[实用新型]油气钻井用单体大直径反循环空气锤

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种主要用于石油天然气钻井、基础工程、水文水井钻探等大尺寸井眼反循环钻井领域的反循环空气锤。

背景技术

近年来，在油气钻井领域，气体正循环钻井技术在治理井漏、保护储层、提高机械钻速等方面取得了显著效果。但在大尺寸井眼钻井时，正循环气体钻井所需气量大、设备数量多、成本高等成了普遍问题。同时，常规气体钻井时高速气体对井壁冲蚀明显，在井壁不稳定的条件下井内容易出现“大肚子”。此外，若井下水层、漏层同时存在，容易出现漏水不漏砂的情况，难以建立循环。采用大直径反循环空气锤实施钻井，所需气量是常规正循环气体钻井的1/2~1/5（井眼尺寸越大对比越明显）。反循环空气锤钻井，气体不进入环空，可有效避免井壁冲蚀，同时解决井漏不返砂的问题。大尺寸井眼反循环空气锤可有效降低大尺寸井眼气体钻井成本，解决井漏失返问题。目前，国内石油天然气钻井领域常用的是正循环空气锤。

公开号为203499565U，公开日为2014年3月26日的中国专利文献公开了一种反循环空气锤钻头，包括钻头本体，钻头本体上设置有进气通道、内部引射孔和中心排砂通道，进气通道的出气口位于钻头本体的底面上，内部引射孔的入口与进气通道连通，出口与中心排砂通道连通，且入口与钻头本体的底面之间的距离小于出口与钻头本体的底面之间的距离；在进气通道的出气口喷出的气体作用下，中心排砂通道将岩屑由钻头本体底面向顶部排出。该专利文献具有良好反循环排砂效果，同时具备一定的预防和处理井漏以及钻头卡钻事故的能力。

反循环空气锤在钻井过程中，钎头会承受来自活塞的高频、高速冲击，同时也会承受来自上部钻具的压力和地层带来的反扭矩。特别是在油气钻井领域，反循环空气锤的工作参数（注气量、注气压力等）比其它领域（如地质勘探、基础工程、水文水井工程等）大很多，同时反循环空气锤钎头的井下工作环境（温度、地层压力、井深等）较其它领域复杂（地质勘探、基础工程等领域的反循环空气锤钻井深度都较油气钻井浅）。在这种工况下，反循环空气锤钎头极易疲劳破坏，出现钎头发生断裂的情况。一旦钎头断裂落入井内，将会造成严重的井内事故。然而，目前，国内的反循环空气锤钎头均不具备防掉落功能。这也正是本实用新型所将要解决的问题。

公开号为CN2084977，公开日为1991年9月18日的中国专利文献公开了一种气动潜孔锤反循钻进双壁钻杆,它是同国内现有设备配套的并以一般勘探队能完成该套钻具的加工任务为前提进行设计的。该钻具是用于反循环气动潜孔锤钻进或气举反循环钻进的专用新式双壁管钻具,它由提引式双通道气水龙头,装配式双壁钻杆和双侧口换向分流接头三部分组成,这种双壁钻杆具有良好的可拆性,结构简单,强度大,密封好,容易加工,制造成本低,具有显著的经济效益。

上述专利文献采用了反循环钻进双壁钻杆，反循环空气锤中设置有一反循环空气锤双壁转换短节，用于连接反循环空气锤和上部双壁钻具（双壁钻铤或者双壁钻杆），以上述专利文献为代表的常规双壁转换短节外管和内管的连接方式为丝扣连接，这种连接方式虽然牢固，但是加工工艺稍许复杂，装配麻烦，且螺纹容易损坏。

在基础工程领域，随着我国经济建设的高速发展，高层建筑、港口码头、水库坝基、滑坡治理、公路桥梁等工程的嵌岩基础灌注桩数量大幅增加。这些灌注桩孔直径一般都较大，嵌岩深度较深，大都要求嵌入新鲜基岩面一下，以确保基桩的承载力和抵御自然灾害的能力。

常用的大直径嵌岩桩孔施工方法多为：钢绳冲击钻、钢粒钻进、硬质合金钻进、组合牙轮钻进、组合滚齿钻进、环状取心等，但这些钻进效率及成孔质量不尽人意，尤其钻遇较硬地层（抗压强度>150MPa），进尺缓慢，甚至根本无法进尺。为了提高大直径硬岩层的钻进效率，国内钻探界专家学者对大直径潜孔锤钻进技术进行了研究。目前国内主要大直径硬岩潜孔锤钻进技术有以下几种：

1、大直径湿式反循环潜孔锤。该潜孔锤能有效提高大直径硬岩层的钻进效率。但该潜孔锤需要配套使用专用的三通道钻杆（石油天然气钻井领域很难采用该类钻杆进行钻井），且需要泥浆的液柱压力辅助排砂。

2、正循环集束式潜孔锤。该类潜孔锤由多个小直径的正循环潜孔锤组成。正循环集束式潜孔锤，所需气量大，设备占用多，排砂效果较差，国内应用较少。