專利名稱：泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘鉆具及鉆井工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油氣資源勘探及開發(fā)、地?zé)徙@井及水文水井鉆具，尤其是泥漿循環(huán)護(hù)壁、空氣潛孔錘鉆井同步作業(yè)的同軸式三通道鉆具及鉆井工藝。
背景技術(shù)：
油氣資源勘探及開發(fā)、地?zé)徙@井及水文水井等中等口徑鉆井工程中，采用常規(guī)鉆井方法鉆遇硬巖地層時，鉆井效率急劇下降，致使鉆井成本升高，鉆井施工周期延長，已成為目前國內(nèi)外鉆井界亟待解決的技術(shù)難題。近些年來，為較大幅度提高鉆井效率，國內(nèi)外開展了空氣潛孔錘鉆井工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用，應(yīng)用實(shí)踐表明，在硬巖地層鉆井中效率提高十倍以上，在國內(nèi)外已取得了顯著工程效果。由于采用的是空氣潛孔錘正循環(huán)鉆井工藝，當(dāng)井深增大、井內(nèi)有水時，井底的圍壓也隨之增大，使壓縮空氣的風(fēng)壓增高，壓縮空氣的體積被壓縮。為保持空氣潛孔錘的正常鉆進(jìn)，隨鉆井深度的增加、井底圍壓的增高需不斷增加壓縮空氣的供給量，以補(bǔ)充被壓縮的壓縮空氣體積，導(dǎo)致了壓縮空氣流量巨增，配套的空壓機(jī)設(shè)備數(shù)量增多，并需配備增壓機(jī)以提高風(fēng)壓。致使空壓機(jī)、增壓機(jī)設(shè)備投資大、能耗高、占地面積大、對環(huán)境的污染嚴(yán)重，而且無法使用有效的泥漿洗井護(hù)壁工藝。當(dāng)?shù)貙訔l件較復(fù)雜、井內(nèi)水量較大、井壁穩(wěn)定性較差時，空氣鉆井方法難以應(yīng)用和實(shí)施，限制了空氣潛孔錘鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘鉆具；本發(fā)明的另一目的是提供一種泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘的鉆井工藝。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘鉆具，鉆具為同軸式三通道結(jié)構(gòu)，內(nèi)層鉆桿5設(shè)有中心通道20，內(nèi)層鉆桿5與中間層鉆桿4之間構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道為第二層通道，中間層鉆桿4與外層鉆桿3之間構(gòu)成的外環(huán)間隙通道為第三層通道，鉆井中三通道鉆具在井內(nèi)與孔壁之間形成了井壁外環(huán)間隙通道21，在鉆井過程中共形成了四個流體通道。所述的同軸式三通道鉆具，是由外層鉆桿上接頭I通過螺紋與外層鉆桿3的上端連接，外層鉆桿3下端通過螺紋與外層鉆桿下接頭7的上端連接，外層鉆桿下接頭7的下端通過螺紋與潛孔錘上接頭8的上端連接，潛孔錘外管13上端通過螺紋與其上接頭8的下端連接，潛孔錘外管13下端通過螺紋連接花鍵套18 ;中間層鉆桿4和內(nèi)層鉆桿5分別固定在外層鉆桿3內(nèi)，鉆井中擰卸鉆桿時相連接的二根中間層鉆桿4和二根內(nèi)層鉆桿5之間均為插接方式連接，中間層鉆桿上接頭2下端通過螺紋與中間層鉆桿4上端連接，中間層鉆桿4下端通過螺紋與中間層鉆桿下接頭6上端連接，中間層鉆桿下接頭6下端與潛孔錘上接頭8為插接連接，心管9插入內(nèi)缸上端蓋10內(nèi)并固定，內(nèi)缸上端蓋10裝在內(nèi)缸11的上端面，內(nèi)缸11、隔套14和襯套16依次裝在外缸12的內(nèi)圓柱面內(nèi)，活塞15裝于內(nèi)缸11和襯套16內(nèi)，鉆頭19以花鍵插入花鍵套18的花鍵槽內(nèi)，用半圓卡17卡在鉆頭19上部的環(huán)槽內(nèi)，限制鉆頭沿花鍵向下滑出，實(shí)現(xiàn)鉆頭19的軸向定位。