磨料水射流徑向鉆孔裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磨料水射流徑向鉆孔裝置，包括外筒；中心管，其能沿所述外筒的軸向可滑動(dòng)地穿設(shè)在所述外筒中，所述中心管具有一受力部，以在受到液壓力后驅(qū)使所述中心管沿第一方向運(yùn)動(dòng)；能隨著所述中心管相對(duì)滑動(dòng)的開(kāi)窗機(jī)構(gòu)，其具有用于對(duì)套管進(jìn)行開(kāi)窗的噴射件；固定連接在開(kāi)窗機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置有具有入口端和出口端的轉(zhuǎn)向通道，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)能設(shè)置有用于對(duì)完成開(kāi)窗處的巖石進(jìn)行鉆孔的鉆孔件；復(fù)位機(jī)構(gòu)，其用于在所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)泄壓后驅(qū)使所述中心管沿第二方向運(yùn)動(dòng)，所述第一方向與所述第一方向相反；所述復(fù)位機(jī)構(gòu)的復(fù)位距離與所述噴射件和所述轉(zhuǎn)向通道出口端間的距離相同。本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置，能夠高效地完成致密堅(jiān)硬的巖石的開(kāi)孔。
【專利說(shuō)明】
磨料水射流徑向鉆孔裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油天然氣開(kāi)采用的鉆孔工具，特別涉及一種磨料水射流徑向鉆孔裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]絕大部分油氣井，在完成油層套管固井后，要在油氣層段進(jìn)行射孔作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)地層與井筒之間的油氣溝通。
[0003]目前油氣井應(yīng)用的射孔技術(shù)，其射孔穿透深度最大在一米左右，射孔深度低，不能連通死油區(qū)，從而不能實(shí)現(xiàn)增加泄油半徑，改善滲透條件，增加油井產(chǎn)量和提高油層采收率的目的。
[0004]為了增大所述射孔的穿透深度，目前常用的是油井徑向鉆孔技術(shù)。所述油井徑向鉆孔技術(shù)具體是通過(guò)井下工具依次完成套管開(kāi)窗、油層鉆孔工序，目的是在油層中形成小孔長(zhǎng)距離泄油通道，改善滲透條件，增加油井產(chǎn)量和提高油層采收率。
[0005]針對(duì)油井徑向鉆孔技術(shù)，中國(guó)專利說(shuō)明書(shū)CN102312655A提出了一種具體實(shí)現(xiàn)方式。所述專利說(shuō)明書(shū)CN102312655A具體公開(kāi)了一種徑向水力噴射鉆孔技術(shù)。所述徑向水力噴射鉆孔技術(shù)介紹的方法是先利用割刀在需要施工的油層部位進(jìn)行套管開(kāi)窗工序。進(jìn)行所述套管開(kāi)窗工序時(shí)，具體是通過(guò)高壓水驅(qū)動(dòng)水馬達(dá)帶動(dòng)萬(wàn)向節(jié)使割刀轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而逐漸割破套管進(jìn)行開(kāi)窗的。接著起出套管開(kāi)窗用的工具，再下入鉆孔工具進(jìn)行鉆孔工序。鉆孔時(shí)，由地面高壓泵產(chǎn)生高壓流體，通過(guò)高壓水力射流的破巖作用，在需要施工的油層中噴射出直徑達(dá)40毫米至50毫米、長(zhǎng)度達(dá)100米的定向小井眼。
[0006]然而，所述徑向水力噴射鉆孔技術(shù)存在著如下問(wèn)題:
[0007]首先現(xiàn)有技術(shù)中，開(kāi)窗時(shí)采用割刀開(kāi)窗。在用所述割刀進(jìn)行開(kāi)窗工序時(shí)，是通過(guò)高壓水驅(qū)動(dòng)水馬達(dá)帶動(dòng)萬(wàn)向節(jié)使割刀轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而逐漸割破套管進(jìn)行開(kāi)窗的。上述工具組合存在較長(zhǎng)的柔性連接部件，當(dāng)井斜斜度大于10°或者油管內(nèi)含有粘度較高的原油情況下，遇到阻力容易發(fā)生折彎，例如在下入或起出井內(nèi)時(shí)遇卡時(shí)，容易造成事故。
[0008]其次，所述徑向水力噴射鉆孔技術(shù)在實(shí)施開(kāi)窗和鉆孔工序時(shí)需要分別下入兩套不同的工具進(jìn)行操作，對(duì)于3000米左右的油井管柱，割刀工具上下一次管柱所需的作業(yè)時(shí)間至少為9個(gè)小時(shí)，加上開(kāi)窗時(shí)間至少需要10小時(shí)，因此所述徑向水力噴射鉆孔技術(shù)存在工序費(fèi)時(shí)，效率低的問(wèn)題。
