CN105134080A - 一种粒子钻井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粒子钻井方法，属于油气钻井工程技术领域，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，其特征在于：a、所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；b、所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物通过钻台上的旋转控制头经管线引流至磁选机内，磁选机将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐内；c、将储罐内的粒子通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个钻井循环。本发明将井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物通过井口的出口装置直接引流至磁选机内，进行粒子分离储存，有效解决了现有技术中岩屑和泥浆直接泵至井队振动筛带来的泥浆泄漏点多的问题，极大的降低了环境污染风险。
Description
技术领域
本发明涉及到油气钻井工程技术领域，尤其涉及一种粒子钻井方法。
背景技术
常规的钻井方法是利用井底钻头的钻压和旋转实现机械破岩，达到钻进的目的，这种方式在遇到深部硬地层和强研磨地层时，仅依靠钻头的机械作用进行破岩，泥浆的作用只是携带岩屑，无法实现水力加机械的联合破岩效果，存在钻速慢、周期长、成本高的问题。近年来，粒子冲击钻井技术作为一项革命性的提速技术，得到了广泛的应用；粒子冲击钻井是一种通过将直径1-3毫米的球形钢粒注入井底，以辅助破碎深部硬地层和强研磨地层的钻井技术。粒子冲击钻井效果的好坏，其中一个关键因子便是粒子注入装置，现有技术的粒子注入装置通常采用单高压罐式注入结构，无法实现粒子连续注入；且高压罐重量和体积较大，运输不方便，高压区覆盖面广，安全风险高；此外，还存在地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高的问题。因此亟需研制一种可实现粒子连续注入，且运输方便、安全性高的注入装置，以满足现场需求。
公开号为CN203742449U，公开日为2014年07月30日的中国专利文献公开了一种粒子立式注入装置，其特征在于：包括高压容器，高压容器的上部设置进料管，底部设置出料管，出料管上设置倾斜出口，高压容器内设置旋转轴，旋转轴上设置螺旋齿，旋转轴和高压容器的顶部和底部之间分别设置上密封体和下密封体，上密封体和旋转轴之间、下密封体和旋转轴之间均设置轴承，上下端的轴承外侧分别设置上端盖和下端盖，上端盖上轴向设置泄压孔，旋转轴底部通过联轴器连接电机，电机通过支撑筋固定在支腿上，高压容器固定在支腿上，倾斜出口连接高压液动阀，高压液动阀连接高压三通。该专利文献公开的粒子立式注入装置，虽然可使粒子均匀下落，避免粒子在高压容器底部堆积，但是，采用单高压容器注入仅能粒子间断性注入，无法实现粒子连续注入；采用的高压容器重量和体积较大，造成地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高和运输不便，并且装置高压区覆盖面大，安全风险高。
公开号为CN103195363A，公开日为2013年07月10日的中国专利文献公开了一种负压射流式粒子冲击钻井注入装置，包括高压粒子注入罐，高压粒子注入罐顶部设置进料口，底部设置出料口，其特征在于：进料口一侧安装平衡压力射流管，平衡压力射流管一端设置射流防堵喷头，另一端置于主管汇顶部，射流防堵喷头位于高压粒子注入罐底部，出料口底部设置负压粒子注入管，负压粒子注入管一端设置喷嘴，喷嘴连通主管汇，主管汇底部设置调节管，调节管末端连通负压粒子注入管出口，调节管内设置调节阀。该专利文献公开的负压射流式粒子冲击钻井注入装置，采用自旋转式射流防堵喷头，对高压粒子注入罐出料口实现全方位、多角度搅动，能够解决高压粒子注入罐底部堵塞问题；但是，其采用单高压容器注入仅能粒子间断性注入，无法实现粒子连续注入；采用的高压容器重量和体积较大，造成地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高和运输不便，并且装置高压区覆盖面大，安全风险高。