泥漿循環(huán)護(hù)壁空氣潛孔錘鉆井工藝，包括以下步驟a、連接井內(nèi)的鉆具，包括空氣潛孔錘及鉆頭和同軸式三通道鉆桿，同軸式三通道鉆具構(gòu)成了相互封閉的三個流體通道，既鉆具內(nèi)層鉆桿5的內(nèi)孔中心通道20，由中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道，由外層鉆桿3與中間層鉆桿4構(gòu)成的外環(huán)間隙通道，外層鉆桿3與井壁之間構(gòu)成了井壁外環(huán)間隙通道，共形成四個流體通道；b、鉆井過程中每二個流體通道構(gòu)成一種流體由地面至井底進(jìn)行獨(dú)立循環(huán)的流體通道，因此井內(nèi)共有二個分別供壓縮空氣和泥漿二種動力介質(zhì)獨(dú)立循環(huán)的流體通道，鉆井過程中使用二種不同流體的動力循環(huán)介質(zhì)，既由泥漿泵供給的泥漿流體動力介質(zhì)和由空氣壓縮機(jī)供給的壓縮空氣流體動力介質(zhì)； C、鉆井中由空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)外層鉆桿3與中間層鉆桿4構(gòu)成的外環(huán)間隙通道，進(jìn)入空氣潛孔錘內(nèi)驅(qū)動潛孔錘工作，產(chǎn)生的高頻高能沖擊力，直接作用于鉆頭，實(shí)現(xiàn)對井底巖石的聞效碎巖鉆進(jìn)；d、驅(qū)動潛孔錘工作后的廢氣經(jīng)由潛孔錘內(nèi)部通道進(jìn)入三通道鉆具的中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道，將廢氣排放至大氣中。壓縮空氣在井內(nèi)的循環(huán)與工作完全處于封閉狀態(tài)，呈獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，不與井內(nèi)接觸與聯(lián)通，使壓縮空氣不受井內(nèi)流體圍壓及波動的影響；e、在空氣潛孔錘鉆井的同時，由泥漿泵輸出的泥漿沖洗液經(jīng)井內(nèi)的同軸式三通道鉆具的內(nèi)孔中心通道20進(jìn)入井底，冷卻鉆頭球齒后攜帶巖粉和巖屑沿著外層鉆桿3與井壁之間的井壁外環(huán)間隙通道排至井口，進(jìn)入地面泥漿池。有益效果(1)空氣潛孔錘的高頻、高能沖擊能量以沖擊回轉(zhuǎn)碎巖方式鉆進(jìn)，使井底巖石實(shí)現(xiàn)體積碎巖，可使硬巖鉆井效率較目前常規(guī)鉆井方法提高十倍以上；(2)壓縮空氣在三通道鉆具內(nèi)實(shí)現(xiàn)封閉循環(huán)，不受井深增加、井內(nèi)圍壓變化等的影響，風(fēng)壓和耗氣量大幅度降低，空壓機(jī)設(shè)備數(shù)量減少，耗油量大幅節(jié)省，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保和低成本鉆井；(3)空氣鉆井的同時又恢復(fù)使用泥漿護(hù)壁，實(shí)現(xiàn)對井壁的有效保護(hù)，對各種復(fù)雜地層條件的適應(yīng)性增強(qiáng)，利于該技術(shù)的廣泛推廣應(yīng)用；(4)鉆具采用同軸式連接方式，連接強(qiáng)度高，擰卸方便、迅速，密封性好；(5)壓縮空氣封閉循環(huán)避免了現(xiàn)有空氣鉆井的粉塵污染，利于環(huán)境保護(hù)。