[0009]另外所述徑向水力噴射鉆孔技術(shù)對(duì)于致密堅(jiān)硬的巖石，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鉆孔。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種磨料水射流徑向鉆孔裝置，能夠高效地完成致密堅(jiān)硬的巖石的開(kāi)孔。
[0011]本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0012]一種磨料水射流徑向鉆孔裝置，包括:外筒沖心管，其能沿所述外筒的軸向可滑動(dòng)地穿設(shè)在所述外筒中，所述中心管具有一受力部，以在受到液壓力后驅(qū)使所述中心管沿第一方向運(yùn)動(dòng)；能隨著所述中心管相對(duì)滑動(dòng)的開(kāi)窗機(jī)構(gòu)，其具有用于對(duì)套管進(jìn)行開(kāi)窗的噴射件；固定連接在開(kāi)窗機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置有具有入口端和出口端的轉(zhuǎn)向通道，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)能設(shè)置有用于對(duì)完成開(kāi)窗處的巖石進(jìn)行鉆孔的鉆孔件；復(fù)位機(jī)構(gòu)，其用于在所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)泄壓后驅(qū)使所述中心管沿第二方向運(yùn)動(dòng)，所述第一方向與所述第一方向相反；所述復(fù)位機(jī)構(gòu)的復(fù)位距離與所述噴射件和所述轉(zhuǎn)向通道出口端間的距離相同。
[0013]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述中心管與所述外筒之間形成有環(huán)形空間，所述復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，所述復(fù)位機(jī)構(gòu)的一端與所述中心管的受力部相接觸。
[0014]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述外筒的中部形成有限制所述中心管下移距離的限位臺(tái)，所述受力部設(shè)置在所述中心管的上端，所述受力部的外徑大于所述限位臺(tái)的內(nèi)徑；所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)上端與所述中心管固定連接并連通，下端與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)固定連接并連通。
[0015]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述外筒的上部形成有用于限制所述中心管上移距離的限位臺(tái)，所述限位臺(tái)的內(nèi)徑小于所述中心管上端的外徑；所述受力部設(shè)置在所述中心管的中部，所述下部的環(huán)形空間內(nèi)還設(shè)置有密封套，所述密封套與所述受力部之間形成有液缸，在所述液缸對(duì)應(yīng)的中心管上設(shè)置有中心管開(kāi)孔；所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)置在開(kāi)窗機(jī)構(gòu)的上部；所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、開(kāi)窗機(jī)構(gòu)上設(shè)置有相互連通的旁路通孔。
[0016]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有軸向通道，與所述軸向通道連通的徑向位置設(shè)置有徑向孔，在所述噴射件設(shè)置在所述徑向孔內(nèi)。
[0017]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)固定連接后，形成具有內(nèi)部貫通的通孔，在所述通孔上或與所述通孔連通的位置設(shè)置有封堵機(jī)構(gòu)。
[0018]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述噴射件包括第一殼體和噴射葉輪，在所述第一殼體的一端設(shè)置有能形成錐形射流的開(kāi)窗噴嘴。
[0019]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)外壁上開(kāi)設(shè)有與所述開(kāi)窗噴嘴相對(duì)應(yīng)的凹槽。
[0020]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述鉆孔件包括第二殼體和鉆孔葉輪，所述第二殼體上設(shè)置有貫通的反射孔，所述反射孔自第二殼體外壁至內(nèi)壁貫通的方向與磨料水流動(dòng)的方向的夾角呈銳角。
