[发明专利]一种页岩气专用冲击式液动锤钻井设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种页岩气开采钻井设备，尤其是一种页岩气专用冲击式液动锤钻井 设备，属于岩石的钻进技术领域。

背景技术

页岩气，一种新型洁净能源，它是一种蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源。页岩 气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩地层中。 页岩气的储层具有地层坚硬，埋层深的特点，开采难度大，需要高水平的钻井和完井技术。

现阶段页岩气的钻采一般遵循“钻井-压裂-采气”的采集机理进行，也就是通过由 机械设备将页岩气储集层钻出井筒，采用储层压裂方式使吸附在有机质页岩表面及夹缝中 的页岩气被压解出来，并通过扩散和流动两种不同的方式运移到井筒，这样不仅使页岩气 这一洁净能源得到利用，而且页岩气井能够长期地以稳定速率产气。

目前国内普遍采用的页岩气钻井设备为旋钻机和螺杆钻具，二者都属于钻压旋转 式钻井设备，适用于地层硬度小的浅井钻进模式；对于地层硬度大的深井钻进模式来讲，传 统旋钻机和螺杆钻具存在进尺慢和钻头磨损严重问题，由于钻头始终在一定钻压下抵在高 硬度岩层上旋转进尺，在较短时间内钻头牙轮就会磨尽，且进尺效率低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种能解决传统旋钻机和螺杆钻具 存在的进尺慢和钻头磨损严重的问题、适用于地层硬度大的深井钻进模式的页岩气专用冲 击式液动锤钻井设备。

本发明上述目的是通过以下述技术方案实现的：

一种页岩气专用冲击式液动锤钻井设备，它与地面动力系统配合完成页岩气的钻井作 业；所述页岩气专用冲击式液动锤钻井设备包括上接头、外套管、分流管、阀室组件、专用控 制管、活塞组件、下接头和钻头；所述钻头布置在井筒底部，钻头通过下接头、外套管、上接 头与地面动力系统中钻杆连接，通过钻杆驱动钻头旋转钻进；所述分流管、阀室组件、专用 控制管、活塞组件由上到下依次套装在外套管的内部，在分流管、阀室组件、专用控制管和 活塞组件中设置上下贯通的动力液通道；所述活塞组件包括活塞和缸筒，所述活塞与专用 控制管及阀室组件配合，通过对动力液压力的控制，驱动活塞在缸筒内往复运动，对钻头施 加周期性冲击力。

上述页岩气专用冲击式液动锤钻井设备，所述分流管上端与上接头装配，下端通 过喷嘴与阀室组件连通，在所述分流管的管壁上设置一组分流孔，在所述分流管的管壁内 表面上设置过滤网。

上述页岩气专用冲击式液动锤钻井设备，所述阀室组件包括阀室壳体、阀座和阀 芯；所述阀室壳体上端通过阀座与分流管连接，在阀室壳体上半部分沿轴向设置工作液第 一导流槽，并沿径向设置贯通工作液第一导流槽的阀室壳体第一导流孔，在阀室壳体下半 部分倾斜布置连通工作液第一导流槽的工作液第二导流槽，所述工作液第二导流槽一端与 沿轴向设置的工作液第三导流槽连通，另一端与阀室壳体内腔连通，所述工作液第三导流 槽设有与阀室壳体内腔连通的阀室壳体第二导流孔；所述阀芯设有阀芯中心孔，在阀芯中 部设置阀芯导流孔，在阀芯外壁的上部设置阀芯环槽，在阀芯外壁的下部设置与专用控制 管配合的环状定位面。

上述页岩气专用冲击式液动锤钻井设备，所述阀室组件中还设有阀室衬套，所述 阀室衬套嵌装在阀室壳体内腔中，套装在阀芯外面，在所述阀室衬套上设置与阀室壳体第 一导流孔对应的阀室衬套导流孔。

上述页岩气专用冲击式液动锤钻井设备，所述专用控制管为阶梯套管结构，其大 径端外壁与阀室壳体内壁配装，在其大径端外壁上沿圆周方向均布六个用于导通动力液的 长槽，在专用控制管小径端侧壁上沿圆周方向均布的十二个细长孔，其中六个细长孔与所 述六个长槽连通，另外六个细长孔与阀室壳体上倾斜布置的工作液第二导流槽连通，所述 细长孔下端设置封堵结构，在专用控制管的小径端轴向不同位置处沿圆周方向开设与所述 细长孔贯通的六个控制孔。

上述页岩气专用冲击式液动锤钻井设备，所述活塞为设有动力液通道的中空结 构，在活塞的内壁上设有与专用控制管配合的活塞第一内环槽和活塞第二内环槽，在活塞 的外侧壁上设有用于活塞向上运动时承受动力液推力的环状阶梯面。

上述页岩气专用冲击式液动锤钻井设备，在所述活塞与缸筒的配合面上涂覆密封 耐磨涂层。

上述页岩气专用冲击式液动锤钻井设备，所述活塞与缸筒的配合面上涂覆的密封 耐磨涂层优选碳化钨或者碳化硼涂层。