公开号为CN102619468A，公开日为2012年08月01日的中国专利文献公开了一种粒子冲击钻井注入装置，包括地面高压主管线、分流管线、分流管线控制阀、钢粒储存罐、液动(或手动)加料阀、储存罐泄压管线、储存罐泄压控制阀、钢粒、螺旋推进机、钢粒注入控制阀及限流装置，其特征在于：所述的限流装置设置在分流管线之后，分流管线控制阀设置在地面高压主管线和钢粒储存罐之间，储存罐泄压控制阀在钢粒储存罐与钻井液池之间，所述的螺旋推进机位于钢粒储存罐之下，钢粒注入控制阀位于螺旋推进机与地面高压主管线之间。该专利文献公开的粒子冲击钻井注入装置，采用左、右两套完全相同、各自独立的注入装置，通过交替重复使用，虽然也实现了粒子连续注入，但是，实际使用中，注入装置中的螺旋推进机内的粒子易结块，堵塞螺旋推进机，导致其无法实现粒子的正常注入；采用的钢粒储存罐重量和体积较大，造成地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高和运输不便，并且装置高压区覆盖面大，安全风险高。
近年来，粒子钻井的方法得到广泛的应用，粒子钻井方法主要涉及到的装置有注入装置和回收装置，其中回收装置主要包括井队振动筛、射流混浆器、磁选机、振动筛、岩屑储存漏斗、泥浆罐和静止储罐。整个钻井工作过程为：通过注入装置将粒子和泥浆混合物注入到井内进行钻井，从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依次通过井队振动筛、射流混浆器和磁选机，磁选机将粒子从岩屑和泥浆混合物中分离出来，然后泵送至静止储罐内备用，剩下的岩屑和泥浆混合物通过振动筛筛选后，岩屑落入岩屑储存漏斗内，泥浆落入泥浆罐内备用，至此完成了一次钻井周期。
采用这种粒子钻井方法，不仅回收装置中的射流混浆器、振动筛、岩屑储存漏斗以及配套的低压管线极易发生钻井液泄漏，造成环境污染；而且存在设备多，安装位置分散，安装复杂，耗时较长，维护成本较高的缺点。
公开号为CN102022078A，公开日为2011年04月20日的中国专利文献公开了一种新型的钻井方法，其特征是：在钻井泵的泵出管路上连接一套粒子注入***，使要注入井内的高压泥浆中不断地混入坚硬的粒径在2-8mm范围的粒子，其沿钻柱下行直到钻头，在水眼处得以加速，以极高的速度冲击岩石，从而达到机械与粒子冲击联合破岩的效果，提高坚硬地层中的钻进速度，在井口泥浆返回管路中连接一套粒子分离***，将金属颗粒从井底返回的混合液中分离出来，重复循环利用。
该专利文献公开的钻井方法，为了能够提高粒子注入效率，采用了两套能分别单独工作的注入装置，但是该方法中涉及的设备繁多、结构复杂、安装不便，不易操作；该方法中涉及的螺旋推进机内的粒子易结块，堵塞螺旋推进机，导致其无法实现粒子的正常注入；采用的注入装置重量和体积较大，造成地面单位面积承压大，需通过水泥固化加强地基，耗时长、费用高和运输不便，并且装置高压区覆盖面大，安全风险高；两套注入装置各自独立，不能有机联系在一起，增大了与粒子分离***和粒子输送***相互间的配合难度，实质上限制了粒子的钻井效率。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种粒子钻井方法，本发明将井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物利用流体能量通过井口的出口装置直接引流至磁选机内，进行粒子分离储存，有效解决了现有技术中岩屑和泥浆直接泵至井队振动筛带来的泥浆泄漏点多的问题，极大的降低了环境污染风险。
本发明通过下述技术方案实现：
一种粒子钻井方法，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，其特征在于：
a、所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；
b、所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐内；
c、将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻
井，形成一个粒子冲击钻井循环。
所述粒子注入步骤中的粒子注入速度为0.5-10kg/s。
所述粒子注入步骤中的粒子注入压力为5-55MPa。
所述储罐为旋转储罐，包括罐体、位于罐体内的叶片、支撑架、筛桶和驱动罐体旋转的电机，叶片和支撑架固定连接在罐体的内壁上，筛桶通过支撑架与叶片连接。
