[發明專利]一種徑向水平井鉆井用自進式高壓射流噴頭

有效

• 申請號: 201110407086.6
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102518398A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 祝效華;赫連長林;李佳南
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用高壓射流高效快速破碎巖石的鉆井工具，特別是一種徑向水平井鉆井用自進式高壓射流噴頭。

背景技術

隨著石油勘探開發的不斷深入，國內大部分油田已進入生產中后期，油井產能下降，開采難度大，采收率低，開發成本高。目前開發老油田采用常規側鉆水平井技術：先通過斜向器引導開窗工具如銑錐等對套管側面開窗，后用側鉆鉆具如單牙輪鉆頭或PDC鉆頭等通過所開窗口進行機械鉆進水平井來恢復老井產能。但由于采用該技術所需鉆機等地面設備多，鉆井周期長，設備費用高等缺點，使老油田開發綜合經濟效益受到嚴重影響，急待用一種更加高效經濟的技術手段來解決這些問題。

針對采用現有側鉆方式進行老井開窗側鉆水平井費用高，經濟性差的問題，提出一種采用高壓水力射流為破巖主要動力的徑向水平井技術：在一口垂直套管井中，用徑向開孔工具在所需套管位置鉆出所需尺寸引導孔，然后將高壓水力噴射徑向鉆井系統專用工具下入套管井眼和所開引導孔中，地面高壓泵車向工作管柱中注入高壓鉆井液，并從噴頭射出而破碎地層巖石，實現高壓水力噴射徑向水平鉆井，達到增大油層裸露面積的目的，采用該方式可以大大減少所需地面設備和井下鉆具，從而可高效經濟開采地下油氣資源。其關鍵技術之一是采用一種高壓射流噴頭，在高壓射流噴射作用下破巖鉆進徑向水平井。

發明內容

本發明的目的是：為了解決現有側鉆水平井技術成本高，經濟性差等問題，提出一種采用高壓水力射流為破巖主要動力的徑向水平井技術，特別提出一種徑向水平井鉆井用自進式高壓射流噴頭。

為了達到上述目的，本發明解決此技術問題采用的技術方案是：一種徑向水平井鉆井用自進式高壓射流噴頭，主要包括殼體1、渦輪轉子2、上耐磨鋼球13、下耐磨鋼球3、擋板4等。其技術特征是：殼體1上加工有頂尖8，3~6個直徑為3~7mm的前向噴嘴6和3~6個直徑為3~7mm的后向噴嘴7，其中前向噴嘴6的數目少于后向噴嘴7的數目，前、后噴嘴直徑相同，并在殼體1外表面敷焊硬質合金；殼體1內部裝有渦輪轉子2，渦輪轉子2上端加工有球形凹槽14，下端沿圓周均勻加工有渦輪葉片9和一球形凹槽10，其本體為半圓柱結構，通過上、下兩個耐磨鋼球定位；上耐磨鋼球13放置在殼體內部球形凹槽12與渦輪轉子上端面球形凹槽14之間，下耐磨鋼球3放置在渦輪轉子下端面球形凹槽10與擋板端部球形凹槽11之間，渦輪轉子2可在兩鋼球之間繞自身軸線自由旋轉；殼體1與擋板4通過螺紋連接在一起，擋板4上均勻分布4~6個注水孔5。

本發明的優點：①渦輪轉子具有半圓柱體結構，質量分布不均勻，旋轉的同時帶動噴頭及后面噴管連續跳動，有利擴大井眼直徑，減小射流噴頭引導噴管前進阻力；②高壓鉆井液在渦輪葉片作用下形成渦流，使從噴嘴噴出的流體具有旋轉射流的特性，可以提高破巖速度；③頂尖結構可以插入地層，在噴頭前進中不僅起到穩定作用，還強化了破巖效果，進一步提高破巖速度；④本發明結構簡單，工作可靠，應用前景廣闊。

附圖說明

圖1是本發明一種徑向水平井用自進式高壓射流噴頭的結構示意圖；

圖2是本發明一種徑向水平井用自進式高壓射流噴頭的殼體示意圖；

圖3是本發明一種徑向水平井用自進式高壓射流噴頭的擋板示意圖；

圖4是本發明一種徑向水平井用自進式高壓射流噴頭的渦輪轉子示意圖。

圖中：1.殼體，2.渦輪轉子，3.下耐磨鋼球，4.擋板，5.注水孔，6.前向噴嘴，7.后向噴嘴，8.頂尖，9.渦輪葉片，10.渦輪轉子下端面球形凹槽，11.擋板端部球形凹槽，12.殼體內部球形凹槽，13.上耐磨鋼球，14.渦輪轉子上端面球形凹槽。

具體實施方式

按照圖1~圖4所示，一種徑向水平井鉆井用自進式高壓射流噴頭，主要包括殼體1、渦輪轉子2、上耐磨鋼球13、下耐磨鋼球3、擋板4等。其技術特征是：殼體1上加工有頂尖8，3~6個直徑為3~7mm的前向噴嘴6和3~6個直徑為3~7mm的后向噴嘴7，其中前向噴嘴6的數目少于后向噴嘴7的數目，前、后噴嘴直徑相同，并在殼體1外表面敷焊硬質合金提高耐磨性；殼體1內部裝有渦輪轉子2，渦輪轉子2上端加工有球形凹槽14，下端沿圓周均勻加工有渦輪葉片9和一球形凹槽10，其本體為半圓柱結構，通過上、下兩個耐磨鋼球定位；上耐磨鋼球13放置在殼體內部球形凹槽12與渦輪轉子上端面球形凹槽14之間，下耐磨鋼球3放置在渦輪轉子下端面球形凹槽10與擋板端部球形凹槽11之間，渦輪轉子2可在兩鋼球之間繞自身軸線自由旋轉；殼體1與擋板4通過螺紋連接在一起，擋板4上均勻分布4~6個注水孔5。

在徑向水平井鉆井作業過程中，高壓鉆井液經注水孔5進入殼體1內部，驅動渦輪轉子2旋轉，由于渦輪轉子2本體為半圓柱結構，質量分布不均勻，在轉動中產生震動，帶動射流噴頭及后面噴管在徑向井孔內連續跳動，從而擴大噴頭活動范圍，有利形成較大直徑井眼，同時減小噴管與井眼摩擦阻力，使射流噴頭引導噴管快速前進；高壓鉆井液在渦輪葉片9作用下，在殼體1內部形成渦流，使從噴嘴噴出的流體具有旋轉射流的特性，這種旋轉射流可以對巖石施加正向沖擊力和周向力進行破巖，破巖速度快，其中前向噴嘴6的數目少于后向噴嘴7的數目，前、后噴嘴直徑相同，使向后噴射的力量大于向前噴射的力量，從而產生向前推進的合力，推動射流噴頭在地層中快速前進，頂尖8插進地層，穩定射流噴頭的同時對巖石進行破壞，從而又強化了破巖效果，提高破巖速度。