鉆頭、鉆井工具及局部欠平衡鉆井方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉆頭、配置有該鉆頭的鉆井工具及采用該鉆井工具實現(xiàn)局部欠平衡鉆井的鉆井方法。通過設于鉆頭底部的高壓噴嘴周期性的噴射高壓鉆井液形成環(huán)形高速射流，水眼噴嘴同時噴射相對為負壓狀態(tài)的鉆井液，高速環(huán)形射流內(nèi)即形成負壓區(qū)，從而在井底周期性的形成局部欠平衡狀態(tài)，誘發(fā)巖爆。本發(fā)明基于欠平衡鉆井原理，在井底形成局部欠平衡鉆井，而局部欠平衡區(qū)域以上的井內(nèi)壓力大于地層壓力，在提高機械鉆速的同時，可克服欠平衡鉆井技術(shù)的局限性，保證鉆井過程的安全及鉆井工作的順暢性，有效提高鉆井效率及生產(chǎn)效益。
【專利說明】
鉆頭、鉆井工具及局部欠平衡鉆井方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于石油天然氣勘探開發(fā)中鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉆頭、配置有該鉆頭的鉆井工具及采用該鉆井工具鉆井的局部欠平衡鉆井方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鉆井工程占油氣開發(fā)成本的50%以上，投資大且風險高，提高鉆井效率是降低勘探開發(fā)成本的最佳途徑，也是油公司、鉆井承包商和技術(shù)服務公司一貫追求的重要目標。近兩年，國際油價大幅度降低，競爭也日益激烈，石油公司只有更加注重高效鉆井、降本增效、 擁有核心技術(shù)，才能獲得競爭優(yōu)勢，渡過“寒冬”。顯然，提高鉆速、降低鉆井成本是目前石油工程領(lǐng)域急需的技術(shù)之一。
[0003]目前，石油天然氣鉆井方法主要有:旋轉(zhuǎn)鉆井、旋沖鉆井和欠平衡鉆井;其它的鉆井方法，如激光鉆井、等離子鉆井和超高壓噴射鉆井方法等還處于探索研究階段。隨著深井、超深井、易斜井、硬地層、水平井及大位移井在石油鉆井中所占的比例越來越大，深井中遇到的硬地層和堅硬地層采用常規(guī)的旋轉(zhuǎn)鉆進方法破巖效果差、鉆進效率低，深井中的井斜問題也日益突出；在水平井和大位移鉆井中，隨著水平位移的增加，水平井的加壓更為困難，鉆具的損壞也更為嚴重。
[0004]中國專利號CN203742436U的實用新型專利公開了一種動力擾動破巖鉆具，其具體方案包括:芯軸設于外筒內(nèi)，外筒與芯軸通過花鍵連接;渦輪套筒設于外筒內(nèi)，其上端與導流器通過螺紋鏈接，其中部的環(huán)形槽中設置有橡膠密封圈，其下端與芯軸的上端通過螺紋連接;渦輪設于渦輪套筒內(nèi)部，渦輪固定于導流器的軸芯上，渦輪的下端與旋轉(zhuǎn)偏心閥片通過螺紋連接;旋轉(zhuǎn)偏心閥片的下端面與固定偏心閥片的上端面緊密接觸，固定偏心閥片與芯軸的上端通過螺紋連接。在鉆井過程中，鉆井液使渦輪旋轉(zhuǎn)，再通過渦輪驅(qū)動動閥片旋轉(zhuǎn)，使動閥片和固定閥片之間的有效流通面積周期性變化，從而產(chǎn)生水擊力，形成周期性柔和變化的動載荷，與鉆具自重產(chǎn)生的靜載荷，共同作用于巖石，實現(xiàn)高應力擾動破巖。
[0005]中國專利號CN104594801A的專利在上述專利的基礎上，公開了一種動力擾動破巖鉆具，其具體方案包括:該擾動破巖鉆具包括防掉總成、馬達總成、傳動軸總成及擾動總成， 是利用現(xiàn)有的螺桿傳動軸外殼和芯軸相對運動轉(zhuǎn)換為齒輪旋轉(zhuǎn)，最后實現(xiàn)擾動總成產(chǎn)生周期性水擊力，并與上部鉆具組合的重力共同形成鉆壓，實現(xiàn)高應力擾動破巖，提高機械鉆速。
[0006]目前，對巖爆機理較為清晰的概括是，巖爆的產(chǎn)生需要具備兩個方面的條件:巖體內(nèi)部處在高應力狀態(tài)中，也就是說高儲能體的存在，這是巖爆的內(nèi)因；某些附加載荷的觸發(fā)是巖爆產(chǎn)生的外因。上述兩個專利公開的技術(shù)都是通過鉆具輸出機械作用力，在鉆井過程中，鉆頭不僅受到上部鉆具自重提供的鉆壓，還受到工具內(nèi)部產(chǎn)生的周期性擾動力，其合力作用于鉆頭，使鉆壓類似正弦規(guī)律變化，擾動巖石，使巖石周期性卸載，引發(fā)巖爆，從而提高破巖效率。將高應力+動力擾動破巖方法引入石油鉆井，是一種利用深部地層巖石本身屬于儲能體、且?guī)r石屬于非連續(xù)相，通過外部機械引誘發(fā)生裂紋擴展或巖爆的方法，是一種不同于常規(guī)鉆井破巖的非常有前景的新方法，但目前公布的兩種工具結(jié)構(gòu)復雜、制作成本高，由于采用機械作用力破巖，鉆具使用壽命較低，工作可靠性不高，相應提高了鉆井成本，也在一定程度上限制了鉆具的轉(zhuǎn)速，影響鉆井效率。
[0007]欠平衡鉆井又叫負壓鉆井，是指在鉆井時井底壓力小于地層壓力，地層的流體有控制的進入井筒，并且循環(huán)到地面的技術(shù)。欠平衡鉆井時20世紀90年代在國際上快速發(fā)展的一項鉆井新技術(shù)。實踐證明，欠平衡鉆井技術(shù)能顯著提高機械鉆速。
[0008]欠平衡鉆井，由于井底壓力小于地層壓力，破巖過程中，鉆頭附近巖石不斷卸載應力，釋放能量，滿足巖爆發(fā)生的兩個條件:高應力+擾動耦合破巖。在鉆進過程中，通過鉆井工具給鉆頭輸入擾動力，使巖石周期性卸載應力，釋放能量，從而滿足巖爆發(fā)生的兩個條件；因此，欠平衡鉆井技術(shù)提速的本質(zhì)也是在鉆井過程不斷誘發(fā)巖爆現(xiàn)象，破巖機理屬于高應力擾動破巖。