所述注入装置为双注入泵连续注入装置，包括通过高压管线与钻井立管连接的粒子混合料斗，粒子混合料斗内设置有换向管，换向管上连接有驱动换向管左右摆动的摆动液压缸，粒子混合料斗上连接有第一输送缸和第二输送缸，换向管一端与高压管线连通，另一端与第一输送缸或第二输送缸连通，粒子注入时，首先启动第一液压缸、第二液压缸和摆动液压缸，第一液压缸进入添注冲程，摆动液压缸将换向管摆动到第二输送缸处并连通，粒子和泥浆进入第一输送缸内；同时第二液压缸进入压缩冲程，将第二输送缸内的粒子和泥浆通过换向管注入高压管线进入井内循环，第一液压缸添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸进入添注冲程，交替运行连续注入。
所述摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，换向管连接在花键上。
所述高压管线上连接有箭型止回阀。
所述泥浆罐由圆柱罐体和锥形罐体构成，锥形罐***于圆柱罐体下方，锥形罐体和圆柱罐体为一体成型结构。
所述出口装置包括旋转防喷器和连接在旋转防喷器上的旋转控制头。
本发明的工作原理如下：
在粒子冲击钻井过程中，先通过螺杆输送机将粒子钻井回收装置中分离储存的粒子添注至粒子混合料斗内，并通过调整螺杆输送机的螺杆转速来控制粒子的添注速度，并通过渣浆泵向粒子混合料斗内泵送泥浆，并维持粒子混合料斗内粒子、泥浆混合物占粒子混合料斗容积的1/2-2/3之间；当粒子混合料斗内粒子、泥浆混合物达到其容积的1/2时，启动第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸进入添注冲程，同时摆动液压缸启动，摆动换向管到第二输送缸处，使换向管迅速与第二输送缸连通，粒子混合料斗内的粒子、泥浆混合物便添注入第一输送缸内；与此同时，第二液压缸进入压缩冲程，挤压来自粒子混合料斗并储存在第二输送缸内的粒子、泥浆混合物，粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环；当第二活塞运动至极限位置，压缩冲程结束，第二液压缸进入添注冲程，摆动液压缸再将换向管摆动到第一输送缸处，并与第一输送缸连通，第一液压缸由添注冲程转为压缩冲程，将第一输送缸内的粒子、泥浆混合物通过换向管注入高压管线内，并最终进入井内循环，实现了第一输送缸和第二输送缸的交替运行，使粒子能够被连续注入井内；井内返出的泥浆、岩屑和粒子混合物直接通过旋转控制头和管线引流到磁选机内，磁选机在泥浆、岩屑和粒子混合物中筛选出粒子，并通过水平输送机将粒子运输至旋转储罐内储存，岩屑和泥浆落入磁选机下方的泥浆罐内，通过砂浆泵和管线直接将泥浆罐内的岩屑、泥浆混合物直接泵至井队振动筛，就实现了粒子的分离和回收，分离出的粒子储存在旋转储罐内，再通过螺杆输送机直接泵至粒子混合料斗内，自此便实现了粒子在整个钻井过程中的循环使用。
本发明的有益效果主要表现在以下几个方面：
一、本发明，“粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐内；将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个粒子冲击钻井循环”，通过粒子回收步骤将井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物直接引流至回收装置中的磁选机内进行粒子分离，简化了粒子筛选流程，由于泥浆和岩屑不含铁磁类物质，磁选机能够轻易将粒子分离出来，具有分离效率高，分离效果好的特点，磁选机将粒子分离后直接输送至储罐内再次循环使用，较现有技术而言，在不改变常规钻井流程的前提下，简化了粒子回收流程，取消了易发生泥浆泄漏的射流混浆器、配套低压管线、振动筛和岩屑存储漏斗等设备，有效提高回收***安装效率、操作和维护便利性，极大地提高了粒子冲击钻井作业效率；有效解决了岩屑和泥浆混合物先泵至井队振动筛，再输送至回收装置所带来的泥浆泄漏点多的问题，极大的降低了环境污染风险。
二、本发明，粒子注入步骤中的粒子注入速度为0.5-10kg/s，采用该特定的注入速度，不仅能够在钻井过程中保证钻井液的性能，而且在该注入速度下，粒子冲击破岩的粒子冲击频率大于1000万次/分钟，具有良好的冲击破岩效果，提高了钻井效率。
三、本发明，粒子注入步骤中的粒子注入压力为5-55MPa，在该特定的压力范围，能够有效保证粒子的注入速度，提高钻井效率，而且能够有效防止钻井立管受到损害，保证粒子钻井工作稳定性。
