[发明专利]一种热能和机械能结合的钻井方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及钻井领域，更具体地说，涉及一种热能和机械能结合的钻井方法及装置。

背景技术

钻头是钻井过程中直接与岩石接触，通过切削、冲压封作用破碎岩石的工具。目前钻井工程中广泛应用机械能进行破岩，采用的钻头主要有：牙轮钻头、PDC钻头、金刚石钻头等。现场应用情况表明，牙轮钻头破岩效率低，单只钻头进尺少，容易发生掉牙轮卡钻等井下事故；PDC钻头磨损速度快，吃入困难；金刚石钻头也同样存在钻进速度慢、寿命较短的问题，这些都严重影响了油气勘探开发的速度。

为了提高钻探效率，国内外石油工作者都在加紧研究高效破岩工具和方法，并提出了一些热能钻井破岩方法，包括激光钻井、热熔钻井、等离子体通道钻井、热力综合破岩等技术。这些技术均论证了高温能够有效地降低岩石强度，从而使钻井速度提高10-100倍。这些技术目前大多处于室内研究阶段，配套装置也不成熟，离现场推广应用还存在一定距离。

面对油气勘探开发的程度加深、难度加大、开发成本高等问题，必须要提高钻井质量。我国东西部存在着大量的复杂坚硬地层，而西部地区油气藏埋藏普遍较深，急需解决深部地层钻井效率低的问题，提高破岩效率是加快钻井速度的最优途径。而目前用于钻井的钻头钻入深度已经局限在12000米左右，已无法提高钻井深度。

综上所述，常规机械破岩工具提高机械钻速效果不够显著、新型破岩技术的配套设备不能实现工业化应用，急需研发一种机械-热能综合破岩方法及装置，能通过机械-热能综合破岩方法提高钻进速度、节省钻井成本，并对于加快油气资源勘探开发速度具有重大的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种钻井效率高、易导向控制、可以进行深井钻探的热能和机械能结合的钻井方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种热能和机械能结合的钻井装置，包括燃料罐、双通道接头、压缩机、钻头和钻杆，所述钻杆的两端分别与所述双通道接头和所述钻头连接；所述双通道接头包括外壳和设置在所述外壳内的燃料通道和空气通道，所述燃料罐与所述燃料通道连接，所述压缩机与所述空气通道连接；所述钻头包括上接头、钻头本体、钻头切削齿、燃烧室，所述上接头上端与所述钻杆连接，所述上接头的下端与钻头本体连接，所述钻头切削齿设置在钻头本体的下端；在所述上接头内设置中心管路，中心管路的下端设置燃烧枪，所述燃烧枪的燃气进口与所述燃料通道连通，燃气枪的空气进口与空气通道连通，燃烧枪的下端设置火焰喷嘴；在钻头本体内部设置燃烧室，在所述钻头本体的下端设有高温气体喷嘴，燃烧室的两端分别连通火焰喷嘴和高温气体喷嘴；在所述上接头内设有外环形管路，所述外环形管路与燃烧枪的空气入口相连通。

在本发明所述的热能和机械能结合的钻井装置中，所述钻头本体上设有造壁器，所述造壁器套装在所述燃烧室上，所述造壁器的内壁与所述燃烧室接触，造壁器的外壁超出所述钻头本体的外壁。

在本发明所述的热能和机械能结合的钻井装置中，所述双通道接头的外壳上设有上入口和下入口，所述外壳下端设有与所述钻杆连接的下接头，所述外壳内部设有与所述上入口连通的中心管，所述下接头内部设有与所述下入口连通的环空管。

在本发明所述的热能和机械能结合的钻井装置中，在所述钻头本体的外周设置第一冷却装置，所述钻头切削齿沿钻头本体的下端面周向间隔设置，在所述钻头切削齿的外周套装有第二冷却装置，所述第一冷却装置、第二冷却装置与接头上的外环形管路相连通。

在本发明所述的热能和机械能结合的钻井装置中，所述第一冷却装置包括第一多孔层，第一多孔层设置在钻头本体的外周面，并与钻头本体固连，在第一多孔层上设置有多个冷气流出孔，在第一多孔层和钻头本体外周面之间设置有第一环形冷气流通道，在钻头本体内设置有内环空管将第一环形冷气流通道与外环形管路相连通；所述第二冷却装置包括第二多孔层，第二多孔层设置在钻头切削齿的外周面，并与钻头切削齿固连，在第二多孔层上设置有多个冷气流出孔，在第二多孔层和钻头切削齿之间设置有第二冷气流通道，在钻头本体内设置有内环空管将第二环形冷气流通道与外环形管路相连通。

在本发明所述的热能和机械能结合的钻井装置中，在所述钻头本体的外周面和钻头切削齿的外周面均设置有高温隔热层。

在本发明所述的热能和机械能结合的钻井装置中，在所述钻头本体内设置有与外环形管路相连通的空气预热回路，所述空气预热回路与燃烧枪的空气入口相连通。

在本发明所述的热能和机械能结合的钻井装置中，所述燃烧枪内设有点火装置和混气室。