[0009]但欠平衡鉆井技術(shù)存在一定的局限性:
[0010](1)在鉆井全過程，井底壓力小于地層壓力，井壁容易發(fā)生坍塌失穩(wěn);地層會出水和含h2s。
[0011](2)會產(chǎn)生井下燃爆、卡鉆、腐蝕等現(xiàn)象。
[0012](3)井眼失控的風險高，不能用于高壓高滲地層，特別是高壓氣井。
[0013](4)需龐大復雜的地面專用設備，工藝性差、成本高等。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014]本發(fā)明實施例涉及一種鉆頭、配置有該鉆頭的鉆井工具及采用該鉆井工具鉆井的局部欠平衡鉆井方法，根據(jù)欠平衡鉆井的原理，在井底鉆頭附近直接利用水力學原理實現(xiàn)局部欠平衡鉆井，使鉆頭正下方的巖石不斷卸載應力、實現(xiàn)巖爆，以提高破巖效率，同時克服欠平衡鉆井的局限性。
[0015]本發(fā)明實施例涉及一種鉆頭，包括殼體，所述殼體底部設有多個高壓噴嘴及至少一個水眼噴嘴，多個高壓噴嘴環(huán)形布置并將各所述水眼噴嘴包圍于內(nèi)；所述殼體內(nèi)設有:
[0016]向各所述高壓噴嘴輸送鉆井液的旁通流道機構(gòu)；
[0017]向各所述水眼噴嘴輸送鉆井液的中間流道機構(gòu)；
[0018]用于周期性的使進入殼體內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓的增壓機構(gòu)；[〇〇19]流道控制機構(gòu)，其用于將經(jīng)增壓機構(gòu)增壓至預設壓力的鉆井液引入至所述旁通流道機構(gòu)，并將壓力低于該預設壓力的鉆井液引入至所述中央流道機構(gòu)。
[0020]作為實施例之一，所述增壓機構(gòu)包括過水接頭、上閥片、下閥片及下閥座，所述下閥座位于所述過水接頭下方且嵌設于所述殼體內(nèi)腔中；
[0021]所述上閥片固設于所述過水接頭底部且具有與所述過水接頭內(nèi)腔連通的第一通孔，所述下閥片固設于所述下閥座頂部且具有第二通孔，所述第一通孔與所述第二通孔的軸線錯位設置且均平行于所述殼體的中軸線；
[0022]所述過水接頭借助外設的動力裝置驅(qū)動而能夠在所述殼體內(nèi)腔中左右往復擺動及上下移動，使所述上閥片與所述下閥片緊密貼靠并使所述第一通孔與所述第二通孔相錯或重合形成過流面積周期性變化的過流通道;所述過流通道與各所述水眼噴嘴導通。
[0023]作為實施例之一，所述旁通流道機構(gòu)設于所述殼體壁內(nèi)；
[0024]所述流道控制機構(gòu)包括柱塞及復位機構(gòu)，所述柱塞嵌設于所述殼體內(nèi)腔中，所述下閥片固設于所述柱塞頂部，所述柱塞即構(gòu)成所述下閥座;所述柱塞具有上下貫通的貫通腔并將所述過流通道與各所述水眼噴嘴導通；
[0025]過流面積由大變小過程中，在所述殼體內(nèi)形成的水擊增壓狀態(tài)的鉆井液驅(qū)動所述柱塞下移使所述旁通流道機構(gòu)與所述殼體內(nèi)腔導通;過流面積由小變大過程中，所述復位機構(gòu)驅(qū)動所述柱塞上移復位封閉所述旁通流道機構(gòu)。
[0026]作為實施例之一，所述下閥座與所述殼體內(nèi)腔固定連接，所述下閥座具有上下貫通的貫通流道并將所述過流通道與各所述水眼噴嘴導通；
[0027]所述旁通流道機構(gòu)設于所述殼體壁內(nèi)，其入口端位于所述下閥座上方且與所述殼體內(nèi)腔導通。[〇〇28]作為實施例之一，各所述水眼噴嘴入口端均位于所述殼體中軸線上，各所述高壓噴嘴入口端與所述殼體中軸線的距離均為所述殼體直徑的1/4。
[0029]作為實施例之一，各所述高壓噴嘴的噴吹方向均自所述殼體中軸線向所述殼體外側(cè)方向傾斜。
[0030]作為實施例之一，各所述高壓噴嘴的噴吹方向與所述殼體中軸線之間的夾角均在 7°?10°范圍內(nèi)。[0031 ]作為實施例之一，所述旁通流道機構(gòu)包括多道旁通流道，各所述旁通流道均自所述殼體內(nèi)壁處開設形成旁通孔，所述旁通流道的數(shù)量不少于所述高壓噴嘴的數(shù)量。
[0032]本發(fā)明實施例涉及一種鉆井工具，包括如上所述的鉆頭。
[0033]作為實施例之一，所述增壓機構(gòu)包括過水接頭、上閥片、下閥片及下閥座，所述下閥座位于所述過水接頭下方且嵌設于所述殼體內(nèi)腔中；
[0034]所述上閥片固設于所述過水接頭底部且具有與所述過水接頭內(nèi)腔連通的第一通孔，所述下閥片固設于所述下閥座頂部且具有第二通孔，所述第一通孔與所述第二通孔的軸線錯位設置且均平行于所述殼體的中軸線；
[0035]所述過水接頭借助外設的動力裝置驅(qū)動而能夠在所述殼體內(nèi)腔中左右往復擺動及上下移動，使所述上閥片與所述下閥片緊密貼靠并使所述第一通孔與所述第二通孔相錯或重合形成過流面積周期性變化的過流通道;所述過流通道與各所述水眼噴嘴導通。，所述鉆頭頂部固定連接有能量轉(zhuǎn)換裝置，所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子位于所述定子的空腔內(nèi)且能夠在其中左右往復擺動及沿所述定子軸線移動，所述轉(zhuǎn)子底端與所述過水接頭連接。
[0036]作為實施例之一，所述旁通流道機構(gòu)設于所述殼體壁內(nèi)；
[0037]所述流道控制機構(gòu)包括柱塞及復位機構(gòu)，所述柱塞嵌設于所述殼體內(nèi)腔中，所述下閥片固設于所述柱塞頂部，所述柱塞即構(gòu)成所述下閥座;所述柱塞具有上下貫通的貫通腔并將所述過流通道與各所述水眼噴嘴導通；
