一种利用液氮射流高效破岩的钻井装置与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106382097A(43)申请公布日2017.02.08(21)申请号201610966634.1(22)申请日2016.10.28(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人王国华黄燊熊继有秦大伟谭军邓丽(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人夏艳(51)Int.Cl.E21B7/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种利用液氮射流高效破岩的钻井装置与方法(57)摘要本发明公开了一种利用液氮射流高效破岩的钻井装置与方法，该方法为：利用液氮作为射流介质，以脉冲的形式从高压射流喷嘴喷出，脉冲波进而压动高压射流喷嘴口的碟簧，使碟簧产生振动，带动整个喷嘴振动，杜绝冰包的产生；该系统设置有连续油管、液氮注入管道、环空套管、液氮压缩机、液氮泵组、连续油管作业车、钻井装置。本发明利用液氮在地层的作用原理，将液氮作为射流介质的射流技术与连续管技术相结合，实现地层高效破岩的；能有效地破损岩石，使钻采效率更高，成本更低。CN106382097ACN106382097A权利要求书1/1页1.一种利用液氮射流高效破岩的方法，其特征在于，该利用液氮射流高效破岩的方法包括：利用液氮作为射流介质，以脉冲的形式从高压射流喷嘴喷出，脉冲波进而压动高压射流喷嘴口的碟簧，使碟簧产生振动，带动整个喷嘴振动，杜绝冰包的产生。2.如权利要求1所述的利用液氮射流高效破岩的方法，其特征在于，该利用液氮射流高效破岩的方法还包括：-160℃～-149℃的液氮通过高压射流喷嘴喷出后使裂缝壁面产生超过岩石抗拉强度的热张应力，导致岩石壁面产生微裂缝，然后利用高压射流的液氮进行地层破岩；破岩后的液氮转换为氮气沿环空套管返回地面液氮压缩机进行循环利用。3.一种如权利要求1所述的利用液氮射流高效破岩的方法的钻井系统，其特征在于，所述钻井系统设置有连续油管、液氮注入管道、环空套管、液氮压缩机、液氮泵组、连续油管作业车；所述连续油管套装在环空套管内部；所述液氮注入管道安装在连续油管内部；所述液氮注入管道连接液氮泵组；所述液氮泵组通过管道连接液氮压缩机；所述液氮压缩机连接环空套管；所述液氮泵组搁置在连续油管作业车上；其特征在于，所述液氮注入管道下部连接钻井装置；所述钻井装置设置有钻井装置外壳；所述钻井装置外壳外上部设置有带内螺纹的上接头，所述上接头与连续油管螺纹连接；所述钻井装置外壳内上部设置有导流块；所述导流块下部连接有叶轮组；所述叶轮组下部连接有高压射流喷嘴；所述高压射流喷嘴的喷嘴口处通过密封环安装有碟簧组。4.如权利要求3所述的钻井系统，其特征在于，所述导流块通过螺纹连接在钻井装置外壳内上部；所述叶轮组由叶轮和叶轮座组成；所述叶轮由叶轮轴、叶片和通孔组成；叶轮座置于钻井装置本体内腔的定位台肩上；带有通孔的叶轮通过叶轮轴安装在叶轮座中；叶轮组由叶轮和叶轮座组成，其中叶轮由叶轮轴、叶片和通孔组成。5.如权利要求3所述的钻井系统，其特征在于，所述的液氮压缩机为采用空气分离法制取液氮的液氮压缩机。6.如权利要求3所述的钻井系统，其特征在于，所述的液氮泵组为采用特殊泵机来作业的液氮泵组，用于满足低温液氮的注入。7.如权利要求3所述的钻井系统，其特征在于，所述的连续油管、液氮注入管道、环空套管均采用耐低温和耐腐蚀性管。2CN106382097A说明书1/4页一种利用液氮射流高效破岩的钻井装置与方法技术领域[0001]本发明属于到油气开采领域，尤其涉及一种利用液氮射流高效破岩的钻井装置与方法。背景技术[0002]随着我国大部分油田进入开发中后期，我国的油气勘探开发已经从以前的整装大油气田、中高渗均质砂岩等良好的勘探开发条件，转移到复杂的中小油气田、断块油气田、低压低渗低产能、老油田改造、复杂储层条件、难动用储量、非常规油气等恶劣的勘探开发条件，钻井过程中遇到的复杂情况增多，并且随着井深的增加，钻井速度下降幅度明显增大，同时钻井成本也急剧增加，这直接影响到油田的勘探开发速度。高压水射流技术是提高钻井速度的有效途径之一，近十几年来得到了迅速的发展。[0003]但是，高压水射流技术目前也存在着一些不足。高压水射流的破岩门限压力高，要实现复杂条件下辅助钻头破岩的条件，必须通过井下增压装置来提高射流压力。但在井下高温高压的复杂工作环境中，射流增压装置的工作寿命低，限制了该技术的推广应用。所以需要开发一种高效钻井新方法，以实现我国油气资源可持续发展的战略目标。[0004]液氮是一个非常稳定的冷源，不与其它物质起反应，使用方便、环保，制备简单且原材料丰富，已经逐步受到人们的重视和认可。不仅在畜牧业、医疗事业、食品工业以及低温研究领域等