油氣鉆井用單體大直徑反循環(huán)空氣錘的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種主要用于石油天然氣鉆井、基礎(chǔ)工程、水文水井鉆探等大尺寸井眼反循環(huán)鉆井領(lǐng)域的反循環(huán)空氣錘。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在油氣鉆井領(lǐng)域，氣體正循環(huán)鉆井技術(shù)在治理井漏、保護儲層、提高機械鉆速等方面取得了顯著效果。但在大尺寸井眼鉆井時，正循環(huán)氣體鉆井所需氣量大、設(shè)備數(shù)量多、成本高等成了普遍問題。同時，常規(guī)氣體鉆井時高速氣體對井壁沖蝕明顯，在井壁不穩(wěn)定的條件下井內(nèi)容易出現(xiàn)“大肚子”。此外，若井下水層、漏層同時存在，容易出現(xiàn)漏水不漏砂的情況，難以建立循環(huán)。采用大直徑反循環(huán)空氣錘實施鉆井，所需氣量是常規(guī)正循環(huán)氣體鉆井的1/2?1/5(井眼尺寸越大對比越明顯)。反循環(huán)空氣錘鉆井，氣體不進入環(huán)空，可有效避免井壁沖蝕，同時解決井漏不返砂的問題。大尺寸井眼反循環(huán)空氣錘可有效降低大尺寸井眼氣體鉆井成本，解決井漏失返問題。目前，國內(nèi)石油天然氣鉆井領(lǐng)域常用的是正循環(huán)空氣錘。
[0003]公開號為203499565U，公開日為2014年3月26日的中國專利文獻公開了一種反循環(huán)空氣錘鉆頭，包括鉆頭本體，鉆頭本體上設(shè)置有進氣通道、內(nèi)部引射孔和中心排砂通道，進氣通道的出氣口位于鉆頭本體的底面上，內(nèi)部引射孔的入口與進氣通道連通，出口與中心排砂通道連通，且入口與鉆頭本體的底面之間的距離小于出口與鉆頭本體的底面之間的距離;在進氣通道的出氣口噴出的氣體作用下，中心排砂通道將巖肩由鉆頭本體底面向頂部排出。該專利文獻具有良好反循環(huán)排砂效果，同時具備一定的預(yù)防和處理井漏以及鉆頭卡鉆事故的能力。
[0004]反循環(huán)空氣錘在鉆井過程中，釬頭會承受來自活塞的高頻、高速沖擊，同時也會承受來自上部鉆具的壓力和地層帶來的反扭矩。特別是在油氣鉆井領(lǐng)域，反循環(huán)空氣錘的工作參數(shù)(注氣量、注氣壓力等)比其它領(lǐng)域(如地質(zhì)勘探、基礎(chǔ)工程、水文水井工程等)大很多，同時反循環(huán)空氣錘釬頭的井下工作環(huán)境(溫度、地層壓力、井深等)較其它領(lǐng)域復(fù)雜(地質(zhì)勘探、基礎(chǔ)工程等領(lǐng)域的反循環(huán)空氣錘鉆井深度都較油氣鉆井淺)。在這種工況下，反循環(huán)空氣錘釬頭極易疲勞破壞，出現(xiàn)釬頭發(fā)生斷裂的情況。一旦釬頭斷裂落入井內(nèi)，將會造成嚴(yán)重的井內(nèi)事故。然而，目前，國內(nèi)的反循環(huán)空氣錘釬頭均不具備防掉落功能。這也正是本實用新型所將要解決的問題。
[0005]公開號為CN2084977，公開日為1991年9月18日的中國專利文獻公開了一種氣動潛孔錘反循鉆進雙壁鉆桿，它是同國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備配套的并以一般勘探隊能完成該套鉆具的加工任務(wù)為前提進行設(shè)計的。該鉆具是用于反循環(huán)氣動潛孔錘鉆進或氣舉反循環(huán)鉆進的專用新式雙壁管鉆具，它由提引式雙通道氣水龍頭，裝配式雙壁鉆桿和雙側(cè)口換向分流接頭三部分組成，這種雙壁鉆桿具有良好的可拆性，結(jié)構(gòu)簡單，強度大，密封好，容易加工，制造成本低，具有顯著的經(jīng)濟效益。
[0006]上述專利文獻采用了反循環(huán)鉆進雙壁鉆桿，反循環(huán)空氣錘中設(shè)置有一反循環(huán)空氣錘雙壁轉(zhuǎn)換短節(jié)，用于連接反循環(huán)空氣錘和上部雙壁鉆具(雙壁鉆鋌或者雙壁鉆桿)，以上述專利文獻為代表的常規(guī)雙壁轉(zhuǎn)換短節(jié)外管和內(nèi)管的連接方式為絲扣連接，這種連接方式雖然牢固，但是加工工藝稍許復(fù)雜，裝配麻煩，且螺紋容易損壞。
[0007]在基礎(chǔ)工程領(lǐng)域，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，高層建筑、港口碼頭、水庫壩基、滑坡治理、公路橋梁等工程的嵌巖基礎(chǔ)灌注粧數(shù)量大幅增加。這些灌注粧孔直徑一般都較大，嵌巖深度較深，大都要求嵌入新鮮基巖面一下，以確保基粧的承載力和抵御自然災(zāi)害的能力。