[0038]過流面積由大變小過程中，在所述殼體內(nèi)形成的水擊增壓狀態(tài)的鉆井液驅(qū)動所述柱塞下移使所述旁通流道機構(gòu)與所述殼體內(nèi)腔導通;過流面積由小變大過程中，所述復位機構(gòu)驅(qū)動所述柱塞上移復位封閉所述旁通流道機構(gòu)。[〇〇39]作為實施例之一，各所述水眼噴嘴入口端均位于所述殼體中軸線上，各所述高壓噴嘴入口端與所述殼體中軸線的距離均為所述殼體直徑的1/4。
[0040]作為實施例之一，各所述高壓噴嘴的噴吹方向均自所述殼體中軸線向所述殼體外側(cè)方向傾斜。
[0041]作為實施例之一，各所述高壓噴嘴的噴吹方向與所述殼體中軸線之間的夾角均在 7°?10°范圍內(nèi)。
[0042]作為實施例之一，所述能量轉(zhuǎn)換裝置為螺桿馬達。[〇〇43]本發(fā)明實施例涉及一種局部欠平衡鉆井方法，采用如上所述的鉆井工具，所述方法具體包括:
[0044]將所述鉆井工具與常規(guī)鉆具組合進行裝配；
[0045]增壓機構(gòu)周期性的使進入殼體內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓；
[0046]水擊增壓期間內(nèi)，經(jīng)增壓至預設壓力的鉆井液被引入至所述旁通流道機構(gòu)，將高壓鉆井液輸送至各高壓噴嘴處噴射向井底，在井底形成環(huán)形高速射流，而水眼噴嘴的鉆井液流量迅速降低且該部分鉆井液產(chǎn)生負水擊壓力，從而形成由環(huán)形高速射流圍成的負壓區(qū)，在負壓區(qū)內(nèi)形成欠平衡狀態(tài)；負壓區(qū)外的鉆井液攜帶巖肩沿所述鉆井工具與地層之間的環(huán)空上返，負壓區(qū)以上的井內(nèi)空間與地層之間形成過平衡狀態(tài)；[〇〇47]除水擊增壓期間外的其它時間內(nèi)，壓力低于所述預設壓力的鉆井液由所述中央流道機構(gòu)被輸送至各水眼噴嘴處噴射向井底，井內(nèi)壓力恢復正常；
[0048]隨著殼體內(nèi)周期性的產(chǎn)生鉆井液水擊增壓現(xiàn)象，在井底周期性的形成局部欠平衡狀態(tài)，以實現(xiàn)連續(xù)高應力擾動破巖，誘發(fā)巖爆。
[0049]作為實施例之一，增壓機構(gòu)按正弦規(guī)律周期性的使進入殼體內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓。
[0050]本發(fā)明實施例至少實現(xiàn)了如下有益效果:[0051 ](1)通過在鉆頭底部設置高壓噴嘴和水眼噴嘴，通過在鉆頭內(nèi)周期性的形成鉆井液水擊增壓狀態(tài)，水擊產(chǎn)生的高壓鉆井液進入高壓噴嘴，由于鉆頭在井底高速旋轉(zhuǎn)，使從高壓噴嘴噴射出的鉆井液形成環(huán)形高速射流，將從水眼噴嘴噴射出的相對為負壓狀態(tài)的鉆井液與攜帶巖肩的上返鉆井液隔開;流經(jīng)水眼噴嘴的鉆井液流量迅速降低，鉆井液產(chǎn)生負水擊壓力，在井底形成負壓區(qū)。一方面在井底形成局部欠平衡鉆井，使井底巖石不斷卸載，發(fā)生巖爆;通過在井底周期性的形成局部欠平衡，實現(xiàn)局部欠平衡鉆井，有效提高機械鉆速。 另一方面，局部欠平衡區(qū)域以上的環(huán)空中，鉆井液壓力大于地層壓力，形成過平衡狀態(tài)，因此克服了欠平衡鉆井技術(shù)的局限性:本發(fā)明中，鉆井全過程，局部欠平衡區(qū)域以上的井內(nèi)壓力相當于常規(guī)鉆井時的井內(nèi)壓力，因此井壁穩(wěn)定;地層不會出水和含H2S;不會產(chǎn)生井下燃爆，卡鉆、腐蝕等;井眼失控的風險低，對高壓高滲地層，特別是高壓氣井，也不懼怕;無需龐大復雜的地面專用設備、工藝性好，成本低等。
[0052](2)與現(xiàn)有技術(shù)中通過機械方式實現(xiàn)高應力擾動破巖的工藝(如【背景技術(shù)】中所提到的兩件專利)相比，本發(fā)明采用的鉆井工具結(jié)構(gòu)更為簡單，制作成本低;在鉆井過程中，鉆井工具不直接產(chǎn)生機械力，不與地層接觸，一方面可有效提高鉆速，進而提高鉆井效率，而且降低破巖難度及鉆井能耗，另一方面，可保護鉆具，有效提高工具工作的可靠性和使用壽命。
[0053](3)本發(fā)明提供的鉆井工具和局部欠平衡鉆井方法對常規(guī)鉆具組合沒有特殊要求，與MWD等隨鉆測量工具兼容性高，適用性較廣?！靖綀D說明】
[0054]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。[0〇55]圖1為實施例^■提供的鉆頭的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0056]圖2為彈簧伸張狀態(tài)下圖1中I部分的放大圖；
[0057]圖3為彈簧壓縮狀態(tài)下圖1中I部分的放大圖；[〇〇58]圖4和圖5為圖1沿A-A的兩種剖視結(jié)構(gòu)示意圖；[〇〇59]圖6為實施例三提供的鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；[〇〇6〇]圖7為實施例四提供的鉆井工具的結(jié)構(gòu)示意圖；[0061 ]圖8為圖7沿B-B的剖視示意圖；
[0062]圖9為實施例五提供的局部欠平衡鉆井方法的示意圖；[〇〇63]圖10為鉆井過程中水擊壓力隨時間變化的示意圖；[〇〇64]圖11為局部欠平衡區(qū)域的巖石應力狀態(tài)圖?！揪唧w實施方式】
[0065]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0066]實施例一
