一种钻井用提速工具及其提速方法

摘要

本发明公开了一种钻井用提速工具及其提速方法。所述提速工具包括外筒、内筒和防掉筒；外筒和防掉筒通过螺纹连接；内筒的外花键与外筒的内花键配合连接，并可实现扭矩传递和上下滑动；内筒的上下移动可以实现外筒旁通孔道的打开和关闭；防掉筒可以防止内筒落入井眼内。提速工具结构简单，可以方便的实现钻柱内外环空的连通与隔离；将提速工具连接到钻具组合中并下入井底，可以实现利用小排量钻进提高深层钻头水功率以及射流冲击力，同时利用提速工具的旁通孔道实现大排量洗井，从而充分发挥喷射钻井技术在深层钻井中提速作用。

说明书

技术领域

本发明涉及钻井工具领域，尤其涉及一种钻井用提速工具及其提速方法。

背景技术

钻井工程是油气藏开发中投资大、风险高的工程，它的费用占勘探开发成本的50％以上。破岩技术是油气钻井技术的核心内容，破岩效率的好坏直接决定着钻井速度和成本，更决定着钻井工程的经济效益。随着我国油气勘探开发的不断深入，深井、超深井钻井数量不断增加。当井深增加时，钻井速度低、成本高、周期长的问题非常突出，严重影响了整个油气田的勘探开发速度。特别是深部地层机械钻速慢，导致钻井周期长，钻井期间，各种工程事故时有发生，施工效率低下。分析其原因，一方面是深部井段地层埋藏深，地层压实作用大，导致岩石本身强度大，不易破碎；另一方面，随着井深的增加，钻柱内钻井液的沿程损耗不断增大，从而导致钻头破碎地层的水力能量不断减小，导致机械钻速大大降低。

提高射流水功率的主要方法有提高泵压、提高泵排量或者减小喷嘴直径，这些方法受到井队设备配置或者设备额定工作压力的限制，而且深井钻井过程中，钻井泵提供的能量大部分都消耗在钻柱的循环压耗上。因此，如何在现有钻井设备配套水平下，充分利用钻井泵提供的水功率，降低钻柱内循环压耗，增加破岩的水力能量是深井安全和快速钻井的关键。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术的不足,提供一种通过降低钻进时的钻井液排量提高深层钻头水功率以及射流冲击力，同时利用提速工具确保能够大排量洗井，发挥喷射钻井技术在深层的提速作用的钻井用提速工具和提速方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钻井用提速工具包括外筒、内筒和防掉筒；外筒呈筒状结构，上端和下端分别加工有螺纹，内部加工有内花键，在内花键和上端螺纹之间加工有贯穿外筒筒壁的旁通孔道；防掉筒呈筒状结构，上端加工有螺纹，下端具有朝向防掉筒内部凸起的台阶；外筒和防掉筒通过外筒的下端螺纹和防掉筒的上端螺纹实现螺纹连接；内筒呈筒状结构，中部加工有外花键，下端加工有螺纹，外花键和下端螺纹中间加工有朝向内筒外部凸起的台阶；内筒的外花键与外筒的内花键配合连接，并可实现扭矩传递和上下滑动。

上述方案进一步包括：内筒上端外缘加工有沟槽，分别安装密封圈和导向环，内筒向上移动的极限位置在内筒的外凸台阶与外筒下端接触处，内筒向下移动的极限位置在内筒的外凸台阶与防掉筒的内凸台阶接触处；内筒与外筒通过密封圈实现径向流体密封；内筒的外凸台阶与外筒下端接触时，密封圈位于外筒的旁通孔道的上部，防止流经提速工具内部的流体通过外筒的旁通孔道进入外筒的外部空间；内筒的外凸台阶与防掉筒的内凸台阶接触时，密封圈位于外筒的旁通孔道的下部，流经提速工具内部的流体通过外筒的旁通孔道进入外筒的外部空间。所述的外筒最好由上外筒和下外筒两部分组装而成。

基于上述钻井用提速工具的提速方法包括：

将钻井用提速工具连接在钻柱上，钻柱下端连接钻头一起下入钻井井眼内。

钻头接触井眼底部进行钻进作业时，钻井用提速工具内筒与外筒通过密封圈实现密封，防止流经提速工具内部的流体通过外筒的旁通孔道进入外筒的外部空间，钻井流体依次经过钻柱内部、提速工具内部以及钻头水眼进入钻柱的外部环空。

钻头提离井眼底部进行循环洗井作业时，钻井用提速工具内筒上端的密封圈位于外筒的旁通孔道的下部，流经提速工具内部的流体通过外筒的旁通孔道进入外筒的外部空间，钻井流体依次经过钻柱内部、提速工具内部以及外筒的旁通孔道进入钻柱的外部环空。