鉆井過程中上下二根三通道鉆桿連接時，只需擰卸上面三通道鉆桿的外層鉆桿下接頭7與下面三通道鉆桿的外層鉆桿上接頭I的螺紋，兩根鉆桿的中間層鉆桿4和內(nèi)層鉆桿5之間均為插接連接方式，中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5則自動完成了連接。采用此種連接方式，鉆桿擰卸方便、快捷、可靠，且鉆桿的密封性好、制造成本低，鉆桿的擰卸方式與普通鉆桿相同。


附圖I為泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘鉆具結(jié)構(gòu)圖附圖2為圖IA— A, B-B剖面圖附圖3為泥漿循環(huán)護(hù)壁空氣潛孔錘鉆井工藝原理圖I外層鉆桿上接頭；2中間層鉆桿上接頭；3外層鉆桿；4中間層鉆桿；5內(nèi)層鉆桿；6中間層鉆桿下接頭；7外層鉆桿下接頭；8潛孔錘上接頭；9心管；10內(nèi)缸上端蓋；11內(nèi)缸；12外缸；13外管；14隔套；15活塞；16襯套；17半圓卡；18花鍵套；19鉆頭；20中心通道；21井壁外環(huán)間隙通道。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘鉆具，鉆具為同軸式三通道結(jié)構(gòu)，內(nèi)層鉆桿5設(shè)有中心通道20，內(nèi)層鉆桿5與中間層鉆桿4之間構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道為第二層通道，中間層鉆桿4與外層鉆桿3之間構(gòu)成的外環(huán)間隙通道為第三層通道，鉆井中三通道鉆具在井內(nèi)與孔壁之間形成了井壁外環(huán)間隙通道21，在鉆井過程中共形成了四個流體通道。所述的同軸式三通道鉆具，是由外層鉆桿上接頭I通過螺紋與外層鉆桿3的上端連接，外層鉆桿3下端通過螺紋與外層鉆桿下接頭7的上端連接，外層鉆桿下接頭7的下端通過螺紋與潛孔錘上接頭8的上端連接，潛孔錘外管13上端通過螺紋與其上接頭8的下端 連接，潛孔錘外管13下端通過螺紋連接花鍵套18 ;中間層鉆桿4和內(nèi)層鉆桿5分別固定在外層鉆桿3內(nèi)，鉆井中相連接的二根中間層鉆桿4和鉆井中相連接的二根內(nèi)層鉆桿5之間均為插接連接，中間層鉆桿上接頭2通過螺紋與中間層鉆桿4上端連接，中間層鉆桿4下端通過螺紋與中間層鉆桿下接頭6上端連接，中間層鉆桿下接頭6下端與潛孔錘上接頭8為插接連接，心管9插入內(nèi)缸上端蓋10內(nèi)并固定，內(nèi)缸上端蓋10裝在內(nèi)缸11的上端面，內(nèi)缸
11、隔套14和襯套16依次裝在外缸12的內(nèi)圓柱面內(nèi)，活塞15裝于內(nèi)缸11和襯套16內(nèi)，鉆頭19以花鍵插入花鍵套18的花鍵槽內(nèi)，用半圓卡17卡在鉆頭19上部的環(huán)槽內(nèi)，限制鉆頭沿花鍵向下滑出，實(shí)現(xiàn)鉆頭19的軸向定位。