四、本发明，储罐为旋转储罐，包括罐体、位于罐体内的叶片、支撑架、筛桶和驱动罐体旋转的电机，叶片和支撑架固定连接在罐体的内壁上，筛桶通过支撑架与叶片连接，采用该独特结构的旋转储罐，正转时，可实现动态储存，防止粒子周转储存过程中发生结块；反转时，即可实现粒子出料，叶片将粒子均匀的旋出。
五、本发明，注入装置为双注入泵连续注入装置，包括通过高压管线与钻井立管连接的粒子混合料斗，粒子混合料斗内设置有换向管，换向管上连接有驱动换向管左右摆动的摆动液压缸，粒子混合料斗上连接有第一输送缸和第二输送缸，换向管一端与高压管线连通，另一端与第一输送缸或第二输送缸连通，粒子注入时，首先启动第一液压缸、第二液压缸和摆动液压缸，第一液压缸进入添注冲程，摆动液压缸将换向管摆动到第二输送缸处并连通，粒子和泥浆进入第一输送缸内；同时第二液压缸进入压缩冲程，将第二输送缸内的粒子和泥浆通过换向管注入高压管线进入井内循环，第一液压缸添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸进入添注冲程，交替运行连续注入，保证了井内粒子注入的连续性，同时避免第一输送缸和第二输送缸内粒子沉积堵塞，有效提高粒子冲击钻井的工作效率；该双注入泵连续注入装置中，仅第一输送缸、第二输送缸、换向管为高压状态，较现有技术而言，替代了高压罐配套螺旋输送机式的注入装置，优化了注入流程，解决了单高压罐仅能粒子间断性注入的问题，实现了粒子连续注入；同时，有效解决了螺旋输送机内粒子易结块、堵塞无法实现粒子注入，以及高压罐配套设备重量和体积大引起的运输、安装、操作不便和耗时长、费用高等问题，提高了粒子钻井作业效率；大幅度降低了注入装置高压区，提高了安全性。
六、本发明，摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，换向管连接在花键上，采用此种特定结构的摆动液压缸，摆杆使换向管灵活的换向，不仅具有换向灵活的特点，而且采用花键、摆杆的这种结构延长了使用寿命。
七、本发明，高压管线上连接有箭型止回阀，采用箭型止回阀一方面能够使粒子、泥浆混合物顺畅的经高压管线进入井内，另一方面能够防止粒子、泥浆混合物逆窜入第一输送缸或第二输送缸内，有效避免粒子注入过程中泥浆泄漏伤人，进一步提高安全性。
附图说明
图1为本发明钻井装置的结构示意图；
图2为本发明双注入泵连续注入装置与钻台的连接结构示意图；
图3为本发明摆动液压缸的结构示意图；
图4为本发明实施例4中双注入泵连续注入装置与钻台的连接结构示意图；
图5为本发明实施例5中换向管的结构示意图；
图6为本发明实施例7中旋转储罐的结构示意图；
图中标记：1、第一液压缸，2、第二液压缸，3、摆动液压缸，4、换向管，5、第一活塞，6、第一输送缸，7、第二活塞，8、第二输送缸，9、高压管线，10、磁选机，11、泥浆罐，12、旋转储罐，13、缸体，14、活塞，15、活塞杆，16、摆杆，17、花键，18、箭型止回阀，19、密封圈，20、罐体，21、叶片，22、支撑架，23、筛桶，24、电机。
具体实施方式
实施例1
参见图1和图2，一种粒子钻井方法，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机10将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐11内；将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个粒子冲击钻井循环。
本实施例为最基本的实施方式，采用现有技术的注入装置和储罐即可，通过粒子回收步骤将井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物直接引流至回收装置中的磁选机内进行粒子分离，简化了粒子筛选流程，由于泥浆和岩屑不含铁磁类物质，磁选机能够轻易将粒子分离出来，具有分离效率高，分离效果好的特点，磁选机将粒子分离后直接输送至储罐内再次循环使用，较现有技术而言，在不改变常规钻井流程的前提下，简化了粒子回收流程，取消了易发生泥浆泄漏的射流混浆器、配套低压管线、振动筛和岩屑存储漏斗等设备，有效提高回收***安装效率、操作和维护便利性，极大地提高了粒子冲击钻井作业效率；有效解决了岩屑和泥浆混合物先泵至井队振动筛，再输送至回收装置所带来的泥浆泄漏点多的问题，极大的降低了环境污染风险。
实施例2
参见图1-图3，一种粒子钻井方法，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机10将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐11内；将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个粒子冲击钻井循环。
