[发明专利]一种压力自动补偿式压差引射粒子连续注入装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻井工程技术，特别涉及一种压力自动补偿式压差引射粒子连续注入装置及方法。

背景技术

    粒子冲击钻井技术是提高深井/超深井及硬地层钻井速度的有效途径之一，而粒子注入装置是粒子冲击钻井技术实现的前提和关键，从根本上讲，粒子注入装置研究的核心是如何将钢质粒子以一定的速率，连续地注入到高压钻井液中。

目前，国内外已有的粒子注入装置尚不能真正的实现粒子的连续注入，即使采用双注入管注入装置，应用中也存在着明显的弊病。在两管交替时，低压管有一个升压过程，当刚接通低压管时，因压力大幅下降而无法正常进行喷射作业，而低压管压力升至稳定工作压力需要一段时间，使喷射作业存在间断，不能保证粒子冲击钻井系统始终连续地工作。

当系统正常工作时，高压罐中的粒子以一定的速度自下料管进入混合腔，当粒子截止阀突然关闭时，由于惯性的作用，粒子仍然下落，导致粒子在下料管中压实，之后，系统的压力降低，由于容积效应，高压罐和其内部的水恢复弹性变形，即高压罐体积收缩而水的体积膨胀，使得整个高压罐的空间减小，导致下料管中粒子持续压实，最终导致下料管的严重堵塞，且固体粒子自身流动性不良，很容易发生粒子出料口堵塞的事故，且解堵困难。所以，在系统停止工作时，应及时将高压罐中的压力卸掉，避免产生容积效应，而安装泄压阀是不可取的，这样不仅造成操作的不便，而且使得高压罐在释放数十兆帕压力时产生事故隐患。

在粒子冲击钻井过程中，要求粒子必须以固定的体积比例均匀的注入高压主管汇，且粒子的浓度能够连续可调，常用的螺杆挤压式注入方式因螺杆挤压器的密封性较差，且磨损严重，而限制了其推广应用。上述局面严重制约了粒子冲击钻井技术的商业化进程，粒子注入装置存在的问题急需解决。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种压力自动补偿式压差引射粒子连续注入装置及方法，通过设计粒子举升灌装系统、压力补偿系统、双罐注入系统和防堵混合系统，真正实现粒子连续注入、防堵且粒子浓度连续可调的目的，并通过电路控制系统实现操作的远程控制，解决现有技术中存在的问题。

一种压力自动补偿式压差引射粒子连续注入装置，包括粒子举升灌装系统（1）、压力补偿系统（2）、双罐注入系统（3）、防堵混合系统（4）和电路控制系统（5），粒子举升灌装系统（1）与双罐注入系统（3）的入口连接，且双罐注入系统（3）的侧壁连通压力补偿系统（2），在双罐注入系统（3）的底部连接防堵混合系统（4），一侧安设电路控制系统（5）；所述的粒子举升灌装系统（1）将粒子举升至双罐注入系统（3）中；所述的压力补偿系统可对双罐注入系统（3）的粒子注入罐（3-1）预升压至工作压力，并完成粒子与钻井液的初级混合；所述的双罐注入系统（3）可通过两个粒子注入罐的交替使用将粒子连续的注入到高压管汇中；所述的防堵混合系统（4）可防止堵塞事故的发生，实现粒子浓度的可控可调，并完成粒子与钻井液的两级混合；所述的电路控制系统（5）可实现操作的远程控制。

上述的粒子举升灌装系统（1）包括储料箱（1-1）、垂直螺旋输送机（1-2）、电机（1-3）、料斗（1-4）和粒子灌装阀（1-5）；垂直螺旋输送机（1-2）在顶部电机（1-3）的带动下，将储料箱（1-1）中的粒子举升到设备的最高处，灌入到料斗（1-4）中；通过启闭粒子灌装阀（1-5），将粒子注入左右两个粒子注入罐（3-1）中。

上述的压力补偿系统（2）包括升压管线（2-1）、升压用泥浆阀（2-2）；所述的升压管线（2-1）为高压主管线的一个分支，通过打开升压用泥浆阀（2-2）向粒子注入罐（3-1）内输入高压钻井液，将粒子注入罐（3-1）升压至工作压力，完成预升压过程，并完成粒子与钻井液的初级混合，形成粒子混浆，避免粒子注入罐（3-1）接通高压管汇后升压出现压力下降和管汇中粒子间断现象的发生。

上述的双罐注入系统（3）包括粒子注入罐（3-1）和粒子截止阀（3-2）；所述的粒子注入罐为左右并联的双罐，将罐中粒子通过压差引射的方式注入到连接高压主管汇的混合腔（4-1-4）中；所述的粒子截止阀（3-2）通过粒子截止阀本体（3-2-2）在90°内旋转，使得圆柱孔（3-2-1）与下料管（4-1-3）正对或正交启闭粒子注入混合腔（4-1-4）的过程。