所述的钻井用提速工具最好直接连接在钻头上端；钻头提离井眼底部进行洗井作业时钻井流体的流量最好大于钻头接触井眼底部进行钻进作业时的钻井流体流量。

本发明的优点是：(1)提速工具结构简单，可以方便的实现钻柱内外环空的连通与隔离；(2)可以实现小排量钻井，降低循环压耗，充分提高钻头的水功率与射流冲击力，从而提高钻井的机械钻速；(3)当井眼环空出现岩屑携带不好等问题时，可以方便的打开提速工具旁通通道，从而实现大排量循环洗井。

附图说明

图1是本发明一种钻井用提速工具第一实施例中旁通孔道处于关闭状态的结构示意图。

图2是本发明一种钻井用提速工具第一实施例中旁通孔道处于打开状态的结构示意图。

图3是本发明一种钻井用提速工具第二实施例中旁通孔道处于关闭状态的结构示意图。

图4是本发明一种钻井用提速工具第二实施例中旁通孔道处于打开状态的结构示意图。

图中1.外筒，2.密封圈，3.旁通孔道，4.导向环，5.内筒，6.防掉筒，7.上外筒，8.下外筒。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2、附图3和附图4对本发明作进一步描述：

附图1和附图2中，一种钻井用提速工具的第一实施例包括外筒1、内筒5和防掉筒6；外筒1呈筒状结构，上端和下端分别加工有螺纹，内部加工有内花键，在内花键和上端螺纹之间加工有贯穿外筒1筒壁的旁通孔道3；防掉筒6呈筒状结构，上端加工有螺纹，下端具有朝向防掉筒6内部凸起的台阶；外筒1和防掉筒6通过外筒1的下端螺纹和防掉筒6的上端螺纹实现螺纹连接；内筒5呈筒状结构，上端外缘加工有沟槽，分别安装密封圈2和导向环4，中部加工有外花键，下端加工有螺纹，外花键和下端螺纹中间加工有朝向内筒5外部凸起的台阶；内筒5的外花键与外筒1的内花键配合连接，并可实现扭矩传递和上下滑动。

在附图1中，内筒5向上移动的极限位置在内筒5的外凸台阶与外筒1下端接触处，密封圈2位于外筒1的旁通孔道3的上部，内筒5与外筒1通过密封圈2实现径向流体密封，防止流经提速工具内部的流体通过外筒1的旁通孔道3进入外筒1的外部空间；

在附图2中，内筒5向下移动的极限位置在内筒5的外凸台阶与防掉筒6的内凸台阶接触处，密封圈2位于外筒1的旁通孔道3的下部，流经提速工具内部的流体通过外筒1的旁通孔道3可以进入外筒1的外部空间。

附图3和附图4中，一种钻井用提速工具的第二实施例将第一实施例中的外筒1拆分成了上外筒7和下外筒8，其它组成部分结构相同。直接将上外筒7拆卸下来，就可完成对内筒上部密封圈的检查和更换的工作。

可以理解的是，在内筒5的下部连接一个过渡短接，过渡短接与内筒5一起向上移动，当过渡短接上端面与防掉筒6的内凸台阶的下端面接触时，内筒5的向上移动受到限制，因此可以用过渡短接上端面与防掉筒6的内凸台阶的下端面的接触来代替内筒5的外凸台阶与外筒1下端的接触作为内筒5向上移动的极限位置。

本发明基于上述实施例的提速方法包括以下步骤：

将钻井用提速工具连接在钻柱上，钻柱下端连接钻头一起下入钻井井眼内；提速工具紧靠钻头连接。

钻头接触井眼底部进行钻进作业时，钻井用提速工具内筒5与外筒1通过密封圈2实现密封，防止流经提速工具内部的流体通过外筒1的旁通孔道3进入外筒1的外部空间；钻井流体依次经过钻柱内部、提速工具内部以及钻头水眼进入钻柱的外部环空，钻井流体携带钻屑到达地面；

钻进过程中如果出现钻井流体对钻柱外环空内的岩屑携带不好的现象，可以将钻头提离井眼底部进行循环洗井作业。此时，钻井用提速工具内筒5上端的密封圈2位于外筒1的旁通孔道3的下部，流经提速工具内部的流体通过外筒1的旁通孔道3进入外筒1的外部空间，钻井流体依次经过钻柱内部、提速工具内部以及外筒1的旁通孔道3进入钻柱的外部环空。钻头提离井眼底部进行洗井作业时钻井流体的流量大于钻头接触井眼底部进行钻进作业时的钻井流体流量，通过增大流量达到钻柱外环空岩屑携带和清洗井眼的效果。采用小排量钻进提高了深层钻头水功率以及射流冲击力，同时利用提速工具的旁通孔道实现大排量洗井，从而充分发挥喷射钻井技术在深层的提速作用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。