[发明专利]一种热致裂辅助钻头高效破岩钻井提速系统

说明书

本发明涉及一种热致裂辅助钻头高效破岩钻井提速系统，其装置包括甲烷罐、氧气罐、钻井液罐、加压空气罐、高压管汇、连接接头、三通道旋转接头、涡轮钻具、燃烧室、钻头。所述涡轮钻具为井底钻头提供扭矩；甲烷在所述燃烧室内点燃，并通过火焰喷嘴将火焰喷向钻头，最终通过所述钻头内的火焰喷射路径喷向井底岩石；所述钻头内还有加压空气通道，加压空气也最终喷向井底。本发明可实现高温火焰致裂岩石辅助钻头破岩，有效保护钻齿，延长钻齿的寿命；此外在火焰加热后通过钻井液快速的冷却井底岩石，能够在岩石内部二次引入更多的裂缝，提高破岩效率。

技术领域

本发明涉及钻井领域，更具体地说，涉及一种热致裂辅助钻头高效破岩钻井提速系统。

背景技术

随着石油勘探的不断发展，石油钻井开始向更深的地层迈进，钻井深度也不断的增大，石油工作者也面临着在硬地层、复杂地层中钻进的难题。如何高效的破岩成为石油工作者研究的重点。为了增加深部地质资源的开采的经济可行性，需要改善钻井过程的效率，尤其是在硬质结晶岩中，从而提高深部钻探项目的经济性。常规机械破岩工具提高机械钻速效果不够显著，因此，全世界都在研究替代常规岩石破碎机制的钻井方法，例如热致裂、电脉冲、等离子和水力喷射。但目前，这些技术大多处于室内研究阶段，配套装置也不成熟，离现场推广应用还存在一定距离。

热致裂是一种非接触式岩石劣化方法，利用外界提供燃料加热岩石，致使岩石产生裂纹的一种新型技术。该技术避免了钻头磨损，并且在硬岩石中具有出色的钻探性能。并且有研究发现，火焰加热后快速冷却井底的岩石，能够在岩石内部引入更多的裂缝，提高破岩效率。

基于热致裂与传统机械破岩相结合的新式破岩方法的专利也有出现，如申请号201310351447.9的中国专利，其也实现燃烧热能和机械能的联合破岩，其火焰从钻齿之间喷出，在火焰高温加热岩石后利用钻齿对岩石进行破坏，但其存在以下问题：一是空气钻井地层出水引起的井壁失稳问题极为突出，是现阶段制约空气钻井推广应用的技术瓶颈，加之深部硬地层钻井中，下部钻具和钻头横向振动极为剧烈，横向加速度一般都会在20g以上，最大可以到达80g(Dykstra,M.W.,Chen,D.C.K.,Warren,T.M.,1995.Drillstringcomponent mass imbalance:a major source of down-hole vibrations.SPE/IADC29350)，导致下部钻具、钻头与井壁发生强烈碰撞，巨大的钻柱横振加速度足以使井壁岩石受钻柱碰击产生不可恢复的破坏，加剧井壁失稳，虽然上述专利中提出了利用燃烧热能将井壁陶瓷化的方案，但陶瓷化的井壁不能解决地层出水和钻柱碰击井壁导致的井壁失稳问题，特别是空气钻井中，下部钻具在缺乏钻井液阻尼的作用下振动更加剧烈；二是只能靠转盘提供扭矩，适应性较差，不能满足复杂结构井的需求；三是没有与配套的井下工具结合以形成一套完整的钻井技术，与实地使用存在一定的差距，很难在工程上推广应用。

综上所述，常规机械破岩工具提速效果不佳，新型破岩技术的配套设备不能实现工业化应用，急需研发一种热能与机械能综合破岩方法，并且能够与现有的钻采技术实现良好的过渡，能通过热能、机械能综合破岩方法提高钻进速度、节省钻井成本，并推进钻井工具的发展。

发明内容

针对上述问题，本发明克服现有技术存在的缺陷，提供一种钻井效率高、减少钻头摩损、可以进行深层复杂结构井钻探的采用火焰喷射的热致裂辅助钻头高效破岩钻井提速系统。

本发明的技术方案是：

一种热致裂辅助钻头高效破岩钻井提速系统，包括钻井架、甲烷罐、氧气罐、加压空气罐、钻井液罐、绞车、管道、高压管汇、三通道旋转接头、涡轮钻具、连接接头、钻柱、燃烧室、钻头。

所述钻井架竖直立于待钻井口之上，在其上部设有滑轮，下部固定在地面。