[发明专利]一种可注入并循环粒子的钻井工具

说明书

本发明涉及石油钻井工程技术领域，具体指一种可注入并循环粒子的钻井工具，包括外筒、分别固设于外筒内部和外部的内筒和粒子挡环、套于内筒外侧可相对内筒滑动并与外筒存在间隙的滑动筒以及设于滑动筒与外筒的间隙中的弹簧及粒子。本发明所述可注入并循环粒子的钻井工具能够在不增加地面设备的情况下实现粒子在井下的注入和循环利用，可有效消除地面设备的复杂性、不可靠性带来的各种安全隐患，并可长时间连续运转，有助于提高钻井效率。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程技术领域，具体指一种可注入并循环粒子的钻井工具。

背景技术

目前深井与超深井在钻井过程中遇到硬地层及强研磨性地层时普遍存在钻速慢、周期长、成本高等问题，严重制约了油气资源整体勘探开发的速度和效益。粒子冲击钻井是在不改变现有钻井设备和工艺的基础上，将2％～5％的钢质粒子通过注入系统注入到高压钻井液中，通过钻杆输送到PID(Particle Impact Drilling)钻头，粒子从钻头喷嘴高速喷出冲击破碎井底岩石，从而实现高效破岩，是一项有着巨大的发展潜力的新钻井技术。

粒子的连续、稳定注入是实现粒子冲击钻井技术的前提。目前，国内外主要存在粒子水力注入和机械注入两种注入方式。粒子的水力注入类似于射流泵的工作原理，采用压差引射的方式实现，依靠压差的大小控制粒子的注入量，但压差稳定性难以控制，使粒子注入不均匀，严重时还会引发粒子堵塞事故，因此应用范围较为受限。粒子的机械注入主要采用螺旋输送机或旋叶输送机实现，通过配套的动力设备带动输送机旋转，从而将粒子注入钻井液。对于机械注入方式而言，在高压、高粒子含量的工作介质环境下，系统中运动部件的可靠性和使用寿命是影响该种注入方式推广应用的关键问题，而一般情况下，机械式输送机结构比较复杂，磨损严重，密封易发热失效，影响工作的可靠性，且设备尺寸较大，不便于检修和装卸。

另外无论是粒子采用水力注入方式还是机械注入方式，都需要在井场配置两到三个高压粒子罐作为粒子的注入系统，并配置结构复杂的粒子回收系统及配套的高压管道和阀门，硬件投入成本较高。并且由于粒子在流动过程中会造成管线和阀门的磨损并影响管道的密封性，这些都给钻井施工带来了极大的安全隐患，严重影响了粒子冲击钻井技术的推广应用。以上局面严重制约了粒子冲击钻井技术商业化应用的进程，粒子注入及循环利用环节存在的问题急需得到解决。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题提出了一种可注入并循环粒子的钻井工具，该工具可携带足够的粒子至井下释放并实现粒子在井下的循环利用。

本发明所述可注入并循环粒子的钻井工具包括外筒、分别固设于外筒内部和外部的内筒和粒子挡环、套于内筒外侧可相对内筒滑动并与外筒存在间隙的滑动筒以及设于滑动筒与外筒的间隙中的弹簧和粒子。

所述外筒包括外径相同并在端部焊连的上筒节和下筒节，所述上筒节上端与钻井管柱螺接，中部的内壁上设有一隔挡凸环并开有多个连通隔挡凸环两侧的沟通孔道。所述下筒节由上至下包括内径大于上筒节的出粒段、内径窄于出粒段的混合段以及与PID钻头螺接的连接段。

所述滑动筒上下两端的外壁上分别设有封端凸环和限位凸环，所述封端凸环的外径与上筒节的内径相适应，限位凸环与上筒节内壁的间距小于粒子的直径，与出粒段内壁的间距大于粒子的直径。所述弹簧封装于封端凸环与隔挡凸环间的环空内，所述粒子装填于限位凸环与隔挡凸环间的环空内。

所述内筒包括外径与滑动筒的内径相适应的内筒上段以及外径大于内筒上段且下端与混合段的台阶面贴合并焊连的内筒下段，所述内筒下段与出粒段之间为一出粒环空。所述混合段在顶面上沿径向开有多道将出粒环空与混合段内部连通的沟通槽，并在外壁上开有与沟通槽连通的回流孔。所述沟通孔道的上端口位于封端凸环的下方且与内筒下段台阶面的间距大于滑动筒的长度。所述粒子挡环上设有多个直径小于粒子的回液孔且外径与井筒的直径相适应。

所述下筒节的外壁上设有与粒子挡环内缘相适应的嵌合环槽，所述粒子挡环固定套于嵌合环槽处。