[0067]本實施例涉及一種鉆頭1，包括殼體101，所述殼體101底部設有多個高壓噴嘴108 及至少一個水眼噴嘴109,多個高壓噴嘴108環(huán)形布置并將各所述水眼噴嘴109包圍于內(nèi)；所述殼體101內(nèi)設有:
[0068]向各所述高壓噴嘴108輸送鉆井液的旁通流道機構(gòu)；
[0069]向各所述水眼噴嘴109輸送鉆井液的中間流道機構(gòu)；
[0070]用于周期性的使進入殼體101內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓的增壓機構(gòu)；
[0071]用于將經(jīng)增壓機構(gòu)增壓至預設壓力的鉆井液引入至所述旁通流道機構(gòu)及將壓力低于該預設壓力的鉆井液引入至所述中央流道機構(gòu)的流道控制機構(gòu)。
[0072]通過在鉆頭1底部設置高壓噴嘴108和水眼噴嘴109,通過在鉆頭1內(nèi)周期性的形成鉆井液水擊增壓狀態(tài)，水擊產(chǎn)生的高壓鉆井液進入高壓噴嘴108,由于鉆頭1在井底高速旋轉(zhuǎn)，使從高壓噴嘴108噴射出的鉆井液形成環(huán)形高速射流5,將從水眼噴嘴109噴射出的相對為負壓狀態(tài)的鉆井液與攜帶巖肩的上返鉆井液隔開;流經(jīng)水眼噴嘴109的鉆井液流量迅速降低，鉆井液產(chǎn)生負水擊壓力，在井底形成負壓區(qū)。一方面在井底形成局部欠平衡鉆井，使井底巖石不斷卸載，發(fā)生巖爆;通過在井底周期性的形成局部欠平衡，實現(xiàn)局部欠平衡鉆井，有效提高機械鉆速。另一方面，局部欠平衡區(qū)域以上的環(huán)空4中，鉆井液壓力大于地層壓力，形成過平衡狀態(tài)，因此克服了欠平衡鉆井技術(shù)的局限性:本發(fā)明中，鉆井全過程，局部欠平衡區(qū)域以上的井內(nèi)壓力相當于常規(guī)鉆井時的井內(nèi)壓力，因此井壁穩(wěn)定;地層不會出水和含出一;不會產(chǎn)生井下燃爆，卡鉆、腐蝕等;井眼失控的風險低，對高壓高滲地層，特別是高壓氣井，也不懼怕;無需龐大復雜的地面專用設備、工藝性好，成本低等。
[0073]上述預設壓力根據(jù)實際工況確定，形成的環(huán)形高速射流5的噴射強度及噴射距離等都隨之變化，環(huán)形高速射流5對負壓區(qū)內(nèi)的吸附力也隨之變化，從而可根據(jù)不同的地層結(jié)構(gòu)條件采取相應的鉆井參數(shù)，以達到最佳的工藝條件，提高鉆井效率。
[0074]上述增壓機構(gòu)及流道控制機構(gòu)可通過設于對應流道上的電磁閥等實現(xiàn)，通過控制電磁閥的開度可控制對應流道的通斷，及控制相應通道流量的變化使得鉆井液產(chǎn)生水擊增壓或水擊減壓現(xiàn)象，從而實現(xiàn)相應流道內(nèi)鉆井液的流量及壓力控制。
[0075]本發(fā)明中，為提高鉆頭工作的穩(wěn)定性及可靠性，有如下優(yōu)選實施例:
[0076]實施例二
[0077]如圖1-圖5,本發(fā)明實施例提供一種鉆頭，包括殼體101，所述殼體101內(nèi)腔中設有過水接頭102、上閥片103、下閥片104、下閥座106及復位機構(gòu)105。過水接頭102采用鉆井工具中常用的過水接頭，其中軸線與殼體101中軸線重合，其具有內(nèi)腔且下端開口，其外徑小于殼體101的內(nèi)徑，從而該過水接頭102與殼體101之間形成環(huán)形空間供鉆井液流通，鉆井液可由設于該過水接頭102上的多個過水孔進入該過水接頭102的內(nèi)腔中。所述下閥座位于過水接頭102下方，其包括柱塞106,所述柱塞106嵌設于所述殼體101內(nèi)腔中，即柱塞106的外徑與殼體101的內(nèi)徑相同，其可沿殼體101軸向在殼體101內(nèi)滑移。
[0078]所述上閥片103固設于所述過水接頭102底部且具有與所述過水接頭102內(nèi)腔連通的第一通孔，所述下閥片104固設于所述柱塞106頂部且具有第二通孔，所述第一通孔與所述第二通孔的軸線錯位設置且均平行于所述殼體101的中軸線。如圖1-圖3,上閥片103優(yōu)選為同軸嵌裝于過水接頭102的底部，過水接頭102作為該上閥片103的閥座；下閥片104優(yōu)選為同軸嵌裝于柱塞106的頂部，柱塞106即作為該下閥片104的閥座，柱塞106優(yōu)選為沿其中軸線開設上下貫通的內(nèi)腔，下閥片104的第二通孔與該柱塞106的內(nèi)腔連通。上閥片103與下閥片104正對貼合，呈對置面接觸結(jié)構(gòu)，二者優(yōu)選為采用相同的尺寸規(guī)格;其中，作為本實施例的一種優(yōu)選方式，第一通孔為開設于上閥片103上的偏心孔，即該第一通孔的軸線或圓心與上閥片103的軸線錯位，第二通孔為開設于下閥片104上的中心孔，即該第二通孔的軸線或圓心與下閥片104的軸線重合；當上閥片103在下閥片104上表面上左右往復擺動時，該第一通孔與該第二通孔即隨轉(zhuǎn)動過程而相錯或重合。當然，也可設置第一通孔為開設于上閥片103上的中心孔，第二通孔為開設于下閥片104上的偏心孔，或兩通孔均為開設于對應閥片上的偏心孔。
[0079]所述過水接頭102借助外設的動力裝置驅(qū)動而能夠在所述殼體101內(nèi)腔中左右往復擺動及上下移動，使所述上閥片103與所述下閥片104緊密貼靠并使所述第一通孔與所述第二通孔相錯或重合形成過流面積周期性變化的過流通道;所述殼體101底部設有多個高壓噴嘴108及至少一個水眼噴嘴109,多個高壓噴嘴108環(huán)形布置并將各所述水眼噴嘴109包圍于內(nèi)，所述殼體101壁內(nèi)設有向各所述高壓噴嘴108輸送鉆井液的旁通流道機構(gòu)107,所述過流通道與各所述水眼噴嘴109導通;過流面積由大變小過程中，在所述殼體101內(nèi)形成的水擊增壓狀態(tài)的鉆井液驅(qū)動所述柱塞106下移使所述旁通流道機構(gòu)107與所述殼體101內(nèi)腔導通;過流面積由小變大過程中，復位機構(gòu)105驅(qū)動所述柱塞106上移復位封閉所述旁通流道機構(gòu)107。
