[发明专利]井下增压装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油天然气钻井作业中提高井下循环携砂速度的装置，尤其是涉及一种石油钻井用井下增压装置。

背景技术

为了提高石油天然气开采的钻井速度，加强了对钻井液循环系统的研究。美国在上世纪七十年代的试验表明，在地面利用高泵压为105MPa的循环系统钻井时，机械钻速可以提高5～8倍，但是由于受高压喷射钻井系统设备的限制，应用范围窄，成本高。目前，钻井用钻井液循环系统在大斜度井、水平井等特殊井井况下应用，破岩和携砂能力降低，从而影响了钻井效率。例如：在泵压为18～20MPa、排量为28～32L/s时，钻达井深3000米时，循环压力只有9～12MPa；当井深达到6000米时，压力基本被沿程环空耗尽。因此，井越深，井底钻头的压降越小，钻井液对井底的冲刷和携砂能力降低，大大降低钻井效率。

为了提高钻井效率，大多在井下安装增压泵，《井下增压器》(专利号94103752.5)为一种机械换向机构带动下的容积式多缸液压增压器，采用齿轮传动换向机构，结构复杂，制造难度高，成本较大。中国实用新型专利《一种石油钻井井下增压器》(专利号01216627.8)，安装于井底动力钻具与钻头之间，它可在不改变地面泵压的情况下，使井底液体压力提高5倍以上。它依靠井底动力钻具提供动力，采用柱塞式多缸液压增压设计方案，由旋转斜盘、多个增压缸、柱塞、液体流道、单向阀以及承载外壳等组成。在动力钻具内部转子的带动下，与其相连接的旋转斜盘上的球形滑槽也以相同的转速高速旋转，从而带动柱塞在增压缸内作往复运动，产生高压液体，通过超高压管路从钻头喷嘴排出，实现高压喷射钻井，以提高钻进速度。由于采用柱塞式多缸液压增压设计，结构也比较复杂，使用寿命短。

发明内容

为了克服现有石油钻井作业使用的增压器存在结构复杂，制造难度大，成本高等不足，本发明提供一种井下增压装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：井下增压装置包括套管、钻具管柱，钻具管柱位于套管内，在套管与钻具管柱之间设置有增压管柱，增压管柱内孔与钻具管柱外圆之间为环空，增压管柱外圆与套管内孔之间为环空。增压管柱的增压套管、腔体、增压套管由上至下依次固定连接，腔体下方的增压套管上安装有封隔器用于封隔增压管柱与套管的环空；腔体上固定安装有增压水眼，增压水眼连通腔体内外的环空。腔体的外圆为两端小中间大的阶梯轴，大轴径上端部为上小下大的圆锥体；腔体大轴径中部内孔为上小下大的圆锥孔；腔体大轴径的下端面圆周均布固定安装有2个或2个以上增压水眼，增压水眼的轴线与腔体轴线的夹角≤45°，增压水眼上端与腔体的内锥孔相通。增压装置2个或2个以上串联安装使用。

本发明的有益效果是，结构简单、合理，能够在不改变地面泵压系统额定压力的前提下，增大井下液体的循环速度，提高破岩和携砂能力，进而提高钻井效率，降低钻井成本，提高井下增压器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明井下增压装置结构及其工作原理示意图。

图中：1.腔体，2.增压水眼，3.增压套管，4.钻具管柱，5.钻井液通道，6.内层钻井液通道，7.套管，8.外层钻井液通道，9.封隔器，10.增压管柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

本发明井下增压装置包括套管7、增压管柱10、钻具管柱4，且由外至内依次安装，增压管柱10内孔与钻具管柱4外圆之间为环空，增压管柱10外圆与套管7内孔之间为环空。

增压管柱10的腔体1上下两端固定连接安装有增压套管3、腔体1下方的增压套管3上安装有封隔器9用于封隔增压管柱10与套管7之间的环空。腔体1上固定安装有增压水眼2，增压水眼2连通腔体1内外的环空。

腔体1的外圆为两端小中间大的阶梯轴，大轴径上端部为上小下大的圆锥体；大轴径中部对应的腔体1内孔为上小下大的圆锥孔；腔体1内外的圆锥形锥角大致相同。腔体1大轴径的下端面沿圆周均布固定安装有2个或2个以上增压水眼2，通常安装4个增压水眼2。增压水眼2的轴线与腔体1轴线之间应该有一夹角，其夹角≤45°，夹角的最佳角度为25～30°。增压水眼2上端与腔体1的内锥孔相通。将安装增压水眼2的腔体1外表面加工成凸耳状，可以提高增压管柱10外圆与套管7内孔环空的液流量。

为了提高井下增压装置的耐冲蚀性，可以在腔体1表面做强化处理。