本发明涉及油气开采和钻井射流的装置及方法的技术领域，特别是涉及一种利用超临界二氧化碳的钻井装置及方法，其防止“冰包”产生并高效破岩，同时提高钻井速度及清岩能力，使钻采效率更高，成本更低的利用超临界二氧化碳；钻井装置包括连续管滚筒、内管钻井泵、外管钻井泵、注入头、外管、内管和钻井主体；钻井主体包括螺旋接头，螺旋接头的内部设置有外管通腔和内管通腔，螺旋接头的侧壁和底端分别设置有多个后向喷嘴和多个前向喷嘴，螺旋接头的内部设置有自激震荡腔室和多个分腔，多个分腔中每个分腔的内部均设置有碟簧组，并且碟簧组通过密封环安装在分腔内侧壁上。
1.一种利用超临界二氧化碳的钻井装置，其特征在于，包括连续管滚筒、内管钻井泵、外管钻井泵、注入头、外管、内管和钻井主体，所述内管钻井泵和外管钻井泵均与连续管滚筒连接，所述外管和内管的顶部输入端均插入至注入头内，所述内管钻井泵的输出端通过第一连通管穿过注入头后与内管的输入端连通，外管钻井泵的输出端通过第二连通管穿过注入头后与外管的输入端连通，并且所述外管位于内管的外侧；所述钻井主体包括螺旋接头，所述螺旋接头安装在外管和内管的下方，所述螺旋接头的内部设置有外管通腔和内管通腔，所述螺旋接头的顶端设置有外管接口和内管接口，螺旋接头的侧壁和底端分别设置有多个后向喷嘴和多个前向喷嘴，所述外管的输出端和外管通腔的输入端均与外管接口相通，外管通腔的输出端与后向喷嘴相通，所述内管的输出端和内管通腔的输入端均与内管接口相通，螺旋接头的内部设置有自激震荡腔室和多个分腔，所述内管通腔的输出端和多个分腔的输入端均与自激震荡腔室相通，多个分腔中每个分腔的输出端均与一个前向喷嘴相通，所述多个分腔中每个分腔的内部均设置有碟簧组，并且所述碟簧组通过密封环安装在分腔内侧壁上。
2.如权利要求1所述的一种利用超临界二氧化碳的钻井装置，其特征在于，还包括多个V型导流槽，并且多个V型导流槽环绕设置在螺旋接头的外侧壁上。
3.如权利要求2所述的一种利用超临界二氧化碳的钻井装置，其特征在于，所述螺旋接头的顶端设置有外螺纹结构，还包括连接头，所述连接头安装在螺旋接头的顶端，并在连接头的外侧壁上设置有外螺纹结构，所述外管和内管的内侧管壁上均设置有内螺纹结构，所述螺旋接头的顶端与外管的内部螺装配合，所述连接头的顶端与内管的内部螺装配合。
4.一种使用权利要求1至3任一项所述的利用超临界二氧化碳的钻井装置进行钻井的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2)、通过连续管滚筒驱动内管钻井泵将超临界二氧化碳泵入内管中，同时通过连续管滚筒驱动外管钻井泵将常规钻井液泵入外管中；
3)、超临界二氧化碳依次穿过内管、内管接口和内管通腔并进入至自激震荡腔室内，将连续射流改为脉冲射流，之后超临界二氧化碳进入分腔内带动碟簧组上下振动，再后通过前向喷嘴喷出；
4)、常规钻井液依次穿过外管、外管接口、外管通腔后自后向喷嘴喷出。
一种利用超临界二氧化碳的钻井装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及油气开采和钻井射流的装置及方法的技术领域，特别是涉及一种利用超临界二氧化碳的钻井装置及方法。
背景技术