[0080]其中，由于過水接頭102能夠在殼體101內(nèi)腔中上下移動，可保證在下閥片104隨柱塞106下移過程中，上閥片103與下閥片104也始終緊密貼靠。上述過流通道與柱塞106的內(nèi)腔連通，柱塞106下端開口，從而保證過流通道與各水眼噴嘴109導通，可將鉆井液導引至各水眼噴嘴109處。
[0081]上述下閥座即為控制上述旁通流道機構(gòu)107與殼體101內(nèi)腔連通或斷開的控制閥門，通過柱塞106的上下移動使得旁通流道機構(gòu)107的入口端曝露或遮擋該入口端，控制鉆井液進入或不進入該旁通流道機構(gòu)107,即實現(xiàn)高壓噴嘴108工作或不工作，從而在井底周期性的產(chǎn)生環(huán)形高速射流5。其中，如圖1-圖3,復位機構(gòu)105包括彈簧105,該彈簧105可對應于柱塞106中部或底部位置設置。對于對應于柱塞106中部位置設置的情況，在殼體101內(nèi)壁上對應位置處加工有臺階軸結(jié)構(gòu)，柱塞106對應加工為臺階軸結(jié)構(gòu)，對于殼體101內(nèi)壁上的第一臺階軸結(jié)構(gòu)，其大直徑部位于小直徑部上方，對于柱塞106上的第二臺階軸結(jié)構(gòu)，其上部的直徑與上述第一臺階軸結(jié)構(gòu)的大直徑部的直徑相同，其下部的直徑與上述第一臺階軸結(jié)構(gòu)的小直徑部的直徑相同，柱塞106嵌裝于殼體101內(nèi)，第一臺階軸結(jié)構(gòu)與第二臺階軸結(jié)構(gòu)圍成一環(huán)形腔，該彈簧105即設于上述環(huán)形腔內(nèi)。對于對應于柱塞106底部位置設置的情況，可在殼體101內(nèi)柱塞106的下方設置導向柱，在柱塞106內(nèi)對于設置導向孔，彈簧105穿設在該導向柱上，導向柱與導向孔配合，導向孔可沿導向柱上下滑移。[〇〇82]上述柱塞106及復位機構(gòu)(彈簧)105即構(gòu)成上述流道控制機構(gòu)。初始狀態(tài)下，該彈簧105將柱塞106支撐于殼體101內(nèi)腔中，且柱塞106頂端位于上述旁通流道機構(gòu)107入口端的上方，將該入口端封閉；過流面積由大變小過程中，在所述殼體101內(nèi)形成鉆井液水擊增壓狀態(tài)時，下閥片104上下兩端的壓差達到最大且上端的壓力大于下端的壓力，從而對柱塞 106產(chǎn)生向下的作用力，驅(qū)動柱塞106下移，上述彈簧105被壓縮，上述旁通流道機構(gòu)107的入口端與殼體101內(nèi)腔連通;過流面積由小變大過程中，在所述殼體101內(nèi)形成鉆井液水擊減壓狀態(tài)時，使柱塞106上下兩端的壓差達到最小，柱塞106兩端的作用力減小，在彈簧105的作用下，驅(qū)動柱塞106上移，將旁通流道機構(gòu)107的入口端堵住，整個鉆井系統(tǒng)的壓力恢復正常。[〇〇83]另外，上述彈簧105應保證在不產(chǎn)生鉆井液水擊增壓狀態(tài)時，其能夠支撐柱塞106 使得柱塞106頂端位于旁通流道機構(gòu)107的上方，其對柱塞106的支撐力應大于由于過水接頭102受到動力裝置作用而產(chǎn)生向下移動趨勢時對柱塞106產(chǎn)生的作用力。上述彈簧105可以為壓縮彈簧或碟形彈簧。
[0084]接續(xù)上述鉆頭1的結(jié)構(gòu)，高壓噴嘴108將經(jīng)水擊增壓的高壓鉆井液噴射向井底，水眼噴嘴109將流經(jīng)過流通道的鉆井液噴射向井底;各高壓噴嘴108與殼體101中軸線之間的距離均大于各水眼噴嘴109與殼體101中軸線之間的距離，從而環(huán)形布置的各高壓噴嘴108 將各水眼噴嘴109包圍在該環(huán)形內(nèi)。當過流通道的過流面積最小時，各高壓噴嘴108噴射出高壓鉆井液，在井底形成環(huán)形高速射流5,而各水眼噴嘴109的鉆井液流量迅速降低且該部分鉆井液產(chǎn)生負水擊壓力，從而形成由環(huán)形高速射流5圍成的負壓區(qū)，在負壓區(qū)內(nèi)，井底壓力小于地層壓力，形成欠平衡狀態(tài)，可誘發(fā)巖爆。環(huán)形高速射流5將負壓區(qū)內(nèi)的相對為負壓狀態(tài)的鉆井液與負壓區(qū)外的攜帶巖肩的高壓鉆井液隔開，攜帶巖肩的高壓鉆井液沿鉆具與地層之間的環(huán)空4上返，鉆井液壓力逐漸恢復正常(即常規(guī)鉆井時的鉆井液壓力)，負壓區(qū)以上的井內(nèi)壓力大于地層壓力，即處于過平衡狀態(tài)，可避免現(xiàn)有的欠平衡鉆井存在的技術(shù)問題，包括井壁發(fā)生坍塌失穩(wěn)、地層出水、地層含1125、井下燃爆、井眼失控等問題。