[0008]常用的大直徑嵌巖粧孔施工方法多為:鋼繩沖擊鉆、鋼粒鉆進、硬質(zhì)合金鉆進、組合牙輪鉆進、組合滾齒鉆進、環(huán)狀取心等，但這些鉆進效率及成孔質(zhì)量不盡人意，尤其鉆遇較硬地層(抗壓強度>150MPa)，進尺緩慢，甚至根本無法進尺。為了提高大直徑硬巖層的鉆進效率，國內(nèi)鉆探界專家學(xué)者對大直徑潛孔錘鉆進技術(shù)進行了研究。目前國內(nèi)主要大直徑硬巖潛孔錘鉆進技術(shù)有以下幾種:
[0009]1、大直徑濕式反循環(huán)潛孔錘。該潛孔錘能有效提高大直徑硬巖層的鉆進效率。但該潛孔錘需要配套使用專用的三通道鉆桿(石油天然氣鉆井領(lǐng)域很難采用該類鉆桿進行鉆井)，且需要泥漿的液柱壓力輔助排砂。
[0010]2、正循環(huán)集束式潛孔錘。該類潛孔錘由多個小直徑的正循環(huán)潛孔錘組成。正循環(huán)集束式潛孔錘，所需氣量大，設(shè)備占用多，排砂效果較差，國內(nèi)應(yīng)用較少。
[0011]3、反循環(huán)集束式潛孔錘。如公開號為CN203531746U，公開日為2014年4月9日的中國專利文獻公開了一種集束式反循環(huán)氣動潛孔錘，包括配氣室、筒體圍裙以及貫穿配氣室和筒體圍裙的中心管；筒體圍裙和中心管之間至少設(shè)置一層組合子錘，且組合子錘由若干設(shè)置在中心管周向上的潛孔錘組成；中心管通過管壁上的進氣孔與配氣室相連通;配氣室分別與潛孔錘中的活塞氣缸與相連通;筒體圍裙底部設(shè)有套在中心管和潛孔錘上的底唇擋板，其上設(shè)有若干吸渣口，吸渣口通過吸渣管與中心管相連通，中心管內(nèi)設(shè)有內(nèi)管，且內(nèi)管的兩端與中心管相連通。該實用新型的潛孔錘能夠同時沖擊作功，高效鉆進，實現(xiàn)反循環(huán)鉆進，適用于大口徑含水層的空氣高效鉆進，克服了正循環(huán)鉆進在遇到含水層時，鉆進過程中循環(huán)介質(zhì)攜帶巖粉能力差，孔內(nèi)存在安全隱患，無法快速鉆進的缺陷。
[0012]但該類潛孔錘由多個小直徑的正循環(huán)潛孔錘組成，但驅(qū)動潛孔錘的氣體通過專門的氣路排至地表，不會直接排放至井底參與攜巖。該潛孔錘的排砂方式是栗吸反循環(huán)，需要使用特制三通道鉆桿，并且須要配合使用泥漿、砂石栗。
【實用新型內(nèi)容】
[0013]本實用新型旨在針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提供一種油氣鉆井用單體大直徑反循環(huán)空氣錘，本實用新型無需采用三通道鉆桿，同時也不需要泥漿的液柱壓力輔助排砂，結(jié)構(gòu)簡單，能提高鉆井效率的同時節(jié)省氣體鉆井氣量、設(shè)備使用量，減少設(shè)備占地面積額，節(jié)約綜合成本。
[0014]本實用新型是通過采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0015]油氣鉆井用單體大直徑反循環(huán)空氣錘，其特征在于:包括雙壁轉(zhuǎn)換短節(jié)、反循環(huán)空氣錘錘體和防脫落釬頭三個部分，所述的反循環(huán)空氣錘錘體，包括上接頭、外缸、環(huán)式止回閥、中心排砂管、配氣內(nèi)缸、氣動活塞和配氣套，所述上接頭和雙壁轉(zhuǎn)換短節(jié)通過絲扣連接，所述外缸通過螺紋與防脫落釬頭的花鍵套連接，配氣內(nèi)缸、配氣套和防脫落釬頭的卡環(huán)依次座在花鍵套上，氣動活塞位于配氣內(nèi)缸和配氣套形成的空腔內(nèi)，中心排砂管上端與雙壁換接頭內(nèi)管下端插接，中間大徑段壓入配氣內(nèi)缸中，下端插入防脫落釬頭的釬頭本體上端，中心排砂管和上接頭之間裝有環(huán)式止回閥。
[0016]環(huán)式止回閥由閥板和彈簧構(gòu)成，閥板上有密封槽，內(nèi)置0型密封圈，閥板通過0型密封圈與上接頭內(nèi)收縮面配合實現(xiàn)密封。
[0017]所述彈簧為碳素彈簧鋼絲。
[0018]所述配氣內(nèi)缸中部位置徑向均勻開設(shè)多個進氣孔道。
[0019]所述配氣套上端面法向均勻布置數(shù)個軸向孔，同時在外圓柱面開設(shè)同樣數(shù)量的徑向孔，軸向孔和徑向孔相互貫穿，形成配氣流道。
[0020]所述氣動活塞為中空結(jié)構(gòu)，中心排砂管從氣動活塞中心貫穿而過，氣動活塞在中心排砂管、配氣內(nèi)缸、配氣套和釬頭本體組成的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)上下自由活動，同時以其自身