泥漿循環(huán)護(hù)壁空氣潛孔錘鉆井工藝，包括以下步驟a、連接井內(nèi)的鉆具，包括空氣潛孔錘及鉆頭和同軸式三通道鉆桿，同軸式三通道鉆具構(gòu)成了相互封閉的三個流體通道，既鉆具內(nèi)層鉆桿5的內(nèi)孔中心通道20，由中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道，由外層鉆桿3與中間層鉆桿4構(gòu)成的外環(huán)間隙通道，外層鉆桿3與井壁之間構(gòu)成了井壁外環(huán)間隙通道，共四個流體通道；b、鉆井過程中每二個流體通道構(gòu)成一種流體由地面至井底進(jìn)行獨(dú)立循環(huán)的流體通道，因此井內(nèi)共有二個分別供壓縮空氣和泥漿二種動力介質(zhì)獨(dú)立循環(huán)的流體通道，鉆井過程中使用二種不同流體的動力循環(huán)介質(zhì)，既由泥漿泵供給的泥漿動力介質(zhì)和由空氣壓縮機(jī)供給的壓縮空氣流體動力介質(zhì)；C、鉆井中由空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)外層鉆桿3與中間層鉆桿4構(gòu)成的外環(huán)間隙通道，進(jìn)入空氣潛孔錘內(nèi)驅(qū)動潛孔錘工作，產(chǎn)生的高頻高能沖擊力，直接作用于鉆頭，實(shí)現(xiàn)對井底巖石的聞效碎巖鉆進(jìn)；d、驅(qū)動潛孔錘工作后的廢氣經(jīng)由潛孔錘內(nèi)部通道進(jìn)入三通道鉆具的與中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道，將廢氣排放至大氣中。壓縮空氣在井內(nèi)的循環(huán)與工作完全處于封閉狀態(tài)，呈獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，不與井內(nèi)接觸與聯(lián)通，使壓縮空氣不受井內(nèi)流體圍壓的影響；e、在空氣潛孔錘鉆井的同時，由泥漿泵輸出的泥漿沖洗液經(jīng)井內(nèi)的同軸式三通道鉆具的內(nèi)孔中心通道20進(jìn)入井底，冷卻鉆頭球齒后攜帶巖粉和巖屑沿著外層鉆桿3與井壁之間的井壁外環(huán)間隙通道排至井口，進(jìn)入地面泥漿池。
本發(fā)明提出的一種泥漿護(hù)壁循環(huán)、空氣潛孔錘高速鉆進(jìn)式鉆井工藝及同軸式三通道鉆具。鉆具為同軸式三通道結(jié)構(gòu)，如圖I所示由外層鉆桿3、中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成了同軸式三通道鉆桿的三層管壁，形成了流體的三個通道，既鉆具的內(nèi)孔中心通道20、由中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道、由外層鉆桿3與中間層鉆桿4構(gòu)成的外環(huán)間隙通道。鉆井中三通道鉆具在井內(nèi)與井壁之間又形成了一個井壁外環(huán)間隙通道，因此三通道鉆具在鉆井過程中總共形成了四個流體通道，既鉆具中心通道、內(nèi)環(huán)間隙通道、夕卜環(huán)間隙通道和井壁外環(huán)間隙通道。除井底的空氣潛孔錘及鉆頭外，同軸式三通道鉆具還由多根同軸式三通道鉆桿組成，鉆井中三通道鉆桿的數(shù)量由井深確定，三通道鉆桿之間以螺紋相連接。同軸式三通道鉆具的連接方式上面一根三通道鉆桿的外層鉆桿下接頭7與下面的一根三通道鉆桿的外層鉆桿上接頭I通過螺紋相連接；三通道鉆桿的中間層鉆桿4和內(nèi)層鉆桿5分別固定在外層鉆桿3內(nèi)，鉆井中相連接的二根中間層鉆桿4和鉆井中相連接的二根內(nèi)層鉆桿5之間均為插接連接，中間層鉆桿上接頭2通過螺紋與中間層鉆桿4上端連接，中間層鉆桿4下端通過螺紋與中間層鉆桿下接頭6上端連接，中間層鉆桿下接頭6下端與潛孔錘上接頭8為插接連接。