[发明专利]基于增压器的岩爆钻井装置以及破岩方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发中钻井工程技术，尤其涉及一种基于增压器的岩爆钻井装置以及破岩方法。

背景技术

钻井工程占油气开发成本的50％以上，投资大且风险高，提高钻井效率是降低勘探开发成本的最佳途径，也是油公司、钻井承包商和技术服务公司一贯追求的重要目标。近两年，国际油价大幅度降低，竞争也日益激烈，石油公司只有更加注重高效钻井、降本增效、拥有核心技术，才能获得竞争优势，渡过“寒冬”。显然，提高钻速、降低钻井成本是目前石油工程领域急需的技术之一。

目前，石油天然气钻井方法主要有：旋转钻井、旋冲钻井和欠平衡钻井；其它的钻井方法，如激光钻井、等离子钻井和超高压喷射钻井方法等还处于探索研究阶段。随着深井、超深井、易斜井、硬地层、水平井及大位移井在石油钻井中所占的比例越来越大，深井中遇到的硬地层和坚硬地层采用常规的旋转钻进方法破岩效果差、钻进效率低，深井中的井斜问题也日益突出；在水平井和大位移钻井中，随着水平位移的增加，水平井的加压更为困难，钻具的损坏也更为严重。

中国专利号CN203742436U的实用新型专利公开了一种动力扰动破岩钻具，其具体方案包括：芯轴设于外筒内，外筒与芯轴通过花键连接；涡轮套筒设于外筒内，其上端与导流器通过螺纹链接，其中部的环形槽中设置有橡胶密封圈，其下端与芯轴的上端通过螺纹连接；涡轮设于涡轮套筒内部，涡轮固定于导流器的轴芯上，涡轮的下端与旋转偏心阀片通过螺纹连接；旋转偏心阀片的下端面与固定偏心阀片的上端面紧密接触，固定偏心阀片与芯轴的上端通过螺纹连接。在钻井过程中，钻井液使涡轮旋转，再通过涡轮驱动动阀片旋转，使动阀片和固定阀片之间的有效流通面积周期性变化，从而产生水击力，形成周期性柔和变化的动载荷，与钻具自重产生的静载荷，共同作用于岩石，实现高应力扰动破岩。

中国专利号CN104594801A的专利在上述专利的基础上，公开了一种动力扰动破岩钻具，其具体方案包括：该扰动破岩钻具包括防掉总成、马达总成、传动轴总成及扰动总成，是利用现有的螺杆传动轴外壳和芯轴相对运动转换为齿轮旋转，最后实现扰动总成产生周期性水击力，并与上部钻具组合的重力共同形成钻压，实现高应力扰动破岩，提高机械钻速。

将高应力+动力扰动破岩方法引入石油钻井，是一种利用深部地层岩石本身属于储能体、且岩石属于非连续相，通过外部机械引诱发生裂纹扩展或岩爆的方法，是一种不同于常规钻井破岩的非常有前景的新方法。目前公布的两个专利公开的技术都是通过钻具输出机械作用力，在钻井过程中，钻头不仅受到上部钻具自重提供的钻压，还受到工具内部产生的周期性扰动力，其合力作用于钻头，使钻压类似正弦规律变化，扰动岩石，使岩石周期性卸载，引发岩爆，从而提高破岩效率。但是这两种方式钻具均是输出机械作用力，岩石容易对钻具产生损坏，进而影响钻具的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于增压器的岩爆钻井装置，旨在用于解决现有的钻井装置的钻头破岩效率低，使用寿命较短的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种基于增压器的岩爆钻井装置，包括竖直设置的增压器壳体以及安设于所述增压器壳体上端口的上部接头，所述增压器壳体上设置有与所述上部接头连通且延伸至所述增压器壳体下端的常压管以及向下延伸且由所述增压器壳体的下端导出的高压管，于所述增压器壳体内水平设置有上阀片、位于所述上阀片下方且与所述上阀片贴合的下阀片以及可驱使所述上阀片绕轴线旋转的驱动件，所述上阀片上竖直设置有第一通孔，所述下阀片上设置有第二通孔以及第三通孔，所述第二通孔以及所述第三通孔均与所述第一通孔同轴等径，所述增压器壳体于所述下阀片下方设置有活塞以及滑动设置于所述高压管内的活塞杆，所述活塞的上端与所述下阀片的下表面围合形成与所述第二通孔连通的第一腔室，所述活塞的下端与所述增压器壳体的内壁之间围合形成与所述第三通孔连通的第二腔室，所述活塞杆的下端与所述高压管之间围合形成第三腔室，且于所述高压管内设置有可控制所述第三腔室与所述增压器壳体的下端连通的第一控制阀，所述第三腔室通过第二控制阀与所述增压器壳体的外侧连通。