所述粒子注入步骤中的粒子注入速度为0.5kg/s。
所述粒子注入步骤中的粒子注入压力为5MPa。
所述注入装置为双注入泵连续注入装置，双注入泵连续注入装置包括第一液压缸1、第二液压缸2、摆动液压缸3、换向管4、第一活塞5、第一输送缸6、第二活塞7和第二输送缸8，启动第一液压缸1、第二液压缸2和摆动液压缸3，第一液压缸1进入添注冲程，摆动液压缸3将换向管4摆动到第二输送缸8处并连通，粒子、泥浆混合物进入第一输送缸6内；同时第二液压缸2进入压缩冲程，将第二输送缸8内的粒子、泥浆混合物通过换向管4注入高压管线9进入井内循环，第一液压缸1添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸2进入添注冲程，交替运行连续注入。
本实施例为一较佳实施方式，粒子注入时，首先启动第一液压缸、第二液压缸和摆动液压缸，第一液压缸进入添注冲程，摆动液压缸将换向管摆动到第二输送缸处并连通，粒子和泥浆进入第一输送缸内；同时第二液压缸进入压缩冲程，将第二输送缸内的粒子和泥浆通过换向管注入高压管线进入井内循环，第一液压缸添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸进入添注冲程，交替运行连续注入，保证了井内粒子注入的连续性，同时避免第一输送缸和第二输送缸内粒子沉积堵塞，有效提高粒子冲击钻井的工作效率；该双注入泵连续注入装置中，仅第一输送缸、第二输送缸、换向管为高压状态，大大降低了高压区，提高了安全性。
实施例3
参见图1、图3和图4，一种粒子钻井方法，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机10将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐11内；将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个粒子冲击钻井循环。
所述粒子注入步骤中的粒子注入速度为2kg/s。
所述粒子注入步骤中的粒子注入压力为20MPa。
所述注入装置为双注入泵连续注入装置，双注入泵连续注入装置包括第一液压缸1、第二液压缸2、摆动液压缸3、换向管4、第一活塞5、第一输送缸6、第二活塞7和第二输送缸8，启动第一液压缸1、第二液压缸2和摆动液压缸3，第一液压缸1进入添注冲程，摆动液压缸3将换向管4摆动到第二输送缸8处并连通，粒子、泥浆混合物进入第一输送缸6内；同时第二液压缸2进入压缩冲程，将第二输送缸8内的粒子、泥浆混合物通过换向管4注入高压管线9进入井内循环，第一液压缸1添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸2进入添注冲程，交替运行连续注入。
所述摆动液压缸3包括缸体13、活塞14、活塞杆15、摆杆16和连接在摆杆16上的花键17，活塞14通过活塞杆15与摆杆16连接，换向管4连接在花键17上。
所述高压管线9上连接有箭型止回阀18。
本实施例为又一较佳实施方式，摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，换向管连接在花键上，采用此种特定结构的摆动液压缸，摆杆使换向管灵活的换向，不仅具有换向灵活的特点，而且采用花键、摆杆的这种结构延长了使用寿命。
高压管线上连接有箭型止回阀，采用箭型止回阀一方面能够使粒子、泥浆混合物顺畅的经高压管线进入井内，另一方面能够防止粒子、泥浆混合物逆窜入第一输送缸或第二输送缸内，有效避免粒子注入过程中泥浆泄漏伤人，进一步提高安全性。
实施例4
参见图1、图3、图4和图5，一种粒子钻井方法，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机10将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐11内；将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个粒子冲击钻井循环。
所述粒子注入步骤中的粒子注入速度为6kg/s。
所述粒子注入步骤中的粒子注入压力为30MPa。
