[发明专利]钻井用井底负压发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械领域的负压发生器，特别是用于石油、天然气和地质钻井用的井底负压发生器。

背景技术

在石油、天然气和地质钻井过程中，井筒内的钻井液压强造成的压持效应，极大地降低了钻进速度。井底钻井液压强越大，钻速越慢；井底钻井液压强越小，钻速越高。为了提高钻进速度，采用了欠平衡钻井技术、充气钻井技术、泡沫钻井技术、气体钻井技术。这些钻井技术虽然有效地提高了钻速，但也有地面设备复杂、井壁稳定困难和地层压力控制困难等问题。

以液体泥浆为循环介质的常规钻井技术，具有设备相对简单、井壁稳定性好、井控容易、钻柱磨损较轻等优点，但也有井底钻井液压强大，钻速慢的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、能够降低井底钻井液压强的井底负压发生器。

要实现井底局部负压，井底负压发生器必须具备三个功能：（1）将环空分为上部环形空间和井底环形空间两个压强区；（2）井底环形空间压强低于上部环形空间压强，且流体从井底环形空间流向上部环形空间；（3）有钻进功能。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案如下：

本发明主要包括管状中心轴和胶桶，其中，中心轴的上端与上母接头连接，其下端与下公接头连接，在该中心轴的上部设有止推台肩。在中心轴的外侧套有胶桶安装环，该胶桶安装环外设有胶桶，该胶桶内设有低压腔，在该低压腔的上面设有液流排出孔，在该低压腔的下面设有喷嘴和低压液流管，在上述低压液流管的下端设有滤网。在上述胶桶内侧的中心轴上设有液流孔，在上述胶桶安装环和胶桶靠中心轴的一侧上也设有液流孔。在上述中心轴与胶桶安装环之间设有密封圈，在该胶桶安装环上方设有止推轴承，在该止推轴承上方设有弹簧。

在自由状态下，胶桶的外径小于井筒直径，可以用钻柱将该工具送入井底。当向钻柱内流体施加压强时，流体的大部分的流经路线是：中心轴中孔——中心轴液流孔——中心轴与胶桶安装环间环空——胶桶安装环液流孔——胶桶内腔——喷嘴——低压腔——液流排出孔——上部环形空间。由于胶桶内腔的压强大于环形空间的压强，胶桶膨胀，封闭了环形空间，将环形空间分为了上部环形空间和井底环形空间。当液流流经喷嘴后，在低压腔产生负压，负压将井底环形空间的流体吸入低压腔，两路流体一起经液流排出孔流入上部环形空间；为了避免大岩屑颗粒堵塞管道，在入口处，装有滤网，实现了井底环形空间压强低于上部环形空间压强，且流体从井底环形空间流向上部环形空间。钻井液压强升高后，可以旋转钻柱并施加钻压钻进；此时，胶桶安装环和胶桶固定在井壁上不动，中心轴转动、传递钻压、并向下滑动，同时压缩弹簧；当止推轴承接触中心轴上的止推台肩时，就需要卸掉钻井液压力，使胶桶收缩，弹簧推胶桶向下，直至下死点。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）结构简单、紧凑，体积小；

（2）只在井底局部产生负压，能够有效降低井底钻井液压强，不影响其它部分；

（3）在传统工艺上改进，投资少，成本低；

（4）具有稳定性和耐久性，适合于硬地层和极硬地层钻进。

附图说明

图1是本发明的结构示意简图。

图2是本发明工作状态示意简图。

图中：1-中心轴、2-上母接头、3-弹簧、4-止推台肩、5-止推轴承、6-胶桶安装环、7-密封圈、8-中心轴液流孔、9-胶桶安装环液流孔、10-胶桶、11-下公接头、12-液流排出孔、13-低压腔、14-喷嘴、15-低压液流管、16-滤网、

17-井壁、18-钻柱、19-上环形空间、20-井底环形空间、21-钻头。

具体实施方式

在图1所示的钻井用井底负压发生器结构示意简图中，中心轴1的上端与上母接头2连接，其下端与下公接头11连接，在该中心轴的上部设有止推台肩4，上母接头用于与上部钻柱连接，下公接头用于与钻头或下部钻柱连接。在中心轴的外侧套有胶桶安装环6，该胶桶安装环外设有胶桶10，该胶桶内设有低压腔13，在该低压腔的上面设有液流排出孔12，在该低压腔的下面设有喷嘴14和低压液流管15，在上述低压液流管的下端设有滤网16。在上述胶桶内侧的中心轴上设有液流孔8，在上述胶桶安装环和胶桶靠中心轴的一侧上也设有液流孔9。在上述中心轴与胶桶安装环之间设有密封圈7，用于防止高压液体从环隙中泄露。在该胶桶安装环上方设有止推轴承5，在该止推轴承上方设有弹簧3。

如图2所示，该井底负压发生器连接在钻柱18上，并送入井底。钻井液压强升高后，胶桶膨胀并封闭环形空间。安装在胶桶内的射流系统（液流排出孔、低压腔、喷嘴、低压液流管、滤网）使得井底环形空间20的压强小于上环形空间19的压强。上环形空间的压强使得井壁17稳定和井控易于实现。井底环形空间的压强使得钻速快。当钻柱旋转并带动钻头21向下钻进时，中心轴下移，压缩弹簧。当止推轴承顶到止推台肩时，就要停止向钻柱内液体施加压强，使胶桶收缩，弹簧伸长，向下推胶桶达到下死点；此时，井底环形空间没有负压强。再开泵向钻柱内液体施加压强时，井底环形空间再产生负压强。