鉆井過程中擰卸鉆桿時，只需擰卸上部三通道鉆桿的外 層鉆桿下接頭7與下部三通道鉆桿的外層鉆桿上接頭I的螺紋，中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5則自動完成了連接。采用此種連接方式，鉆桿擰卸方便、快捷、可靠，且鉆桿的密封性好、制造成本低，且鉆桿的擰卸方式與普通鉆桿相同。同軸式三通道鉆桿的下接頭7以螺紋連接中空式潛孔錘的上接頭8，中空式潛孔錘由潛孔錘上接頭8、心管9、內(nèi)缸上端蓋10、內(nèi)缸11、外缸12、外管13、隔套14、活塞15、襯套16、半圓卡17、花鍵套18和鉆頭19等構(gòu)成。潛孔錘上接頭8和花鍵套18均以螺紋與外管13 二端的螺紋相連接，零件9至17裝配于外管13內(nèi)心管9插入內(nèi)缸上端蓋10內(nèi)并固定，內(nèi)缸上端蓋10裝在內(nèi)缸11的上端面，內(nèi)缸11、隔套14和襯套16依次裝在外缸12的內(nèi)圓柱面內(nèi)，活塞15裝于內(nèi)缸11和襯套16內(nèi)，并在其內(nèi)高頻往復(fù)運(yùn)動。鉆頭19以花鍵插入花鍵套18的花鍵槽內(nèi)，用半圓卡17卡在鉆頭19上部的環(huán)槽內(nèi)，限制鉆頭沿花鍵向下滑出，實(shí)現(xiàn)鉆頭19的軸向定位。鉆井過程中井內(nèi)共形成四個流體通道，二個通道用于泥漿循環(huán)，既泥漿由中心通道輸入，經(jīng)鉆頭19的內(nèi)孔中心通道20由鉆頭底部的排液孔排出，進(jìn)入鉆具與井壁之間的外環(huán)間隙通道21排至井外。另外二個通道用于壓縮空氣的封閉式循環(huán)，空氣壓縮機(jī)供給的壓縮空氣由外層鉆桿3與中間層鉆桿4構(gòu)成的外環(huán)間隙通道輸入，經(jīng)潛孔錘上接頭上的軸向進(jìn)氣直孔進(jìn)入潛孔錘的氣缸內(nèi)，推動活塞15高頻往復(fù)運(yùn)動，對鉆頭19產(chǎn)生高頻高能的沖擊作用，實(shí)現(xiàn)對井底硬巖層的高效碎巖鉆進(jìn)。工作后的廢氣進(jìn)入外管13與外缸12間的環(huán)狀通道，再經(jīng)潛孔錘上接頭8左側(cè)的斜孔進(jìn)入中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道排至井外的大氣中，完成了壓縮空氣在井內(nèi)的封閉循環(huán)。壓縮空氣在井內(nèi)的封閉循環(huán)從原理上解決了壓縮空氣在鉆井過程中隨井深加大、井底圍壓增高對壓縮空氣的影響，從根本上解決了壓縮空氣體積被壓縮、風(fēng)壓升高、鉆井中需不斷增加壓縮空氣流量和壓力的技術(shù)難題。泥漿循環(huán)系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)相互封閉、同步作業(yè)、獨(dú)立循環(huán)工作。鉆井中實(shí)施空氣潛孔錘高效碎巖鉆井，壓縮空氣不受井內(nèi)圍壓變化的影響，大幅度減少壓縮空氣供給量和空壓機(jī)設(shè)備的投資及能耗，同時又可實(shí)現(xiàn)泥漿循環(huán)，保護(hù)井壁安全，適應(yīng)各種地層應(yīng)用，擴(kuò)大了空氣鉆井的應(yīng)用領(lǐng)域。鑒此，本發(fā)明可實(shí)施壓縮空氣封閉循環(huán)、中空式空氣潛孔錘高效碎巖鉆進(jìn)和鉆井泥漿護(hù)壁三種鉆井工藝融為一體的鉆井新工藝。