所述注入装置为双注入泵连续注入装置，双注入泵连续注入装置包括第一液压缸1、第二液压缸2、摆动液压缸3、换向管4、第一活塞5、第一输送缸6、第二活塞7和第二输送缸8，启动第一液压缸1、第二液压缸2和摆动液压缸3，第一液压缸1进入添注冲程，摆动液压缸3将换向管4摆动到第二输送缸8处并连通，粒子、泥浆混合物进入第一输送缸6内；同时第二液压缸2进入压缩冲程，将第二输送缸8内的粒子、泥浆混合物通过换向管4注入高压管线9进入井内循环，第一液压缸1添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸2进入添注冲程，交替运行连续注入。
所述摆动液压缸3包括缸体13、活塞14、活塞杆15、摆杆16和连接在摆杆16上的花键17，活塞14通过活塞杆15与摆杆16连接，换向管4连接在花键17上。
所述高压管线9上连接有箭型止回阀18。
进一步的，第一液压缸1和第二液压缸2均为双杆液压缸；所述换向管4内连接有两个密封圈19，两个密封圈19分别位于换向管4的两端。
本实施例为又一较佳实施方式，第一液压缸和第二液压缸均为双杆液压缸，能够实现等速往复运动，便于实现添注冲程和压缩冲程的同步性，增强粒子连续注入井内的稳定性，从而保证粒子钻井工作效率。换向管内连接有两个密封圈，两个密封圈分别位于换向管的两端，当换向管与第一输送缸或第二输送缸接通时，密封圈能够防止第一输送缸或第二输送缸内压力的泄漏，使添注冲程和压缩冲程都能够稳定的进行，保证粒子顺利的注入井内。
实施例5
参见图1、图3、图4和图5，一种粒子钻井方法，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机10将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐11内；将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个粒子冲击钻井循环。
所述粒子注入步骤中的粒子注入速度为8kg/s。
所述粒子注入步骤中的粒子注入压力为40MPa。
所述注入装置为双注入泵连续注入装置，双注入泵连续注入装置包括第一液压缸1、第二液压缸2、摆动液压缸3、换向管4、第一活塞5、第一输送缸6、第二活塞7和第二输送缸8，启动第一液压缸1、第二液压缸2和摆动液压缸3，第一液压缸1进入添注冲程，摆动液压缸3将换向管4摆动到第二输送缸8处并连通，粒子、泥浆混合物进入第一输送缸6内；同时第二液压缸2进入压缩冲程，将第二输送缸8内的粒子、泥浆混合物通过换向管4注入高压管线9进入井内循环，第一液压缸1添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸2进入添注冲程，交替运行连续注入。
所述摆动液压缸3包括缸体13、活塞14、活塞杆15、摆杆16和连接在摆杆16上的花键17，活塞14通过活塞杆15与摆杆16连接，换向管4连接在花键17上。
所述高压管线9上连接有箭型止回阀18。
所述第一液压缸1和第二液压缸2均为双杆液压缸；所述换向管4内连接有两个密封圈19，两个密封圈19分别位于换向管4的两端。
进一步的，换向管4的横截面呈“S”型。
本实施例为又一较佳实施方式，换向管的横截面呈“S”型，采用特定的“S”型换向管，使换向过程更加灵活方便，换向管无论是与第一输送缸连接，还是与第二输送缸连接，均能快速的连通，以保证粒子注入的连续性。
实施例6
参见图1、图3、图4、图5和图6，一种粒子钻井方法，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机10将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐11内；将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个粒子冲击钻井循环。
所述粒子注入步骤中的粒子注入速度为10kg/s。
所述粒子注入步骤中的粒子注入压力为55MPa。
所述注入装置为双注入泵连续注入装置，双注入泵连续注入装置包括第一液压缸1、第二液压缸2、摆动液压缸3、换向管4、第一活塞5、第一输送缸6、第二活塞7和第二输送缸8，启动第一液压缸1、第二液压缸2和摆动液压缸3，第一液压缸1进入添注冲程，摆动液压缸3将换向管4摆动到第二输送缸8处并连通，粒子、泥浆混合物进入第一输送缸6内；同时第二液压缸2进入压缩冲程，将第二输送缸8内的粒子、泥浆混合物通过换向管4注入高压管线9进入井内循环，第一液压缸1添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸2进入添注冲程，交替运行连续注入。