[0002] 众所周知，随着国家经济发展对油气能源需求量的急剧增长以及油气能源新战略的实施，油气勘探开发领域不断扩展，从整装、高压(或常压)、中高渗均质砂岩等良好地质条件的油田，逐渐转移到了复杂断块、低渗、稠油油藏、压力衰竭的老油田以及页岩油气、煤层气等非常规油气资源。超临界二氧化碳钻井技术是利用超临界二氧化碳作为钻井流体的一种新型钻井方法，具有能有效驱动深井井下马达，控制井底压力容易，破岩门限压力低、破岩速度快，能防止储层损害等优点。因此采用超临界二氧化碳射流破岩钻井是一种极具潜力的非常规油气藏钻采方法。而超临界二氧化碳是指处于临界温度31.1℃、临界压力7.38MPa之上的二氧化碳流体，其具有黏度低、扩散系数大、密度大、流动性好、溶解能力强和传质性强等特性；
[0003] 但是，超临界二氧化碳射流技术目前也存在着一些不足。一是破岩和清岩效率不高，需要提高破岩压力；二是超临界二氧化碳经过射流喷嘴后产生的焦耳-汤姆逊效应会使温度降低，从而形成“冰包”，严重影响钻井效率，并大大缩短了钻井装置的寿命；
[0004] 综上所述，对于提高钻井效率，采用超临界二氧化碳射流技术有着无可比拟的优势，但破岩和清岩效率低以及“冰包”问题制约了该技术的进一步发展，是目前需解决的关键问题。
发明内容
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种防止“冰包”产生并高效破岩，同时提高钻井速度及清岩能力，使钻采效率更高，成本更低的利用超临界二氧化碳的钻井装置及方法。
[0006] 本发明的利用超临界二氧化碳的钻井装置，包括连续管滚筒、内管钻井泵、外管钻井泵、注入头、外管、内管和钻井主体，所述内管钻井泵和外管钻井泵均与连续管滚筒连接，所述外管和内管的顶部输入端均插入至注入头内，所述内管钻井泵的输出端通过第一连通管穿过注入头后与内管的输入端连通，外管钻井泵的输出端通过第二连通管穿过注入头后与外管的输入端连通，并且所述外管位于内管的外侧；所述钻井主体包括螺旋接头，所述螺旋接头安装在外管和内管的下方，所述螺旋接头的内部设置有外管通腔和内管通腔，所述螺旋接头的顶端设置有外管接口和内管接口，螺旋接头的侧壁和底端分别设置有多个后向喷嘴和多个前向喷嘴，所述外管的输出端和外管通腔的输入端均与外管接口相通，外管通腔的输出端与后向喷嘴相通，所述内管的输出端和内管通腔的输入端均与内管接口相通，螺旋接头的内部设置有自激震荡腔室和多个分腔，所述内管通腔的输出端和多个分腔的输入端均与自激震荡腔室相通，多个分腔中每个分腔的输出端均与一个前向喷嘴相通，所述多个分腔中每个分腔的内部均设置有碟簧组，并且所述碟簧组通过密封环安装在分腔内侧壁上。
[0007] 本发明的利用超临界二氧化碳的钻井装置，还包括多个V型导流槽，并且多个V型导流槽环绕设置在螺旋接头的外侧壁上。
[0008] 本发明的利用超临界二氧化碳的钻井装置，所述螺旋接头的顶端设置有外螺纹结构，还包括连接头，所述连接头安装在螺旋接头的顶端，并在连接头的外侧壁上设置有外螺纹结构，所述外管和内管的内侧管壁上均设置有内螺纹结构，所述螺旋接头的顶端与外管的内部螺装配合，所述连接头的顶端与内管的内部螺装配合。
[0009] 本发明的利用超临界二氧化碳的钻井装置进行钻井的方法，包括以下步骤：
[0010] 1)、准备超临界二氧化碳和常规钻井液；
[0011] 2)、通过连续管滚筒驱动内管钻井泵将超临界二氧化碳泵入内管中，同时通过连续管滚筒驱动外管钻井泵将常规钻井液泵入外管中；
[0012] 3)、超临界二氧化碳依次穿过内管、内管接口和内管通腔并进入至自激震荡腔室内，将连续射流改为脉冲射流，之后超临界二氧化碳进入分腔内带动碟簧组上下振动，再后通过前向喷嘴喷出；
[0013] 4)、常规钻井液依次穿过外管、外管接口、外管通腔后自后向喷嘴喷出。
