[实用新型]深井钻井井底水力动力降压提速工具

说明书

技术领域

本实用新型涉及深井钻井井底水力动力降压提速工具，属于石油、天然气钻井的配套装置，尤其是能够降低井底钻井液密度，减少压持效应，减轻钻头磨损，提高钻井速度，延长钻头寿命。

背景技术

随着世界浅层油气资源的减少，油气勘探开发逐渐向深井转变。深部地层钻井速度的快慢直接影响着油气勘探开发的经济效益，但深部钻井所受地层压力大，所需钻井液的密度大，高密度钻井液极大的影响机械钻速，这也成为深井钻井急需解决的问题。

随着钻井过程的不断进行，钻井深度的不断增加，需要在钻井液中加入像重晶石之类的加重材料，用来提高钻井液的密度，以达到稳定井壁和保护油气层的目的。室内试验和钻井实践证明，提高钻井液密度，会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效应，阻碍井底岩屑的及时清除，影响钻头的破岩效率，机械钻速下降，钻头磨损加剧。

根据大量现场钻井数据表明，钻井液中固相含量是影响钻井速度的一个重要因素，它的增加会导致机械钻速的降低。有研究表明，固相含量每提高7％，机械钻速就会下降到原来钻速的一半。所以严格控制钻井液中固相含量，对保证优质快速钻井有着直接的影响。

基于以上分析，本实用新型设计了深井钻井井底水力动力降压提速工具该工具针对深井井底压力大，所用钻井液密度高等特点进行设计，在深井井底近钻头处分离钻井液中的部分固相颗粒，通过降低进入钻头的钻井液的密度，而降低深井井底的压持效应，减少重复破碎，降低喷嘴磨损，能够有效提高机械钻速和延长钻头寿命。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

深井钻井井底水力动力降压提速工具由固相收集器、固体导流管、涡轮加速器、旋转密封器、动力连接器、旋流分离器、支撑杆、导流器组成。

连接方式如下：四根固体导流管分别与钻杆内壁和固相收集器相连，固体导流管为中空的钢管，起到支撑和排出固相的作用；涡轮加速器与固相收集器通过旋转密封器连接，涡轮加速器内部中空，外部与涡轮叶片连接提供动力。

旋转密封器可以提供良好密封，同时允许涡轮加速器旋转；涡轮加速器与动力连接器连接，动力连接器是一种对向开口的钢管，钢管开口处允许流体通过，钢管开口后剩余部分传递来自涡轮加速器的动力。

动力连接器与旋流分离器连接，旋流分离器分为两部分，第一部分是外部锥形钢制壳体，锥形钢制壳体上部通过旋转密封器与动力连接器连接，下部与支撑杆连接；第二部分是内部安装连续螺旋叶轮的旋流转子，旋流转子中空并与上部的动力连接器连接，下部与导流器通过旋转密封器连接；导流器为曲面钢体，将导流器上下分为独立的两部分。

钻井液流动顺序如下：经地面加压泵入地下的高压高速钻井液冲击涡轮加速器，钻井液的轴向流动带动涡轮加速器转动，涡轮加速器通过动力连接器与旋流转子连接，因此旋流转子与涡轮加速器以同样的转速转动；通过涡轮加速器的钻井液沿钻杆内壁与旋流加速器之间的空隙向下流动，经过导流器缓冲变向，向上进入旋流分离器，旋流分离器由于涡轮加速器的动力作用旋转，对向上进入旋流分离器的钻井液进行离心分离，由于旋流转子的作用，钻井液受到很大的离心力作用，在离心力的作用下，钻井液中的固相颗粒偏离中心的速度比液相偏离的速度快，钻井液中的固相会紧贴旋流分离器外部锥形钢制壳体的内壁，由于通过导流器进入旋流分离器的钻井液是源源不断的，从钻井液中分离的固相颗粒在紧贴旋流分离器外部锥形钢制壳体的内壁的同时，自下而上的钻井液会推动从钻井液中分离的固相颗粒向上运移。

从钻井液中分离的固相颗粒在紧贴旋流分离器外部锥形钢制壳体的内壁向上运移的同时，由于锥形壳体内半径逐渐减小，从钻井液中分离的固相颗粒旋转速度越来越快，同时向上继续运移，随后与分离固相后的钻井液同时进入对向开口的动力连接器。

由于从钻井液中分离的固相颗粒的运移速度大于钻井液的速度，所以在动力连接器的开口处大部分从钻井液中分离的固相颗粒以及少量钻井液会继续沿着动力连接器向上运移；在动力连接器的开口处大部分钻井液沿着动力连接器向下，进入中空的旋流转子，向下运移进入钻头。

固相颗粒以及少量钻井液继续沿着动力连接器向上运移通过涡轮加速器进入固相收集器，并通过固体导流管连接的排固喷嘴喷出钻杆外。