[实用新型]一种脉动射流辅助钻井工具

说明书

技术领域

本实用新型属于钻井领域，具体涉及一种脉动射流辅助钻井工具，可用于石油钻井中提高钻井速度，亦可用于地质勘探、水文水井、地热等领域的钻井井下施工。

背景技术

国内外研究表明，超高压射流辅助钻井在油气井钻井中能够大幅度提高机械钻速。国外开发出的一种超高压射流辅助钻井系统，在地面将40加仑/分(2.52L/s)的钻井液增压，通过特殊的双导管钻柱引导至钻头，从而使具有极高喷射速度的钻井液直接作用在井底以辅助钻头的机械破岩作用，在较深油气井中能够提高机械钻速2～3倍。双管钻井系统高昂的成本和泵送困难限制了该系统的商业应用，但其能够大幅度提高机械钻速使人们看到了超高压射流辅助钻井的巨大潜力。

井底增压超高压射流辅助钻井技术是采用专门设计的井底增压装置配合专用钻头实现超高压射流辅助钻井，提高钻井速度的技术。该技术可以充分利用现有的地面设备，常规循环系统的设备基本不变，不存在将高压流体由地面输送至井底的问题，是提高深井钻井速度的一项新技术。由于石油钻井井眼尺寸的限制，国内外常采用液压驱动大直径活塞副带动柱塞副往复运动实现井底增压，主要区别是换向方式不同；增压装置与配套钻头连接方式也基本相同，主要是增压装置输出管与钻头超高压流道输入管通过插接方式实现；配套钻头均为双流道钻头，都是在常规牙轮钻头或PDC钻头(Polycrystalline Diamond Compact bit聚晶金刚石复合片钻头)的基础上改进，增加了超高压钻井液流道及喷嘴。为了实现活塞的往复运动，必须建立活塞缸上下腔两端的压力差，且压力差越大，柱塞增压缸输出的压力也越高；一种方式是在增压装置内部采用节流元件实现，确保了钻井液全部通过钻头喷嘴，但是也增加了工具的压降，其应用井深受到一定制约；另一种方式利用增压装置入口与钻具环空之间的压力差实现，增压过程中活塞低压腔钻井液通过增压装置的旁通孔进入环空，不仅井底钻头的清洗效果受到影响，还会影响到工具壳体强度。

WO 9706336-A1公开了一种井下增压器和钻井钻具组合，CN 2538941公开了一种水力自动增压泵，两者均为利用工具输入端与工具外环空之间的压力差(即活塞缸低压腔与高压腔之间的压力差)，采用机械液压阀控制活塞往复运动实现双向增压。主动活塞缸低压腔的钻井液，约占钻井总排量1/3，通过增压泵壳体上的旁通口进入工具与井眼之间的环空；井底钻头清洗及超高压射流破岩的钻井液共占钻井总排量2/3。在这类增压工具中，都没有实现全排量钻井液清洗井底；同时壳体上加工旁通口也降低了工具强度，增加了工具井下应用风险。

CN2821204公开了一种流体增压器，利用内部节流元件控制工具压降(增压过程中即为活塞缸低压腔与高压腔之间的压力差)，采用射流附壁换向元件结合机械阀实现活塞往复运动，下行单向增压。增压过程中活塞缸下腔(低压腔)钻井液通过其内部低压流道进入工具低压端，与节流支路的钻井液汇合，进入钻头水眼，实现全排量清洗井底。这种工具节流元件装在工具内部，无法实现现场更换节流元件来调整工具输出压力及工具压降；另外由于增加了节流压降，其适用井深也受到影响。

CN2665342、CN2683822、CN2931757分别公开的用于超高压射流辅助钻井双流道钻头，其基本思路大同小异，分别在现有PDC钻头或牙轮钻头基础上增加超高压流道及超高压喷嘴，井底增压钻井装置输出的超高压小流量钻进液通过超高压管流道进入钻头超高压喷嘴，实现超高压射流辅助钻井，提高钻井速度。但是此类工具普遍存在压降高或不能全排量清洗井底的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种脉动射流辅助钻井工具，实现超高压射流辅助钻井，提高钻井速度并实现全排量清洗井底。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种脉动射流辅助钻井工具，包括外壳体5和位于外壳体5内腔中的井底增压器和三流道PDC钻头，所述井底增压器和三流道PDC钻头通过双流道连接装置连接，三者均与外壳体5同轴线设置；

所述井底增压器的输出端包括两个出口，分别为超高压流体输出口和活塞缸低压腔泄流出口；

所述三流道PDC钻头内部设有常规清洗钻井液流道、超高压钻井液流道和活塞缸低压腔钻井液泄流流道，三个流道的出口分别设有常规喷嘴、超高压射流喷嘴和常规喷嘴；

所述双流道连接装置包括同心设置的的超高压通道和低压泄流通道；

所述超高压通道的上端与所述井底增压器的超高压流体输出口连通，下端与所述三流道PDC钻头内的超高压钻井液流道连通；