泥漿循環(huán)護(hù)壁空氣潛孔錘鉆井鉆具及工藝原理見圖I、圖2、圖3，井內(nèi)鉆具部分包括空氣潛孔錘及鉆頭和同軸式三通道鉆桿；地面鉆具部分主要為三通道氣水龍頭。同軸式三通道鉆具構(gòu)成了相互封閉的三個流體通道，既鉆具內(nèi)層鉆桿5的內(nèi)孔中心通道20 ;由中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道；由外層鉆桿3與中間層鉆桿4構(gòu)成的外環(huán)間隙通道；同軸三通道鉆具與井壁之間構(gòu)成了第四個流體通道，既井壁外環(huán)間隙通道。鉆井過程中的四個流體通道，每二個流體通道構(gòu)成一種流體由地面至井底進(jìn)行獨(dú)立循環(huán)的相互封閉的流體通道，因此井內(nèi)共有二個分別供壓縮空氣和泥漿二種流體動力介質(zhì)獨(dú)立循環(huán)的流體通道。鉆井過程中使用二種不同流體的動力循環(huán)介質(zhì)，既由泥漿泵供給的泥漿動力介質(zhì)和由空氣壓縮機(jī)供給的壓縮空氣流體動力介質(zhì)。泥漿循環(huán)護(hù)壁空氣潛孔錘鉆井工藝技術(shù)原理如圖3所示鉆井中由空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)三通道氣水龍頭右側(cè)的進(jìn)氣膠管，進(jìn)入三通道氣水龍頭的一個環(huán)狀通道，再經(jīng)三通道鉆具的外層鉆桿3與中間層鉆桿4構(gòu)成的外環(huán)間隙通道，進(jìn)入空氣潛孔錘內(nèi)驅(qū)動潛孔錘活塞工作，產(chǎn)生的高頻高能沖擊力直接作用于鉆頭，實(shí)現(xiàn)對井底巖石的高效碎巖 鉆進(jìn)。驅(qū)動潛孔錘工作后的廢氣經(jīng)由潛孔錘內(nèi)部通道進(jìn)入三通道鉆具的中間層鉆桿4與內(nèi)層鉆桿5構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道，再經(jīng)三通道氣水龍頭的另一個環(huán)狀通道，由三通道氣水龍頭左側(cè)的排氣膠管將廢氣排放至大氣中。壓縮空氣在井內(nèi)的循環(huán)與工作完全處于封閉狀態(tài)，呈獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，不與井內(nèi)接觸與聯(lián)通，使壓縮空氣不受井內(nèi)流體圍壓的影響，大幅度降低了壓縮空氣的工作風(fēng)壓，并使空氣潛孔錘始終處于不受外界影響的穩(wěn)定工作狀態(tài)。在空氣潛孔錘鉆井的同時，由泥漿泵輸出的泥漿沖洗液由三通道氣水龍頭頂部的彎管進(jìn)入三通道鉆具，經(jīng)井內(nèi)的同軸式三通道鉆具的內(nèi)孔中心通道20、空氣潛孔錘和鉆頭的中心通道排至井底，冷卻鉆頭球齒，攜帶鉆頭鉆出的巖粉及巖屑，沿著三通道鉆具與井壁之間的井壁外環(huán)間隙通道排至井口，進(jìn)入地面的泥漿池。鉆井過程中壓縮空氣循環(huán)系統(tǒng)與泥漿循環(huán)系統(tǒng)形成二個獨(dú)立的流體動力循環(huán)系統(tǒng)壓縮空氣循環(huán)系統(tǒng)完成對空氣潛孔錘的驅(qū)動，產(chǎn)生高頻高能的沖擊能量，可使硬巖的鉆井效率較常規(guī)牙輪鉆井效率提高十倍以上，大幅度提高鉆井工程效率，降低鉆井成本，縮短鉆井工程周期，并避免了常規(guī)空氣鉆井的粉塵污染，利于環(huán)境保護(hù)。