井底水力抽吸降压钻井工具.pdf

井底水力抽吸降压钻井工具主要由钻头联接短节、低压腔、引射喷嘴、引射腔、抽吸管等构成，其原理利用钻头上部的引射喷嘴，由钻柱内和环空之间的压力差驱动，形成指向环空上返方向的高速射流，在引射喷嘴出口附近形成局部低压，通过钻头腔内直插井底的抽吸管，将该低压作用于井底，使作用在局部岩屑上的液柱压力降低，破岩钻进效率提高。

1.  井底水力抽吸降压钻井工具，它主要由钻头联接短节、低压腔、引射喷嘴、引射腔、抽吸管等构成，其特征是钻头联接短节[1]轴向贯通，两端加工有螺纹，上端和下端分别与钻柱和钻头相联，在钻头联接短节[1]中部加工有低压腔[2]，低压腔[2]的出口指向环空上返方向，低压腔[2]的轴线与钻头联接短节[1]的轴线呈空间异面关系，引射喷嘴[3]安装在低压腔[2]内靠近钻头联接短节[1]内壁的一端，在引射喷嘴[3]出口处、钻头联接短节[1]中部加工有引射腔[4]，引射腔[4]的轴线与低压腔[2]的轴线相交，在引射腔[4]内靠近钻头联接短节[1]内壁的一端接有抽吸管[5]，抽吸管[5]下端伸入钻头内部，直插井底。

2.  根据权利要求1所述的井底水力抽吸降压钻井工具，其特征是引射喷嘴[3]采用密封配合安装在低压腔[2]内。

井底水力抽吸降压钻井工具
                    技术领域
本发明属于石油、天然气钻井的配套装置。
                    技术背景
在井底液柱压力和地层孔隙流体压力差的作用下，钻头破碎岩石生成的岩屑被压在原位，被钻头重复切削，阻碍岩石新的破碎面暴露，使钻头破岩钻进的效率下降，这就是所谓地“压持效应”，因此能否减少“压持效应”直接关系到能否提高钻井速度。降低井底液柱压力是减少“压持效应”的技术关键。欠平衡条件下，钻井速度大幅度提高的实践证实了该结论。但是现阶段全井段的欠平衡技术，只适用于部分地层，且该技术对设备能力要求高、投资大，易出现井蹋、井眼扩大等复杂情况，大规模应用的条件尚不成熟。因此如果能够在井底局部降低液柱压力，则既可避免全井段欠平衡钻井技术的不足，又能够改善破岩钻进效率，是目前提高钻井速度的一个可行途径。
                    发明内容
本发明正是为在井底实现局部低压，减少“压持效应”，提高破岩钻进效率而设计的，其原理利用钻头上部的引射喷嘴，由钻柱内和环空之间的压力差驱动，形成指向环空上返方向的高速射流，在引射喷嘴出口处形成局部低压，通过钻头腔内直插井底的抽吸管，将该低压作用于井底，使局部岩屑上的液柱压力降低，破岩钻进效率提高，本发明的目的就是为现场提供一种井底水力抽吸降压钻井工具。
本发明是这样来实现的，它主要由钻头联接短节、低压腔、引射喷嘴、引射腔、抽吸管等组成，钻头联接短节轴向贯通，两端加工有螺纹，上端和下端分别与钻柱和钻头相联，在钻头联接短节中部加工有低压腔，低压腔的出口指向环空上返方向，低压腔的轴线与钻头联接短节的轴线呈空间异面关系，引射喷嘴安装在低压腔内靠近钻头联接短节内壁的一端，在引射喷嘴出口处、钻头联接短节中部加工有引射腔，引射腔的轴线与低压腔的轴线相交，在引射腔内靠近钻头联接短节内壁的一端接有抽吸管，抽吸管下端伸入钻头内部，直插井底，引射喷嘴采用密封配合安装在低压腔内，由于钻头喷嘴的过流面积较小，钻井液流过喷嘴时，会产生较大的压降，在钻柱内和外部环空之间形成压差，钻井液在该压差的作用下，经引射喷嘴加速，形成指向环空上返方向的高速射流，在引射喷嘴的出口区域，由于射流的卷吸作用，形成了一个低压区，该低压区经引射腔和抽吸管作用于抽吸管入口区域局部井底，使得抽吸管入口区域岩屑上的液柱压力降低，岩屑的翻滚、启动和新的岩石破碎面暴露的难度下降，钻头破岩钻井效率提高，岩屑上液柱压力降低的幅度通过调整钻柱内外的压力差、引射喷嘴的流道结构、钻井液性能、引射腔、引射喷嘴和低压腔的相对位置等参数来获得。
本发明基于“压持效应”影响钻速的机理分析，提出通过降低井底岩屑上的液柱压力来减少“压持效应”，提高钻井速度，并以此为指导设计了特殊的水力结构，在井底局部岩屑上部形成低压，从而强化岩屑的翻滚、启动和新的岩石破碎面暴露，提高钻头的破岩钻进效率。
                    附图说明
图1井底水力抽吸降压钻井工具示意图
1.钻头联接短节；2.低压腔；3.引射喷嘴；4.引射腔；5.抽吸管
                   具体实施方式
现结合说明书附图对本发明作进一步的描述。
当采用本发明在井底形成局部低压时，钻头联接短节[1]轴向贯通，两端加工有螺纹，上端和下端分别与钻柱和钻头相联，在钻头联接短节[1]中部加工有低压腔[2]，低压腔[2]的出口指向环空上返方向，低压腔[2]的轴线与钻头联接短节[1]的轴线呈空间异面关系，引射喷嘴[3]安装在低压腔[2]内靠近钻头联接短节[1]内壁的一端，在引射喷嘴[3]出口处、钻头联接短节[1]中部加工有引射腔[4]，引射腔[4]的轴线与低压腔[2]的轴线相交，在引射腔[4]内靠近钻头联接短节[1]内壁的一端接有抽吸管[5]，抽吸管[5]下端伸入钻头内部，直插井底，引射喷嘴[3]采用密封配合安装在低压腔[2]内。
当采用本发明在井底形成局部低压时，由于钻头喷嘴的过流面积较小，钻井液流过喷嘴时，会产生较大的压降，在钻柱内和外部环空之间形成压差，钻井液在该压差的作用下，经引射喷嘴[3]加速，形成指向环空上返方向的高速射流，在引射喷嘴[3]的出口区域，由于射流的卷吸作用，形成了一个低压区，该低压区经引射腔[4]和抽吸管[5]作用于抽吸管[5]入口区域局部井底，使得抽吸管[5]入口区域岩屑上的液柱压力降低，岩屑的翻滚、启动和新的岩石破碎面暴露的难度下降，钻头破岩钻井效率提高，岩屑上液柱压力降低的幅度通过调整钻柱内外的压力差、引射喷嘴[3]的流道结构、钻井液性能、引射腔[4]、引射喷嘴[3]和低压腔[2]的相对位置等参数来获得。