[实用新型]一种阻断式脉冲射流钻井装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种钻井用钻头，特别涉及一种阻断式脉冲射流钻井装置，属于石油天然气钻井设备技术领域。

背景技术

在石油天然气钻井过程中，喷射钻井技术是通过在钻头喷嘴处产生高速射流的方式进行井底岩屑的清洗和辅助机械破岩，以达到提高机械钻速的目的。现有的井下钻头装置包括共轴线的双母套筒、钻头接头和钻头本体，双母套筒的下端与钻头接头的上端相旋接，钻头接头的下端与钻头本体的上端相旋接，钻头本体的下端安装有刀翼，钻头本体的上端设有沿轴线向下延伸的钻头水腔，钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼，各钻头水眼以轴线为中心均匀分布在同一个圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端面的喷孔相通，各喷孔中分别安装有喷嘴；双母套筒和钻头接头的中心设有与钻头水腔相通的中心水道。工作时，钻柱驱动双母套筒、钻头接头和钻头本体旋转，钻头本体上的刀翼切削岩石，同时地面机泵将钻井液泵入井下，钻井液从钻柱、双母套筒和钻头接头的中心流道到达钻头本体的钻头水腔，再从钻头水眼进入喷嘴喷出，对井底岩屑进行清洗。

常规PDC钻头（即PolycrystallineDiamondCompactbit聚晶金刚石复合片钻头）与普通喷嘴组合，钻井液通过钻具内水眼、钻头内腔，从喷嘴流出，由于流体没有经过扰动，在井底产连续射流，这种连续射流虽然在一定程度上有助于水力破岩和清洗井底，但由于连续射流会在井底形成持续的正压力，对井底岩屑产生压持效应，不利于岩屑的即时清洗，易造成岩屑的重复切削，降低机械钻速。连续射流的射流冲击力和液柱的静压力会增加井底岩石的围压，使岩石的塑性增强，不利于岩石的破碎。随着井深的增加和地面机泵条件的限制，钻头喷嘴处射流喷射速度会逐渐减小，严重降低了射流清岩和辅助破岩的效率，从而影响机械钻速。同时，传统的钻井作业中，钻井液为均匀的连续射流，存在水力能量分配和利用效率低等问题。

经过科学研究和生产实践证明：脉冲射流作为一种改变井底流场的射流方式与连续射流在射流清岩和辅助破岩机理方面存在差异，脉冲射流具有更好的辅助破岩和清岩效果。合理的射流脉冲压力的变化不仅能够起到良好的井底清洗效果，还可能达到辅助破岩甚至直接水力破岩的目的。目前，可进行钻井应用的脉冲射流钻井技术主要通过在钻头和钻柱中间安装脉冲接头或在钻头水眼末端安装脉冲喷嘴来实现脉冲。

脉冲接头结构相对复杂，安全可靠性差；接头中脉冲发生装置的能量由钻井液提供，脉冲发生装置将钻井液的动能转化为流体的脉冲能量，连续流体流经脉冲接头时会产生相对较高的压力损耗，从而增加地面机泵的工作压力；而且脉冲射流发生的位置距离钻头喷嘴至少0.5m左右，脉冲接头产生的脉冲射流不能直接作用于井底，脉冲射流经过钻头流道后实际作用于井底的脉冲效果会削弱。

脉冲喷嘴虽然能够将连续流体调整成脉冲流体，但脉冲效果相对较低。由于钻头水眼孔径通常只有18mm，脉冲喷嘴的设计受到钻头水眼孔径及自身强度要求的限制，产生的空化效果达不到最大化，随着井深的增加，井底围压增加，也会削弱脉冲喷嘴的脉冲效果，使得水力破岩和清洁井底的效果被削弱，提高机械钻速的程度也受到限制。

以上的脉冲射流工具为被动式结构，脉冲效果主要由钻井液流量和脉冲射流工具的内部结构决定，而脉冲射流工具的内部结构通常是固定的，无法根据现场情况及时进行改变。寻找新的脉冲射流产生方法和脉冲射流作用方式，对于提高机械钻速，缩短油气勘探周期，降低油气钻井成本具有非常重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种阻断式脉冲射流钻井装置，可以提高清洗井底的效果和水力破岩的能力。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种阻断式脉冲射流钻井装置，包括钻头本体，所述钻头本体的下端安装有刀翼，所述钻头本体的上端设有沿轴线向下延伸的钻头水腔，所述钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼，各钻头水眼以轴线为中心均匀分布在同一个圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端面的喷孔相通，其特征在于：所述钻头水腔的底壁上安装有静阀盘，所述静阀盘上设有静阀盘水孔，各所述静阀盘水孔与所述钻头水眼的孔径相同且分别与所述钻头水眼一一对应贯通，所述静阀盘的上方覆盖有可绕轴线转动的动阀盘，所述动阀盘上设有至少一个动阀盘水孔，所述动阀盘水孔与所述静阀盘水孔的孔径相同且与静阀盘水孔位于同一个圆周上。