[发明专利]用于泡沫钻井的防倒灌空气锤钻头

说明书

技术领域

本发明涉及油气井钻井领域，尤其是一种适用于泡沫钻井的防倒灌空气锤钻头。

背景技术

泡沫空气锤钻井工艺是以泡沫作为动力介质驱动空气锤工作的钻井方法。它将空气锤钻井技术和泡沫钻井技术有机结合，既发挥了空气锤破碎硬岩效率高，不易井斜的特点，又充分体现了泡沫作为洗井介质携岩能力强、井壁稳定、满足潮湿地层及含水层携岩需求的特点。

空气锤钻井技术在油田气体钻井中的应用可谓是其技术更深层领域的应用，其应用环境更复杂，对空气锤钻井工具的工作性能要求更高：深井作业(最深达4300m)，承受大气量(最大300m³/min)，抗高频冲击，耐高温(150℃)。近年来，中石油研制成功的KQC系列空气锤已广泛应用于川渝地区的油气井钻井中；但钻遇地层出水时，为避免出现井下复杂，会及时替换其他钻井方式(牙轮空气钻进或常规钻进)。2008年在大庆的“徐深31井”应用KQC180型空气锤钻井，在井深2648.45m处钻遇地层水，为实现正常钻进，实施了空气锤泡沫钻井作业，这是目前国内已知的在油田钻井中泡沫钻井与空气锤钻井技术相结合的实例。应用结果：实现进尺54.14m、纯钻时间14.43h、平均机械钻速3.75m/h；钻进参数：注气量120m³/min、注液量1.2～1.4l/s、钻压20kN、钻速25r/min、立压2.6～4.1MPa。由于在泡沫钻井中应用空气锤钻井工艺的技术尚不完善，并且普通空气锤钻头用于泡沫钻井中其结构的局限性，致使地层水夹杂岩屑倒灌至空气锤的内部，空气锤不能正常钻进。

因此，业内亟需一种防止作业时泥水倒灌的空气锤钻头。

发明内容

为了解决在泡沫钻井领域中应用常规空气锤钻井时地层水和岩屑倒灌至空气锤内部，造成空气锤砂卡而影响正常钻进，甚至空气锤卡死而不工作的问题，发明了提供了一种用于泡沫钻井的防倒灌空气锤钻头。

所述的防倒灌空气锤钻头包括：

锥形单向阀，设置于所述防倒灌空气锤钻头的中心孔上部、钻头尾管下端；

其中：所述的锥形单向阀包括：阀芯体和阀堵；所述阀芯体包括：阀芯和丝堵；所述阀堵与所述防倒灌空气锤钻头的中心孔是过盈配合，所述阀芯与钻头中心孔是间隙配合；

所述阀芯与所述丝堵形成内部为空心的所述阀芯体；

所述阀芯体可沿竖直方向，在上止点与下止点之间上下浮动；其中，所述上止点为所述阀芯体沿竖直方向向上浮动的最高点，所述下止点为所述阀芯体沿竖直方向向下浮动的最低点。

进一步地，当所述阀芯体向上浮动到所述上止点时，所述阀芯的外锥面与所述阀堵的内锥孔紧密配合，形成密封锥面。

进一步地，所述阀芯体的比重小于水的比重，当在浮力的作用下，所述阀芯体沿竖直方向向上浮动。

进一步地，所述阀芯体的上部是完整的圆锥台，中部是由两个不完整的圆柱体形成的多个扶正翼和多个扇形凹道，所述多个扇形凹道与钻头中心孔形成过流通道。

进一步地，所述扶正翼与所述扇形凹道间隔设置，并且均匀分布在圆周上。

进一步地，所述多个扶正翼为3个扶正翼，所述多个扇形凹道为3个扇形凹道，所述3个扶正翼的圆周角之和为135°，所述3个扇形凹道的圆周角之和即为225°。

本发明的有益效果在于，应用本发明提供的用于泡沫钻井的防倒灌空气锤钻头，能够充分发挥空气锤钻井和泡沫钻井各自的优点。与普通空气锤钻头相比，本发明实现了防止地层水和岩屑倒灌至空气锤内部的目标，因此，在钻遇地层水时无需替换其他钻井方式而正常钻进，减少了起下钻次数，降低了钻井成本，同时泡沫介质的强力携岩和保护井壁的特点，使空气锤能够快速钻穿水层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的用于泡沫钻井的防倒灌空气锤钻头的结构示意图；

图2为本发明提供的阀芯中部形成的3个扶正翼和3个扇形凹道的剖面示意图；

图3为本发明提供的用于泡沫钻井的防倒灌空气锤钻头的中心孔与阀芯形成3个过流通道的结构示意图；

图4为本发明提供的用于泡沫钻井的防倒灌空气锤钻头的另一结构示意图。

具体实施方式