在空氣潛孔錘鉆井的同時同步應(yīng)用泥漿循環(huán)系統(tǒng)，充分利用泥漿沖洗液在鉆井中的功效，可靠地冷卻鉆頭，排除鉆出的巖屑與巖粉，平衡井內(nèi)地層的壓力，有效地保護(hù)井壁的安全，潤滑鉆具，減少回轉(zhuǎn)的阻力等。泥漿循環(huán)護(hù)壁空氣潛孔錘鉆井工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多工藝鉆井新技術(shù)融合了空氣潛孔錘高效、快速、低成本碎巖鉆進(jìn)；壓縮空氣井內(nèi)封閉循環(huán)大幅度降低風(fēng)壓，保護(hù)潛孔錘穩(wěn)定有效的工作；泥漿循環(huán)保護(hù)井壁安全，冷卻鉆頭，排除巖粉屑等多種先進(jìn)鉆井工藝為一體，實(shí)現(xiàn)一種多工藝鉆井新技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘鉆具，其特征在于，鉆具為同軸式三通道結(jié)構(gòu)，內(nèi)層鉆桿(5)設(shè)有中心通道(20)，內(nèi)層鉆桿(5)與中間層鉆桿⑷之間構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道為第二層通道，中間層鉆桿⑷與外層鉆桿⑶之間構(gòu)成的外環(huán)間隙通道為第三層通道，鉆井中三通道鉆具在井內(nèi)與孔壁之間形成了井壁外環(huán)間隙通道(21)，在鉆井過程中共形成了四個流體通道。
2.按照權(quán)利要求I所述的泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘鉆具，其特征在于，所述的同軸式三通道鉆具，是由外層鉆桿上接頭(I)通過螺紋與外層鉆桿(3)的上端連接，外層鉆桿(3)下端通過螺紋與外層鉆桿下接頭(7)的上端連接，外層鉆桿下接頭(7)的下端通過螺紋與潛孔錘上接頭(8)上端連接，潛孔錘外管(13)上端通過螺紋與其上接頭(8)下端連接，潛孔錘外管(13)下端通過螺紋連接花鍵套(18);中間層鉆桿(4)和內(nèi)層鉆桿(5)分別固定在外層鉆桿(3)內(nèi)，中間層鉆桿上接頭(2)通過螺紋與中間層鉆桿(4)上端連接，中間層鉆桿(4) 下端通過螺紋與中間層鉆桿下接頭(6)上端連接，中間層鉆桿下接頭(6)下端與潛孔錘上接頭(8)為插接連接，心管(9)插入內(nèi)缸上端蓋(10)內(nèi)并固定，鉆井中同軸式三通道鉆具 的連接方式上面一根三通道鉆桿的外層鉆桿下接頭(7)與下面一根三通道鉆桿的外層鉆桿上接頭(I)以螺紋相連接；上面一根三通道鉆桿的中間層鉆桿(4)與內(nèi)層鉆桿(5)與下面一根三通道鉆桿的中間層鉆桿(4)與內(nèi)層鉆桿(5)之間均為插接方式連接，內(nèi)缸上端蓋(10)裝在內(nèi)缸(11)的上端面，內(nèi)缸(11)、隔套(14)和襯套(16)依次裝在外缸(12)的內(nèi)圓柱面內(nèi)，活塞(15)裝于內(nèi)缸(11)和襯套(16)內(nèi)，鉆頭(19)以花鍵插入花鍵套(18)的花鍵槽內(nèi)，用半圓卡(17)卡在鉆頭(19)上部的環(huán)槽內(nèi)，限制鉆頭沿花鍵向下滑出，實(shí)現(xiàn)鉆頭(19)的軸向定位。