[0021]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述磨料水射流徑向鉆孔裝置在進(jìn)行開(kāi)窗工序時(shí)，工作介質(zhì)為體積濃度5% -20%,40目至100目的磨料水；在進(jìn)行鉆孔工序時(shí)，工作介質(zhì)為體積濃度5% -15%，100目至180目的磨料水。
[0022]本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是:采用本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置可以通過(guò)下入一套工具，完成開(kāi)窗工序和鉆孔工序。采用本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置進(jìn)行套管開(kāi)窗時(shí)，用磨料射流切割套管方式代替機(jī)械切割套管方式，省去了下入水馬達(dá)和割刀工序，節(jié)省了時(shí)間，用時(shí)有原來(lái)的10小時(shí)減少到I小時(shí)，效率大大得到提高。另外由于所述磨料水射流徑向鉆孔裝置不具有柔性連接部件，因此不會(huì)發(fā)生折彎遇卡等事故，使用時(shí)更加可靠。
[0023]采用本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置進(jìn)行油層鉆孔時(shí)，用磨料水射流破巖方式代替純水射流方式，提高了破巖能力和破巖效率，例如純水射流噴嘴對(duì)英安斑巖巖芯在70兆帕下不能形成有效破巖，采用磨料水射流方式，在6兆帕下就可以實(shí)現(xiàn)破巖。因而，在相同壓力與流量下，磨料水射流鉆孔比純水射流鉆孔具有更高破巖能力，可應(yīng)用于潛山油層鉆孔。
[0024]另外現(xiàn)有技術(shù)是采用割刀開(kāi)窗，不是噴嘴射流開(kāi)窗。割刀需要逐漸進(jìn)行切割。另外本發(fā)明所述開(kāi)窗噴嘴為錐形射流噴嘴，其出口端呈喇叭形。當(dāng)磨料水經(jīng)過(guò)所述葉輪后，發(fā)生旋轉(zhuǎn)，繼而從所述開(kāi)窗噴嘴噴出后形成空心錐形射流，能夠起到擴(kuò)大開(kāi)窗直徑的作用。由于從所述開(kāi)窗噴嘴噴射出的流體是空心錐形射流，開(kāi)窗噴嘴與套管之間距離越大，開(kāi)窗直徑越大。因此通過(guò)控制所述開(kāi)窗噴嘴與套管之間的距離，就可以控制開(kāi)窗直徑的大小。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置中管柱外筒的半剖圖；
[0027]圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置開(kāi)窗機(jī)構(gòu)的半剖圖；
[0028]圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置中開(kāi)窗機(jī)構(gòu)噴射件的半剖圖；
[0029]圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置中開(kāi)窗機(jī)構(gòu)噴射件的右視圖；
[0030]圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)鉆孔件的半剖圖；
[0031]圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)鉆孔件的A-A首丨J視圖；
[0032]圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置開(kāi)窗狀態(tài)示意圖；
[0033]圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置中射孔系統(tǒng)的B-B剖視圖；
[0035]圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置開(kāi)窗狀態(tài)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
[0037]本發(fā)明提供一種磨料水射流徑向鉆孔裝置，能夠高效地完成致密堅(jiān)硬的巖石的開(kāi)孔。
[0038]請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置結(jié)構(gòu)示意圖。所述磨料水射流徑向鉆孔裝置包括:管柱1、射孔系統(tǒng)。所述射孔系統(tǒng)包括開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3。
[0039]其中所述管柱I包括:第一接頭11、外筒12、中心管13、復(fù)位機(jī)構(gòu)14。