所述摆动液压缸3包括缸体13、活塞14、活塞杆15、摆杆16和连接在摆杆16上的花键17，活塞14通过活塞杆15与摆杆16连接，换向管4连接在花键17上。
所述高压管线9上连接有箭型止回阀18。
所述第一液压缸1和第二液压缸2均为双杆液压缸；所述换向管4内连接有两个密封圈19，两个密封圈19分别位于换向管4的两端。
所述换向管4的横截面呈“S”型。
进一步的，所述旋转储罐12包括罐体20、位于罐体20内的叶片21、支撑架22、筛桶23和驱动罐体20旋转的电机24，叶片21和支撑架22固定连接在罐体20的内壁上，筛桶23通过支撑架22与叶片21连接。
进一步的，出口装置包括旋转防喷器和连接在旋转防喷器上的旋转控制头。
本实施例为最佳实施方式，旋转储罐包括罐体、位于罐体内的叶片、支撑架、筛桶和驱动罐体旋转的电机，叶片和支撑架固定连接在罐体的内壁上，筛桶通过支撑架与叶片连接，采用该独特结构的旋转储罐，正转时，可实现动态储存，防止粒子周转储存过程中发生结块；反转时，即可实现粒子出料，叶片将粒子均匀的旋出。通过粒子回收步骤将井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物经出口装置的旋转控制头直接引流至回收装置中的磁选机内进行粒子分离，简化了粒子筛选流程，由于泥浆和岩屑不含铁磁类物质，磁选机能够轻易将粒子分离出来，具有分离效率高，分离效果好的特点，磁选机将粒子分离后直接输送至储罐内再次循环使用，较现有技术而言，在不改变常规钻井流程的前提下，简化了粒子回收流程，取消了易发生泥浆泄漏的射流混浆器、配套低压管线、振动筛和岩屑存储漏斗等设备，有效提高回收***安装效率、操作和维护便利性，极大地提高了粒子冲击钻井作业效率；有效解决了岩屑和泥浆混合物先泵至井队振动筛，再输送至回收装置所带来的泥浆泄漏点多的问题，极大的降低了环境污染风险。采用该特定的注入速度，不仅能够在钻井过程中保证钻井液的性能，而且在该注入速度下，粒子冲击破岩的粒子冲击频率大于1000万次/分钟，具有良好的冲击破岩效果，提高了钻井效率。在该特定的压力下，能够有效保证粒子的注入速度，提高钻井效率，而且能够有效防止钻井立管受到损害，保证粒子钻井工作稳定性。
Claims (8)
1.一种粒子钻井方法，包括粒子注入步骤和粒子回收步骤，其特征在于：
a、所述粒子注入步骤是指采用注入装置将泥浆和粒子注入井内；
b、所述粒子回收步骤是指从井内返出的粒子、岩屑和泥浆混合物依靠流体能量通过钻台井口的出口装置经管线直接引流至回收装置，再由回收装置内的磁选机将分离出来的粒子送入储罐内，岩屑和泥浆混合物送入泥浆罐内；
c、将储罐内的粒子输送至注入装置，通过注入装置注入到井内再次钻井，形成一个粒子冲击钻井循环。
2.根据权利要求1所述的一种粒子钻井方法，其特征在于：所述粒子注入步骤中的粒子注入速度为0.5-10kg/s。
3.根据权利要求1所述的一种粒子钻井方法，其特征在于：所述粒子注入步骤中的粒子注入压力为5-55MPa。
4.根据权利要求1所述的一种粒子钻井方法，其特征在于：所述储罐为旋转储罐，包括罐体、位于罐体内的叶片、支撑架、筛桶和驱动罐体旋转的电机，叶片和支撑架固定连接在罐体的内壁上，筛桶通过支撑架与叶片连接。
5.根据权利要求1所述的一种粒子钻井方法，其特征在于：所述注入装置为双注入泵连续注入装置，包括通过高压管线与钻井立管连接的粒子混合料斗，粒子混合料斗内设置有换向管，换向管上连接有驱动换向管左右摆动的摆动液压缸，粒子混合料斗上连接有第一输送缸和第二输送缸，粒子注入时，首先启动第一液压缸、第二液压缸和摆动液压缸，第一液压缸进入添注冲程，摆动液压缸将换向管摆动到第二输送缸处并连通，粒子和泥浆进入第一输送缸内；同时第二液压缸进入压缩冲程，将第二输送缸内的粒子和泥浆通过换向管注入高压管线进入井内循环，第一液压缸添注冲程结束后进入压缩冲程，第二液压缸进入添注冲程，交替运行连续注入。
6.根据权利要求5所述的一种粒子钻井方法，其特征在于：所述摆动液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、摆杆和连接在摆杆上的花键，活塞通过活塞杆与摆杆连接，换向管连接在花键上。
7.根据权利要求5或6所述的一种粒子钻井方法，其特征在于：所述高压管线上连接有箭型止回阀。
8.根据权利要求1所述的一种粒子钻井方法，其特征在于：所述出口装置包括旋转防喷器和连接在旋转防喷器上的旋转控制头。
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