等离子破岩高效排屑系统

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种等离子破岩高效排屑系统。

背景技术

等离子钻井技术是一种前沿的高效钻井技术，其利用高温等离子体对岩石进行熔化、气化，从而实现岩石的破碎。与常规的旋转机械钻井方式不同，该技术产生的岩石碎屑为熔化状态的岩浆，而常规的泥浆循环携岩系统会直接对岩浆进行冷却，使得岩浆重新冷凝在井眼底部，极大地降低了破岩效率，无法实现高速破岩。因此，开发出一套适合等离子破岩的高效排屑系统，对于促进该技术的发展具有重要意义。

发明内容

目前尚没有适合等离子破岩的高效排屑方法，本发明提供一种等离子破岩高效排屑系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：等离子破岩过程中，等离子作业区域无液体，其钻头前部间歇性喷射高压气体，将熔化的岩浆池冲击成岩石熔融颗粒；钻头前部分布有喷嘴向上的气体喷射口，将岩石熔融颗粒向上吹动；在喷嘴上方的等离子钻柱上，分布有多条螺旋槽，螺旋槽在工作气体的吹动下做旋转运动；螺旋槽的旋转运动封隔了井筒底部的等离子破岩区域和上部的泡沫液循环区域；多级螺旋槽并联工作，提高分隔效果；被吹入螺旋槽的岩石熔融颗粒在螺旋槽的旋转作用下，向上运动进入泡沫液循环区域；泡沫液循环区域的泡沫液对岩石熔融颗粒进行冷却，形式岩石颗粒；岩石颗粒在泡沫液的托举作用下被运送至地面。

本发明的有益效果在于：实现等离子破岩过程中的高效排屑，提高钻井效率，钻头结构简单，整个系统无需额外动力。

附图说明

图1是等离子高效排屑系统结构图。

图中：101、地层，102、岩浆池，103、等离子弧，104、岩石熔融颗粒，105、高压气体喷口，106、上升气体喷口，107、一级螺旋槽，108、二级螺旋槽，109、泡沫液喷口，110、泡沫液。

具体实施方式

如图1所示，等离子破岩过程中，等离子钻头端部喷射出高温高速的等离子弧103，高温的等离子弧103熔化作业区域的地层101，并在井底形成熔化状态的岩浆池102；钻头端部分布有多个高压气体喷口105，高压气体喷口105间歇性喷射出高压气体，高压气体直接喷射到岩浆池102上，将岩浆池102冲击成岩石熔融颗粒104；钻头上分布有多个上升气体喷口106，上升气体喷口106的出口向上，上升气体喷口106持续喷射出向上的高速气体；向上的高速气体将岩石熔融颗粒104向上吹动；在高压气体喷口105喷射间歇性高压气体以及上升气体喷口106喷射持续性高压气体的作用下，整个等离子破岩作业区域无液体；在钻头上方的钻柱上，依次分布有一级螺旋槽107、二级螺旋槽108；螺旋槽外径与井筒尺寸相当；钻柱上可以分布多级螺旋槽；螺旋槽在钻柱内部气体的带动下做旋转运动；岩石熔融颗粒104在螺旋槽的旋转作用下，向上运动；多级螺旋槽协同作用，将岩石熔融颗粒104运送至螺旋槽上方；螺旋槽上方的管柱上分布有多个泡沫液喷口109；泡沫液喷口109的出口向上；泡沫液喷口109向上喷射出泡沫液110；多级螺旋槽的旋转作用，将等离子作业区域和泡沫液区域分隔开；岩石熔融颗粒104进入到泡沫液区域，并在泡沫液110的冷却作用下，形成岩石颗粒；岩石颗粒在泡沫液110的托举作用下，运送至地面。

高压气体喷口105间歇性喷射出高压气体，喷射间隔时间过短，岩石还未来得及熔化即被高压气体冷却，降低破岩效率；喷射间隔时间过长，岩浆池102包含较多熔融岩石，阻碍岩石进一步熔化；综合考量，喷射间隔以10s左右为宜，喷射持续时间以2s为宜。

一级螺旋槽107和二级螺旋槽108由多头螺旋形凹槽组成，其螺旋头数以6-8之间为宜；单级螺旋槽的圆周角度为90-180°；多级螺旋槽并联协同工作，同一钻柱上分布2-4级螺旋槽。