[发明专利]一种井下水力旋流辅助破岩工具

说明书

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井的配套井下工具技术领域，尤其涉及一种井下水力旋流辅助破岩工具。

背景技术

在油气勘探开发过程中，钻井工程是最关键的环节和最主要的手段，它具有高风险、高投资、资金密集等特点，并且钻井速度的快慢直接影响着油气勘探开发的经济效益。在钻井工程施工过程中，利用优选可控的钻井因素，有助于缩短作业时间，降低成本，提高机械钻速。其中钻井液的密度和固相含量是可优选化的可控因素，钻井液密度与固相含量有着密切的联系，同时也和分散的钻屑或者低密度的劣质土等有害固相含量有关，钻井液的基本作用在于保持一定的液柱压力，以控制地层内的流体进入井内。室内试验和钻井实践证明，提高钻井液密度，增加井内液柱压力和地层压力之间的压力差将使钻速急剧下降。其主要原因是井底压差对刚破碎的岩屑有压持作用，阻碍井底岩屑的及时清除，影响钻头的破岩效率，从而使钻速相应下降。钻井液的固相含量对钻进速度和钻头消耗量都有严重影响，因此必须严格控制钻井液的固相含量。对钻井液固相含量的深入研究发现，不仅固相含量对钻速有影响，固体颗粒的分散度也对钻速有影响。实验证明，钻井液内直径小于1μm的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大。

钻井液中固相含量对机械钻速的影响较大，随着固相含量的增加，机械钻速明显降低，大量研究结果表明，钻井液中固相含量每降低1％，机械钻速至少可提高10％。随着井深的增加，钻井液固相含量也会增加，成为影响深井提速的重要因素之一。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种井下水力旋流辅助破岩工具，以实现井底钻井液固相分离、提高钻井速度的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下水力旋流辅助破岩工具，该工具能够在钻井液进入钻头前实现井底钻井液固相分离，降低钻头处钻井液密度及环空液柱压力，减少压持效应，减轻钻头磨损，延长钻头寿命。

本发明的目的是这样实现的，一种井下水力旋流辅助破岩工具，包括密封连接的上接头和下接头，所述上接头内设置有多个沿轴向贯通、且沿周向间隔设置于所述上接头的周向一侧的钻井液输送通道孔，所述下接头内设置有沿轴向贯通的、且与所述钻井液输送通道孔连通的下接头中心孔，所述下接头中心孔内密封套设有能封隔所述下接头中心孔的分流管座，所述下接头中心孔内位于所述上接头与所述分流管座之间设置有直径向所述上接头方向渐缩的锥筒旋流器，所述锥筒旋流器的外壁与所述下接头中心孔的内壁之间呈间隔设置，所述锥筒旋流器的大径端的侧壁上设置有允许钻井液沿所述锥筒旋流器的内壁切向进入的导流槽，所述锥筒旋流器的大径端密封穿设有能连通所述锥筒旋流器的内腔与钻头的、且密封穿设于所述分流管座上的分流管；所述锥筒旋流器的小径端能沿与所述上接头的轴向呈倾斜、且朝向远离所述下接头的方向与所述井下水力旋流辅助破岩工具的外部环空自内向外单向连通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分流管座上设置有轴向贯通的分流过孔，所述分流管座的一端密封套设于所述锥筒旋流器的大径端，所述分流管座的另一端密封套设于所述下接头中心孔内，所述分流管密封套设于所述分流过孔一端的内部，所述分流管的内腔与所述分流过孔连通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分流管座的侧壁上位于所述锥筒旋流器外部的位置沿径向密封穿设有分流喷嘴，所述分流喷嘴允许钻井液自外而内进入所述分流过孔内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分流喷嘴的数量为多个。

在本发明的一较佳实施方式中，所述锥筒旋流器包括直径向所述上接头方向渐缩的锥筒部，所述锥筒部的大径端连接有圆筒部，所述圆筒部的侧壁上设置多个所述导流槽，所述导流槽的一侧壁沿所述圆筒部的内壁的切向设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分流管座的一端的侧壁上设置有与所述导流槽连通设置的分流管座导槽。

在本发明的一较佳实施方式中，所述锥筒旋流器的小径端密封连通有延长管，所述上接头内设置有一端与所述延长管连通的排固通道孔，所述排固通道孔设置在所述上接头上远离所述钻井液输送通道孔的周向另一侧，所述排固通道孔与所述上接头的轴向呈倾斜、且向远离所述下接头的方向延伸设置，所述排固通道孔的另一端通过喷嘴与所述上接头的外部环空自内向外单向连通，所述喷嘴的开口方向与所述上接头的轴向平行、且朝向远离所述下接头的方向。

在本发明的一较佳实施方式中，所述上接头的外壁上沿周向均匀设置有多个螺旋扶正块。