[發明專利]一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具

有效

• 申請號: 201610235058.3
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105781422B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 楊煥強;諶湛
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: E21B7/28
• 分類號: E21B7/28;E21B29/00
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙)42212
• 代理人: 胡清堂

技術領域

本發明涉及煤層氣開發領域，特別是涉及一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具，用于在煤層氣井井下進行套管鍛銑和煤層造穴。

背景技術

在徑向水平井、U型井等煤層氣開發技術中的一個重要的環節是煤層氣井井下造穴。煤層氣井井下造穴是指在煤層段通過一定方式，形成一個穩定的煤層大洞穴。第一，直接增產目的是：消除近井處帶已發生的地層損害和井眼周圍含有大量張性裂縫的卸載區，增大井眼有效半徑，提高井眼附近割理裂縫的滲透性和地層導流能力，使煤層和井眼實現有效連通，從而達到增產的目的。第二，間接增產目的是：為水平井定向施工，在目的煤層放置靶點目標儀器；欠平衡鉆井時作為輸送空氣介質的通道；完井后作為多分支水平井的排采通道。

目前，煤層氣井的井身在需進行造穴的煤層段通常有兩種形式：套管固井和裸眼。在煤層段套管固井的煤層氣井井下進行煤層造穴，通常需要單獨下入專門的套管鍛銑工具進行套管鍛銑。鍛銑完成后，提出套管鍛銑工具，再下入專門的煤層造穴工具進行造穴。單獨進行套管鍛銑工藝時，需進行一次甚至多次下管柱作業，增加了作業時間，增加了開發成本。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種下一次管柱即可完成套管鍛銑和煤層造穴的一體化工具。

本發明的一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具，包括活塞，所述活塞包括活塞筒、活塞頭和活塞桿，所述活塞筒頂部設有與鉆具螺紋相連的接頭，所述活塞頭設置在活塞桿頂部，所述活塞桿底部設有推板，所述活塞筒底部兩側分別設有連接件，兩個連接件的內壁上對稱設有銷軸，兩個銷軸上分別設有對稱設置的鍛銑造穴刀，所述鍛銑造穴刀的一側設有由由內向外設置的硬質合金層和PDC復合片層組成的雙材料層結構，所述鍛銑造穴刀的另一側設有由硬質合金層和PDC復合片層上下并列設置構成的單材料層結構，所述鍛銑造穴刀的頂部為凸輪頭，所述凸輪頭為非對稱結構，凸輪頭的靠近單材料層結構一側的頂部結構高于凸輪頭另一側的頂部結構。

本發明還提供了一種使用一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具進行套管鍛銑和煤層造穴的方法，其特征在于：

第一步：將套管鍛銑和煤層造穴一體化工具的接頭連接到鉆具的鉆柱上，送入預先鉆好的煤層井眼中設計造穴段的頂部；

第二步：在地面開動鉆機和泥漿泵，所述一體化工具在鉆柱的帶動下旋轉；此時，泥漿泵使用較小排量；活塞桿在鉆井液液壓的作用下向下運動一段距離，推動鍛銑造穴刀小角度張開，僅雙材料層結構的硬質合金層與煤層井眼中的套管接觸，對套管進行鍛銑；

第三步：套管鍛銑完成后，此時硬質合金層已被磨損，雙材料層結構的PDC復合片層露出，將所述一體化工具提升至設計造穴段的頂部，控制鉆柱的旋轉速度，加大泥漿泵排量，活塞桿在所述液壓的作用下繼續向下運動，推動鍛銑造穴刀繞銷軸從0°向90°張開；

第四步：觀察上返鉆井液中攜帶煤屑的數量，煤屑數量增多表明鍛銑造穴刀擺動一定角度，并開始破碎煤層；一段時間后，煤屑數量減少，并且所述一體化工具不憋鉆，此時鍛銑造穴刀已經張開到90°位置；接著控制所述一體化工具的向下運行速度，單材料層結構的PDC復合片層開始接觸煤層并進行造穴，單材料層結構的硬質合金層對下部套管進行鍛銑；

第五步：當所述一體化工具向下運行至設計造穴深度時，停止運行和停止鉆柱的旋轉，關閉泥漿泵；鍛銑造穴刀在自重的作用下恢復到豎直狀態；將所述一體化工具提升至煤層井眼口，造穴工作完成。

本發明的有益技術效果是：本發明將鍛銑造穴刀一側設有由硬質合金層和PDC復合片層組成的雙材料層結構，鍛銑造穴刀另一側設有由的硬質合金層和PDC復合片層上下并列設置構成的單材料層結構，鍛銑造穴刀頂部設為凸輪頭，凸輪頭設為非對稱結構，凸輪頭的靠近單材料層結構一側的頂部結構高于凸輪頭另一側的頂部結構，在推板推動凸輪頭作用下，鍛銑造穴刀向雙材料層結構一側張開，硬質合金層接觸套管，并進行套管鍛銑；套管鍛銑完成，雙材料層結構的PDC復合片層露出，活塞桿繼續運動，鍛銑造穴刀張開到90°位置時，單材料層結構的PDC復合片層開始接觸煤層并進行造穴，單材料層結構的硬質合金層對下部套管進行鍛銑，從而實現了下一次管柱即可完成套管鍛銑和煤層造穴，減少了管柱下入次數，縮短了施工時間，且該一體化工具結構簡單，進而降低了煤層氣開發成本。

附圖說明

圖1A為本發明整體結構的示意圖；

圖1B為本發明整體結構的截面圖；

圖2A為本發明的活塞筒和連接件的結構圖；

圖2B為以圖2A的中心軸為截面的一側截面圖；

圖3為本發明的活塞頭和活塞桿的結構圖；