3.一種泥漿循環(huán)護(hù)壁空氣潛孔錘鉆井工藝，其特征在于，包括以下步驟 a、連接井內(nèi)的鉆具，包括空氣潛孔錘及鉆頭和同軸式三通道鉆桿，同軸式三通道鉆具構(gòu)成了相互封閉的三個流體通道，既鉆具內(nèi)層鉆桿(5)的內(nèi)孔中心通道(20)，由中間層鉆桿⑷與內(nèi)層鉆桿(5)構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道，由外層鉆桿(3)與中間層鉆桿⑷構(gòu)成的外環(huán)間隙通道，外層鉆桿(3)與井壁之間構(gòu)成了井壁外環(huán)間隙通道21，共四個流體通道； b、鉆井過程中每二個流體通道構(gòu)成一種流體由地面至井底進(jìn)行獨(dú)立循環(huán)的流體通道，因此井內(nèi)共有二個分別供壓縮空氣和泥漿二種動力介質(zhì)獨(dú)立循環(huán)的流體通道，鉆井過程中使用二種不同流體的動力循環(huán)介質(zhì)，既由泥漿泵供給的泥漿動力介質(zhì)和由空氣壓縮機(jī)供給的壓縮空氣流體動力介質(zhì)； C、鉆井中由空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)外層鉆桿(3)與中間層鉆桿(4)構(gòu)成的外環(huán)間隙通道，進(jìn)入空氣潛孔錘內(nèi)驅(qū)動潛孔錘工作，產(chǎn)生的高頻高能沖擊力，直接作用于鉆頭，實(shí)現(xiàn)對井底巖石的聞效碎巖鉆進(jìn)； d、驅(qū)動潛孔錘工作后的廢氣經(jīng)由潛孔錘內(nèi)部通道進(jìn)入三通道鉆具的中間層鉆桿(4)與內(nèi)層鉆桿(5)構(gòu)成的內(nèi)環(huán)間隙通道，將廢氣排放至大氣中，壓縮空氣在井內(nèi)的循環(huán)與工作完全處于封閉狀態(tài)，呈獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，不與井內(nèi)接觸與聯(lián)通，使壓縮空氣不受井內(nèi)流體圍壓的影響； e、在空氣潛孔錘鉆井的同時，由泥漿泵輸出的泥漿沖洗液經(jīng)井內(nèi)的同軸式三通道鉆具的內(nèi)孔中心通道(20)進(jìn)入井底，冷卻鉆頭球齒后攜帶巖粉和巖屑沿著外層鉆桿(3)與井壁之間的井壁外環(huán)間隙通道(21)排至井口，進(jìn)入地面泥漿池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泥漿護(hù)壁空氣潛孔錘鉆具及鉆井工藝。鉆具為同軸式三通道結(jié)構(gòu)，內(nèi)層鉆桿設(shè)有中心通道，內(nèi)層鉆桿與中間層鉆桿之間構(gòu)成第二個通道，中間層鉆桿與外層鉆桿之間構(gòu)成第三個通道，鉆井中三通道鉆具與孔壁之間形成了第四個通道，供泥漿和壓縮空氣獨(dú)立循環(huán)。鉆具外管采用螺紋連接，二層內(nèi)管插接，連接強(qiáng)度高，密封性能好，擰卸方便。壓縮空氣驅(qū)動井底潛孔錘沖擊碎巖，可使硬巖鉆井效率提高十倍以上；且壓縮空氣在井下鉆具內(nèi)封閉循環(huán)，不受井深和圍壓變化的影響，風(fēng)壓和供氣量大幅度降低，并避免井口污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保和低成本鉆井。空氣鉆井的同時使用泥漿鉆井，實(shí)現(xiàn)對井壁的有效保護(hù)，對各種復(fù)雜地層適應(yīng)性增強(qiáng)，確保鉆井安全。
文檔編號E21B4/06GK102966304SQ20121049601
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者殷琨, 殷其雷, 彭枧明, 博坤, 柳鶴, 趙志強(qiáng), 甘心 申請人:吉林大學(xué)