[0014] 与现有技术相比本发明的有益效果为：上述的方法和装置，通过上述设置，在碟簧组在超临界二氧化碳的带动下上下振动，从而带动前向喷嘴振动，杜绝“冰包”的产生；并且并提高破岩和清岩效率，还能够保护地层环境，方便快捷，节约成本。
附图说明
[0015] 图1是本发明的结构示意图；
[0016] 图2是本发明中钻井主体的结构示意图；
[0017] 图3是本发明中钻井主体的仰视结构示意图；
[0018] 图4是本发明中钻井主体的剖视图；
[0019] 图5是本发明中钻井主体的剖视图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0021] 如图1至图5所示，本发明的利用超临界二氧化碳的钻井装置，包括连续管滚筒2、内管钻井泵1、外管钻井泵3、注入头4、外管5、内管6和钻井主体7，内管钻井泵和外管钻井泵均与连续管滚筒连接，外管和内管的顶部输入端均插入至注入头内，内管钻井泵的输出端通过第一连通管穿过注入头后与内管的输入端连通，外管钻井泵的输出端通过第二连通管穿过注入头后与外管的输入端连通，并且外管位于内管的外侧；钻井主体包括螺旋接头9，螺旋接头安装在外管和内管的下方，螺旋接头的内部设置有外管通腔和内管通腔，螺旋接头的顶端设置有外管接口和内管接口，螺旋接头的侧壁和底端分别设置有多个后向喷嘴10和多个前向喷嘴13，外管的输出端和外管通腔的输入端均与外管接口相通，外管通腔的输出端与后向喷嘴相通，内管的输出端和内管通腔的输入端均与内管接口相通，螺旋接头的内部设置有自激震荡腔室12和多个分腔，内管通腔的输出端和多个分腔的输入端均与自激震荡腔室相通，多个分腔中每个分腔的输出端均与一个前向喷嘴相通，多个分腔中每个分腔的内部均设置有碟簧组14，并且碟簧组通过密封环15安装在分腔内侧壁上。
[0022] 本发明的利用超临界二氧化碳的钻井装置，还包括多个V型导流槽11，并且多个V型导流槽环绕设置在螺旋接头的外侧壁上，可进一步提高清岩效率。
[0023] 本发明的利用超临界二氧化碳的钻井装置，螺旋接头的顶端设置有外螺纹结构8，还包括连接头，连接头安装在螺旋接头的顶端，并在连接头的外侧壁上设置有外螺纹结构，外管和内管的内侧管壁上均设置有内螺纹结构，螺旋接头的顶端与外管的内部螺装配合，连接头的顶端与内管的内部螺装配合，拆装更为方便。
[0024] 本发明的利用超临界二氧化碳的钻井装置进行钻井的方法，包括以下步骤：
[0025] 1)、准备超临界二氧化碳和常规钻井液；
[0026] 2)、通过连续管滚筒驱动内管钻井泵将超临界二氧化碳泵入内管中，同时通过连续管滚筒驱动外管钻井泵将常规钻井液泵入外管中；
[0027] 3)、超临界二氧化碳依次穿过内管、内管接口和内管通腔并进入至自激震荡腔室内，将连续射流改为脉冲射流，之后超临界二氧化碳进入分腔内带动碟簧组上下振动，再后通过前向喷嘴喷出；
[0028] 4)、常规钻井液依次穿过外管、外管接口、外管通腔后自后向喷嘴喷出。
[0029] 上述的方法和装置，在碟簧组在超临界二氧化碳的带动下上下振动，从而带动前向喷嘴振动，杜绝“冰包”的产生；并且并提高破岩和清岩效率，还能够保护地层环境，方便快捷，节约成本；超临界二氧化碳从前向喷嘴喷出，作用于螺旋接头外的V形导流槽而产生更大的能量，提高清岩效率。
[0030] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
