[发明专利]一种双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头

说明书

技术领域

本发明属于钻井与油气工程领域，具体涉及一种双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头。

背景技术

双壁钻杆反循环钻井(Reel Well钻井)技术是一项新的钻井技术，它以双壁钻杆为基础，钻井液从双壁钻杆环空泵入井内并清洗井底，从内部钻杆中携带岩屑返回地面，从而实现钻井液闭环循环。双壁钻杆反循环钻井技术最初是为了解决连续管钻井中井眼清洗问题而提出来的。双壁钻杆反循环钻井技术自2004年创建以来，主要由挪威国家石油公司、挪威科学研究委员会进行理论研究、配套设备的研发与测试。2005年开始对双壁钻杆反循环钻井技术展开可行性分析与调研；2006年完成了关键配套设备的研发与测试，同年Shell公司也加入对该技术的研究；2007年对全尺寸的模型在“Ullrigg”钻机上进行了考证；2008年实际设备在“Ullrigg”钻机上进行了试验；2009年在陆上与海上进行了试验井的钻探试验并取得成功；2013年OTC会议上推出了双壁钻杆反循环无隔水管钻井方法。双壁钻杆反循环钻井技术在控制压力钻井、大位移钻井、深水钻井以及有压力挑战性的地层钻进方面具有极大的优势，主要具有如下特点：(1)钻井液在管中管内反循环，实现无隔水管钻井；(2)双壁钻杆充当电力和数据传输通道；(3)实现全过程控压钻井。但是由于钻井过程中，钻井液是从底部钻具组合上部的流动转换接头进入双壁钻杆的内管，流动方向突然转变，使得井底岩屑的上返效率降低，井底岩屑得不到及时清理，从而造成部分岩屑的重复破碎，影响破岩效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头，通过双壁钻头内部的桥式双管流道，实现钻井液从钻头处直接进入双壁钻杆的内管，提高井底清岩效率；通过射流泵抽吸井底流体，减小井底压差，一方面促使井底岩屑脱离井底并加速上返，提升井底清岩效率，另一方面，实现欠平衡而提高机械钻速。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头，包括双壁钻头，及设置在双壁钻头内部的桥式双管流道、射流泵、冲砂装置。

双壁钻头包括外管接头、内管接头、外管、内管、钻头；外管接头与外管连接，外管与钻头连接；内管接头与内管连接，内管与钻头连接，内管接头和内管位于外管接头和外管内部；外管接头、内管接头、外管、内管、钻头为一个整体；双壁钻头是双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头切削岩石的工作部分。

桥式双管流道包括小环空、流动转换流道、高压腔、岩屑吸入管；小环空位于所述的内管与外管之间，小环空通过流动转换流道与高压腔连通；岩屑吸入管与流动转换流道交叉设置，贯穿所述的外管与内管；岩屑吸入管外端与钻头的外壁连接；桥式双管流道代替双壁钻杆反循环钻井中底部钻具组合上部的流动转换接头，实现了钻井液和岩屑从双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头的岩屑吸入管直接进入双壁钻杆的内管，从而大大提高了井底清岩效率。

射流泵包括反向高速射流喷嘴、吸入腔、喉管、扩散管、钻井液上返流道；反向高速射流喷嘴入口与所述的高压腔连通，反向高速射流喷嘴的出口位于吸入腔内；吸入腔与喉管对接连通，吸入腔的侧面与岩屑吸入管的內端连接；喉管与扩散管对接连通；扩散管与钻井液上返流道对接连通；吸入腔、喉管、扩散管、钻井液上返流道均包含于所述的内管内；射流泵是实现欠平衡，提高井底清岩效率和机械钻速的关键机构。

冲砂装置包括井底岩屑搅动与清洗流道、钻头喷嘴；井底岩屑搅动与清洗流道的入口与所述的高压腔连通，井底岩屑搅动与清洗流道出口处设置有钻头喷嘴；钻头喷嘴与反向高速射流喷嘴反向设置，钻头喷嘴出口与钻头端部连接，钻头喷嘴数量根据钻头结构而定。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下良好效果：

(1)本发明的桥式双管流道，代替了双壁钻杆反循环钻井中底部钻具组合上部的流动转换接头，实现钻井液和岩屑从钻头处直接进入双壁钻杆的内管，使井底岩屑及时被清除，提高井底清岩效率。

(2)本发明的射流泵抽吸井底流体，减小井底压差，一方面促使井底岩屑脱离井底并加速上返，提升井底清岩效率，另一方面，实现欠平衡而提高机械钻速。

附图说明

图1为双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头的示意图；

图2为双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头沿图1俯视示意图；

图3为双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头沿图1中A-A的剖视示意图；

图4为双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头沿图1中B-B的剖视示意图；

图5为双壁钻杆反循环钻井射流泵钻头的反向高速射流喷嘴示意图；