[0085]進一步優(yōu)化上述結(jié)構(gòu)，如圖1-圖3,各所述水眼噴嘴109入口端均位于所述殼體101 中軸線上，各所述高壓噴嘴108沿所述殼體101中軸線對稱布置，保證井底壓力的均衡性，在鉆頭1的正下方誘發(fā)巖爆。高壓噴嘴108的數(shù)量應保證能在井底形成完整的環(huán)形高速射流5， 本實施例中，高壓噴嘴108的數(shù)量為4個，在鉆頭1底部環(huán)形均勻間隔布置。上述環(huán)形高速射流5在井底形成類龍卷風的鉆井液流場，對該“龍卷風”中心的負壓區(qū)內(nèi)產(chǎn)生吸附力，保證負壓區(qū)內(nèi)的負壓狀態(tài);上述各高壓噴嘴108與鉆頭1底部邊緣的距離不宜過小，與鉆頭1底部中心的距離也不宜過小，以免影響環(huán)形高速射流5屏蔽高壓鉆井液與低壓鉆井液的作用，以布置于鉆頭1底部中心與邊緣的中間為宜，優(yōu)選為各高壓噴嘴108入口端與殼體101中軸線的距離均為殼體101直徑的1/4。進一步地，上述各所述高壓噴嘴108的噴吹方向均自所述殼體 101中軸線向所述殼體101外側(cè)方向傾斜，有利于攜帶巖肩的鉆井液向環(huán)空4泄流;但各高壓噴嘴108的外傾角不宜過大，以免影響環(huán)形高速射流5屏蔽高壓鉆井液與低壓鉆井液的作用，本實施例中，各所述高壓噴嘴108的噴吹方向與所述殼體101中軸線之間的夾角均在7° ?10°范圍內(nèi)，以9°為最佳。相應地，各水眼噴嘴109與殼體101中軸線之間的夾角以小于或等于上述高壓噴嘴108的外傾角為宜，本實施例中，各水眼噴嘴109與殼體101中軸線之間的夾角均大致等于各高壓噴嘴108的外傾角，一方面，在環(huán)形高速射流5與各水眼噴嘴109形成的射流之間形成近真空區(qū)，可提高“龍卷風”的吸附力，另一方面，水眼噴嘴109噴出的鉆井液可將負壓區(qū)的巖肩攜帶走，保持井底干凈。
[0086]接續(xù)上述鉆頭1的結(jié)構(gòu)，如圖1-圖5,所述旁通流道機構(gòu)107包括多道旁通流道107， 各所述旁通流道107均自所述殼體101內(nèi)壁處開設形成旁通孔，所述旁通流道107的數(shù)量不少于所述高壓噴嘴108的數(shù)量。所述旁通流道107的數(shù)量等于所述高壓噴嘴108的數(shù)量時，各所述旁通流道107與各所述高壓噴嘴108—一對應連通或各所述旁通流道107的出口端均連接至一分配流道，各所述高壓噴嘴108均與所述分配流道導通;所述旁通流道107的數(shù)量大于所述高壓噴嘴108的數(shù)量時，各所述旁通流道107的出口端均連接至一分配流道，各所述高壓噴嘴108均與所述分配流道導通。各旁通流道107的有效橫截面面積之和應大于各高壓噴嘴108的有效流通面積之和，以減小流道阻力及降低鉆井液能量損失。如圖4和圖5,上述旁通流道107截面可為圓形或圓弧形。
[0087]實施例三
[0088]如圖6,本發(fā)明實施例提供一種鉆頭1，其結(jié)構(gòu)與實施例二中所提供的鉆頭1的結(jié)構(gòu)基本相同，在下閥座106的結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別。本實施例中，下閥座106與殼體101內(nèi)腔固定連接，固定連接方式優(yōu)選為螺紋連接，以便拆卸更換維護;該下閥座106具有上下貫通的貫通流道，該貫通流道將過流通道與各水眼噴嘴109導通;旁通流道機構(gòu)107設于殼體101壁內(nèi)， 其入口端位于下閥座106上方且與殼體101內(nèi)腔導通。[〇〇89] 本實施例中，旁通流道機構(gòu)107處于常通狀態(tài)，上述下閥座106與下閥片104即構(gòu)成上述流道控制機構(gòu)。初始狀態(tài)下，常壓鉆井液通過旁通流道機構(gòu)107和中間流道機構(gòu)(過流通道、上述貫通流道及可供選擇的位于下閥座106下方的殼體101內(nèi)腔)分別進入各高壓噴嘴108和各水眼噴嘴109,并噴射至井底;過流面積由大變小過程中，在所述殼體101內(nèi)形成鉆井液水擊增壓狀態(tài)時，壓力突然增加的鉆井液從旁通流道機構(gòu)107流至各高壓噴嘴108，可達到上述實施例一和上述實施例二中所達到的局部欠平衡狀態(tài);過流面積由小變大過程中，整個鉆井系統(tǒng)的壓力逐漸恢復正常。
[0090]實施例四
[0091]如圖1-圖8,本發(fā)明實施例涉及一種鉆井工具，包括鉆頭1，該鉆頭1采用上述實施例一中所提供的鉆頭1，優(yōu)選為采用上述實施例二中所提供的鉆頭1，也可采用上述實施例三中所提供的鉆頭，該鉆頭1的具體結(jié)構(gòu)此處不再贅述。
[0092]基于實施例二中所提供的鉆頭1，所述鉆頭1頂部固定連接有能量轉(zhuǎn)換裝置2,所述能量轉(zhuǎn)換裝置2包括定子201和轉(zhuǎn)子202,所述轉(zhuǎn)子202位于所述定子201的空腔內(nèi)且能夠在其中左右往復擺動及沿所述定子201軸線移動，所述轉(zhuǎn)子202底端與所述過水接頭102連接。 鉆井液進入定子201的空腔內(nèi)時，可驅(qū)動轉(zhuǎn)子202在定子201空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)及在定子201空腔內(nèi)左右往復擺動，并對轉(zhuǎn)子202產(chǎn)生一向下的推力，使轉(zhuǎn)子202具有向下移動的趨勢。
[0093]其中，上述能量轉(zhuǎn)換裝置2優(yōu)選為采用螺桿馬達，進一步優(yōu)選地，采用單頭螺桿馬達，即上述轉(zhuǎn)子202為單頭螺桿馬達轉(zhuǎn)子202,上述定子201為由鋼殼體和橡膠構(gòu)成的單頭螺桿馬達定子201。當然，上述能量轉(zhuǎn)換裝置2也可為蝸輪，其可通過萬向軸總成、傳動軸總成及擾動總成與上述過水接頭102連接，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子202能在定子201空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)及在定期空腔內(nèi)左右往復擺動及能沿定子201軸向上下移動即可。[〇〇94]如圖7,以采用單頭螺桿馬達的能量轉(zhuǎn)換裝置2為例，鉆頭1的殼體101與定子201采用螺紋連接固定，轉(zhuǎn)子202底端與過水接頭102上端采用螺紋連接固定。在定子201的上端螺紋連接有上部短節(jié)3。
