-7任一所述的轴向射流式钻井提速工具；

技术总结本发明公开了一种轴向射流式钻井提速工具、系统及钻井提速方法。该工具包括：壳体、安装在壳体内的分流组件、射流元件、冲击缸组件、冲锤和砧子；分流组件设有主流道和至少两个分流道；射流元件包括第一射流通道和第二射流通道，冲击缸组件包括冲击缸和活塞杆，冲击缸包括被活塞杆上的活塞分隔开的上腔体和下腔体，第一射流通道与上腔体连通，第二射流通道与下腔体连通；主流道与第一射流通道、第二射流通道连通，并且在附壁作用下可使钻井液优先进入第一射流通道，在上腔体充满后，在附壁作用下进入第二射流通道；冲锤与活塞杆连接，砧子与冲锤连接，活塞杆可带动冲锤和砧子往复运动。结构简单、操作容易、且成本低、可靠性高。技术研发人员：罗欢,夏泊洢,孙少亮,丁文正,张昕冉,周超,高清春,王思惠,王西贵,王磊,夏宇,叶西安,富新颖,王帅,马勇,杨行,罗华,钟勇,霍爱莉,张吉妍受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4