[发明专利]一种哑铃形喷嘴钻井液混合调节装置

说明书

技术领域

本发明属于钻井设备技术领域，涉及一种哑铃形喷嘴钻井液混合调节装置。

背景技术

与陆地和浅海钻井相比，深海钻井环境更复杂，容易出现常规钻井设备和方法难以克服的技术难题。在这些特殊钻井作业中，许多地区都存在钻井液密度窗口窄，地层压力控制难度大，极易引起溢流，出现井下复杂情况。甚至导致严重井喷和井漏事故，给钻井造成极大的困难。采用动态压井钻井技术，在钻井过程中精确控制井底压力，是解决这些问题的技术发展方向。动态压井钻井技术最初提出来也叫精确控制井底压力钻井技术，主要在深海中应用，深海有着和陆地、浅海不一样的钻探困难。在深水中，部分上覆岩层由水来代替，例如当目标层在海平面3500m处，对于深水情况而言，1800m厚的上覆岩层为1800m深的海水替代。浅水情况下位于泥线下垂直深度3300m处的储集层在深水情况下仅位于泥线以下1500m处，这些差别对于钻井和完井来说与浅水和陆地差异很大，尤其是泥浆密度窗口特别难于控制。深水海洋钻井由于孔隙压力和破裂压力之间窗口狭窄问题，从而导致使用数目众多的套管柱。在这种情况下，锚泊钻机本身必须承受锚泊系统的重量，给钻机稳定性增加了难度；隔水管除了承受自身重量，还承受严重的机械载荷，防止隔水管脱扣成为一个关键问题；海底泥线处高压、低温环境影响钻井液性能，产生特殊的难题；海底的不稳定性、浅层水流动、天然气水合物可能引起的钻井风险，因此这些井的钻探会由于经济性不佳而终止。这是因为采用常规钻井装置和方法进行钻井勘探（包括天然气水合物钻井），有许多是不经济的。而且在钻井过程中会出现诸如地层漏失，压差卡钻、钻杆脱扣、地层孔隙压力与地层破裂梯度间压力窗口狭窄造成井漏等等问题，致使增加非生产时间，从而导致勘探费用大幅度提高。因此，针对深海油气资源的钻探难题，突破传统钻井方法，研究和开发一些特殊钻井技术非常重要。与陆地和浅水钻井相比，深水钻井有着更为复杂的海况条件，面临着更多的难题，主要表现在泥线不稳固、浅层地质灾害、窄密度窗口问题和气体水合物的危害等几个方面，增加了钻井作业的风险和成本。

为了控制浅层水流等危害，需要利用动态压井系统来实现钻井液密度的快速转变，来调节环空钻井液当量循环密度，从而精确控制井眼环空压力。钻井液密度混合装置是其核心部件。它根据作业需要，可随时将预先配置好的高密度钻井液与海水混合，调节到所需的密度，实现连续不断地向井内泵送钻井液。从而能够有效地控制地层流体进入井筒，减少井涌、井漏等钻井复杂情况，提高钻井效率和钻井安全性，真正意义上实现边作业边加重的动态压井钻井作业。为了及时调整钻井液密度，要求能够快速混合各组分并达到均匀的混合程度，而且在野外工作，还要求具有很高的可靠性和尽可能低的流动阻力。目前现有的钻井液混合装置调节环空钻井液当量循环密度速度慢，不能精确控制井眼环空压力。石油钻井中高密度钻井液与海水或者淡水、添加剂等非牛顿液体与牛顿液体不能高效快速混合。

现有发明申请号：201010547017.0专利，也是用于高密度钻井液与海水、添加剂的快速混合装置。本发明采用对冲-扭转-剪切混合原理，与申请号为201010547017.0的专利的大涡混合原理截然不同，导致其外形和内部结构都完全不一样，其混合器外形为立体偏心结构，呈羊角状布置；混合原理为整个混合腔内流动呈现为按逆时针流动的大涡，这个流动是整个混合器的主要流动和混合机理；其内部喷嘴为梅花形，主要功能用于分散流体。本发明外形为平面布置，更加紧凑；内部流动为两个喷嘴对冲，靠内部的剪切流混合，整个混合腔内流动无大涡；内部为哑铃形状喷嘴，主要功能用于建立对冲扭转流动。

发明内容

本发明的目的在提供一种哑铃形喷嘴钻井液混合调节装置，解决了现有的传统的钻井液调节设备对高密度钻井液与海水或者淡水、添加剂等非牛顿液体与牛顿液体之间内部混合腔不能形成大涡流动，不能建立对冲扭转流动，不能紧凑而且高效快速混合的问题。

本发明所采用的技术方案是包括混合腔体，混合腔体两端同轴安装添加剂入口和混合液出口，混合腔体两侧分别相对安装有高密度钻井液入口和水入口，高密度钻井液入口和水入口内分别安装有喷嘴，喷嘴横截面呈多个垂直相交的哑铃形状，哑铃形状的头部数量为2个以上，相交部位连通所有头部，喷嘴纵截面呈喇叭状，混合液出口的截面面积大于添加剂入口、高密度钻井液入口和水入口的截面面积。

本发明的特点还在于两个喷嘴对称布置，相互对冲。混合液出口、添加剂入口、高密度钻井液入口和水入口的轴线在同一平面。喷嘴6厚度为10-15cm