[0095]實施例五
[0096]本發(fā)明實施例涉及一種局部欠平衡鉆井方法，采用上述實施例四所提供的鉆井工具，所述方法具體包括:[〇〇97]將所述鉆井工具與常規(guī)鉆具組合進行裝配；
[0098]增壓機構(gòu)周期性的使進入殼體101內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓；
[0099]水擊增壓期間內(nèi)，經(jīng)增壓至預設壓力的鉆井液被引入至所述旁通流道機構(gòu)107,將高壓鉆井液輸送至各高壓噴嘴108處噴射向井底，在井底形成環(huán)形高速射流，而水眼噴嘴 109的鉆井液流量迅速降低且該部分鉆井液產(chǎn)生負水擊壓力，從而形成由環(huán)形高速射流5圍成的負壓區(qū)，在負壓區(qū)內(nèi)形成欠平衡狀態(tài)；負壓區(qū)外的鉆井液攜帶巖肩沿所述鉆井工具與地層之間的環(huán)空4上返，負壓區(qū)以上的井內(nèi)空間與地層之間形成過平衡狀態(tài)；
[0100]除水擊增壓期間外的其它時間內(nèi)，壓力低于所述預設壓力的鉆井液由所述中央流道機構(gòu)被輸送至各水眼噴嘴109處噴射向井底，井內(nèi)壓力恢復正常；
[0101]隨著殼體101內(nèi)周期性的產(chǎn)生鉆井液水擊增壓現(xiàn)象，在井底周期性的形成局部欠平衡狀態(tài)，以實現(xiàn)連續(xù)高應力擾動破巖，誘發(fā)巖爆。
[0102]作為實施例之一，增壓機構(gòu)按正弦規(guī)律周期性的使進入殼體101內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓。
[0103]如圖9-圖11，基于采用實施例二中所提供的鉆頭1的鉆井工具，上述局部欠平衡鉆井方法具體為:
[0104]將所述鉆井工具與常規(guī)鉆具組合進行裝配；
[0105]鉆井液進入所述定子201的空腔內(nèi)，驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子202旋轉(zhuǎn)及在所述定子201空腔內(nèi)左右往復擺動，以帶動所述上閥片103在所述下閥片104上端面上左右往復擺動，使所述過流通道的過流面積周期性變化；
[0106]過流面積由大變小過程中，進入定子201空腔內(nèi)的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓現(xiàn)象，驅(qū)動所述柱塞106下移使所述旁通流道機構(gòu)107與所述殼體101內(nèi)腔導通，將高壓鉆井液引入至各高壓噴嘴108處噴射向井底，在井底形成環(huán)形高速射流5,而水眼噴嘴109的鉆井液流量迅速降低且該部分鉆井液產(chǎn)生負水擊壓力，從而形成由環(huán)形高速射流5圍成的負壓區(qū)，在負壓區(qū)內(nèi)，井底壓力小于地層壓力，形成欠平衡狀態(tài)，滿足巖爆發(fā)生的兩個條件，鉆頭1附近的巖石不斷卸載應力，從而提高了破巖效率。環(huán)形高速射流5將負壓區(qū)內(nèi)的相對為負壓狀態(tài)的鉆井液與負壓區(qū)外的攜帶巖肩的高壓鉆井液隔開，攜帶巖肩的高壓鉆井液沿鉆具與地層之間的環(huán)空4上返，鉆井液壓力逐漸恢復正常(即常規(guī)鉆井時的鉆井液壓力)，負壓區(qū)以上的井內(nèi)壓力大于地層壓力，即處于過平衡狀態(tài)，可避免現(xiàn)有的欠平衡鉆井存在的技術(shù)問題，包括井壁發(fā)生坍塌失穩(wěn)、地層出水、地層含1125、井下燃爆、井眼失控等問題；[〇1〇7]過流面積由小變大過程中，進入定子201空腔內(nèi)的鉆井液產(chǎn)生水擊減壓現(xiàn)象，所述復位機構(gòu)105驅(qū)動所述柱塞106上移復位，井內(nèi)壓力恢復正常。
[0108]通過過流通道過流面積連續(xù)變化，每一個微小的變化動作都會產(chǎn)生一相應的連續(xù)變化的水擊增壓波或降壓波，從而在井底周期性形成局部欠平衡狀態(tài)，造成連續(xù)高應力擾動破巖，誘發(fā)巖爆，提高鉆速，最終實現(xiàn)局部欠平衡鉆井。
[0109]如圖10,作為實施例之一，所述過流通道的過流面積隨時間按正弦規(guī)律周期性變化。
[0110]圖11示出了鉆井過程中地應力的示意圖，其中，〇1為所鉆遇地層垂直方向的原始主地應力;〇P為所鉆遇地層垂直方向的、靠鉆頭一側(cè)的主地應力，其受到鉆頭附近周期性變化的鉆井液壓力影響，不斷周期性卸載，該主地應力％也處于不斷變化狀態(tài);〇2為所鉆遇地層水平方向的最大(或最小)主地應力；〇3為所鉆遇地層水平方向的最小(或最大)主地應力。
[0111]作為實施例之一，第一通孔與第二通孔之間可以完全相錯至封閉程度，即在形成環(huán)形高速射流5的時候，水眼噴嘴109不噴鉆井液，這樣在井底形成的負壓狀況更佳;但考慮到井底攜巖能力，需要有足夠的鉆井液沖洗井底，保持井底干凈，因此，第一通孔與第二通孔相錯或重合形成的過流通道的過流面積以不超過第二通孔面積的1/4為佳。
[0112]本實施例中，采用常規(guī)鉆井使用的鉆井液即可，無需設計配制適用于欠平衡鉆井的鉆井液，相較于現(xiàn)有的欠平衡鉆井技術(shù)，可節(jié)約成本，提高鉆井效率。
[0113]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鉆頭，包括殼體，其特征在于，所述殼體底部設有多個高壓噴嘴及至少一個水眼 噴嘴，多個高壓噴嘴環(huán)形布置并將各所述水眼噴嘴包圍于內(nèi)；所述殼體內(nèi)設有:向各所述高壓噴嘴輸送鉆井液的旁通流道機構(gòu)；向各所述水眼噴嘴輸送鉆井液的中間流道機構(gòu)；用于周期性的使進入殼體內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓的增壓機構(gòu)；流道控制機構(gòu)，其用于將經(jīng)增壓機構(gòu)增壓至預設壓力的鉆井液引入至所述旁通流道機 構(gòu)，并將壓力低于該預設壓力的鉆井液引入至所述中央流道機構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于:所述增壓機構(gòu)包括過水接頭、上閥片、下閥 片及下閥座，所述下閥座位于所述過水接頭下方且嵌設于所述殼體內(nèi)腔中；所述上閥片固設于所述過水接頭底部且具有與所述過水接頭內(nèi)腔連通的第一通孔，所 述下閥片固設于所述下閥座頂部且具有第二通孔，所述第一通孔與所述第二通孔的軸線錯 位設置且均平行于所述殼體的中軸線；所述過水接頭借助外設的動力裝置驅(qū)動而能夠在所述殼體內(nèi)腔中左右往復擺動及上 下移動，使所述上閥片與所述下閥片緊密貼靠并使所述第一通孔與所述第二通孔相錯或重 合形成過流面積周期性變化的過流通道;所述過流通道與各所述水眼噴嘴導通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆頭，其特征在于:所述旁通流道機構(gòu)設于所述殼體壁內(nèi)；所述流道控制機構(gòu)包括柱塞及復位機構(gòu)，所述柱塞嵌設于所述殼體內(nèi)腔中，所述下閥片固設于所述柱塞頂部，所述柱塞即構(gòu)成所述下閥座;所述柱塞具有上下貫通的貫通腔并 將所述過流通道與各所述水眼噴嘴導通；過流面積由大變小過程中，在所述殼體內(nèi)形成的水擊增壓狀態(tài)的鉆井液驅(qū)動所述柱塞 下移使所述旁通流道機構(gòu)與所述殼體內(nèi)腔導通;過流面積由小變大過程中，所述復位機構(gòu) 驅(qū)動所述柱塞上移復位封閉所述旁通流道機構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆頭，其特征在于:所述下閥座與所述殼體內(nèi)腔固定連接，所 述下閥座具有上下貫通的貫通流道并將所述過流通道與各所述水眼噴嘴導通；所述旁通流道機構(gòu)設于所述殼體壁內(nèi)，其入口端位于所述下閥座上方且與所述殼體內(nèi) 腔導通。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的鉆頭，其特征在于:各所述水眼噴嘴入口端均位 于所述殼體中軸線上，各所述高壓噴嘴入口端與所述殼體中軸線的距離均為所述殼體直徑 的 1/4。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆頭，其特征在于:各所述高壓噴嘴的噴吹方向均自所述殼體 中軸線向所述殼體外側(cè)方向傾斜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆頭，其特征在于:各所述高壓噴嘴的噴吹方向與所述殼體中 軸線之間的夾角均在7°?10°范圍內(nèi)。8.—種鉆井工具，其特征在于:包括如權(quán)利要求1至7中任一項所述的鉆頭。9.一種局部欠平衡鉆井方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求8所述的鉆井工具，所述方 法具體包括:將所述鉆井工具與常規(guī)鉆具組合進行裝配；增壓機構(gòu)周期性的使進入殼體內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓；水擊增壓期間內(nèi)，經(jīng)增壓至預設壓力的鉆井液被引入至所述旁通流道機構(gòu)，將高壓鉆井液輸送至各高壓噴嘴處噴射向井底，在井底形成環(huán)形高速射流，而水眼噴嘴的鉆井液流 量迅速降低且該部分鉆井液產(chǎn)生負水擊壓力，從而形成由環(huán)形高速射流圍成的負壓區(qū)，在 負壓區(qū)內(nèi)形成欠平衡狀態(tài);負壓區(qū)外的鉆井液攜帶巖肩沿所述鉆井工具與地層之間的環(huán)空 上返，負壓區(qū)以上的井內(nèi)空間與地層之間形成過平衡狀態(tài)；除水擊增壓期間外的其它時間內(nèi)，壓力低于所述預設壓力的鉆井液由所述中央流道機 構(gòu)被輸送至各水眼噴嘴處噴射向井底，井內(nèi)壓力恢復正常；隨著殼體內(nèi)周期性的產(chǎn)生鉆井液水擊增壓現(xiàn)象，在井底周期性的形成局部欠平衡狀 態(tài)，以實現(xiàn)連續(xù)高應力擾動破巖，誘發(fā)巖爆。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的局部欠平衡鉆井方法，其特征在于:增壓機構(gòu)按正弦規(guī)律周 期性的使進入殼體內(nèi)腔中的鉆井液產(chǎn)生水擊增壓。
【文檔編號】E21B10/61GK105952383SQ201610518041
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】魏小梅, 劉運榮
【申請人】海斯比得（武漢）石油科技有限公司