[0040]所述第一接頭11 一方面用于將整個(gè)磨料水射流徑向鉆孔裝置與上部的油管進(jìn)行連接；另一方面用于對(duì)所述中心管13的上端起限位作用。所述第一接頭11可以為變直徑的接頭，上端的外徑可以與所述外筒12的外徑相同，其下端的外徑與所述外筒12的內(nèi)徑相匹配，在配合處通過(guò)固定連接的方式連接，例如可以是螺紋連接。所述第一接頭11的內(nèi)徑大于所述中心管13的內(nèi)徑，從而可以實(shí)現(xiàn)所述中心管13的上端卡在所述第一接頭11的下端，而被限位。
[0041]請(qǐng)參閱圖2，為本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置中管柱外筒的半剖圖。所述外筒12用于和中心管13配合，將所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14限制在中心管13與外筒12之間的環(huán)形空間內(nèi)。所述外筒12具有中空的筒體121，所述筒體121內(nèi)形成有變截面的外筒通孔120。所述外筒通孔120包括孔徑依次遞減的:外筒上孔段122、外筒中孔段124、外筒下孔段126。在所述外筒上孔段122與外筒中孔段124交界的端面形成有第一臺(tái)階123。在所述外筒中孔段124與外筒下孔段126交界的端面形成有第二臺(tái)階125。為當(dāng)所述中心管13在液壓作用下向下移動(dòng)時(shí)，所述第一臺(tái)階123用于對(duì)所述中心管13進(jìn)行限位。在所述外筒中孔段124對(duì)應(yīng)筒體上設(shè)置有外筒開(kāi)孔127，以保證磨料水射流徑向鉆孔裝置在下入油井的過(guò)程中內(nèi)外壓力平衡，復(fù)位機(jī)構(gòu)14處于自然伸縮的狀態(tài)。所述第二臺(tái)階125用于限制所述中心管13的下端面。
[0042]所述中心管13包括一中空的管體130，所述管體130的上端設(shè)置有與所述管體130連通的受力部。所述受力部可為設(shè)置在所述中心管13上的凸起131。所述設(shè)置有凸起131的中心管13與所述外筒12之間為可滑動(dòng)連接，且可以在所述凸起131上設(shè)置密封件，以保證所述凸起131與所述外筒12之間的相對(duì)密封性。所述凸起131的外徑小于所述外筒中孔段124的孔徑，以使得所述中心管13在液壓作用下向下移動(dòng)時(shí)，能夠被卡在所述第一臺(tái)階123處。所述凸起131下端面至所述第一臺(tái)階123處的軸向距離為L(zhǎng)I。所述中心管13的凸起131的內(nèi)徑小于所述第一接頭11的內(nèi)徑，當(dāng)向所述磨料水射流徑向鉆孔裝置注入液壓時(shí)，在液壓作用在所述凸起131的上端面，從而能夠帶動(dòng)中心管13以及復(fù)位機(jī)構(gòu)14向下移動(dòng)，所述向下移動(dòng)的距離為L(zhǎng)I。所述中心管13的下端伸出所述外筒12，與所述射孔系統(tǒng)固定連接。
[0043]所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14設(shè)置在所述中心管13與所述外筒12之間的環(huán)形空間內(nèi)。所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14的一端可與所述中心管13的凸起131的下端面相抵緊，另一端可與所述外筒12的第二臺(tái)階125相抵緊。所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14可以為沿著縱向延伸的螺旋型彈簧。
[0044]請(qǐng)參閱圖3，為本發(fā)明第一實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置開(kāi)窗機(jī)構(gòu)的半剖圖。所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2用于對(duì)套管進(jìn)行開(kāi)窗工序，其具有中空的柱體20，所述中空部分為第二通孔21。所述第二通孔21包括孔徑依次遞減的第二上孔段211、第二中孔段212、第二下孔段213。所述第二上孔段211用于和所述中心管13管體130的下端配合并固定連接。所述固定連接的方式可以為螺紋連接等方式。所述第二上孔段211與第二中孔段212的過(guò)渡端面與所述中心管13的下端面接觸。在與所述第二中孔段212連通的徑向位置設(shè)置有徑向孔24。所述徑向孔24用于設(shè)置噴射件4。所述第二中孔段212與所述第二下孔段213的過(guò)渡端面形成有凡爾球座，用于坐封投入的凡爾球。所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2的下端與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3固定連接。
[0045]請(qǐng)參閱圖4與圖5,所述噴射件4為開(kāi)窗的核心部件,其包括第一殼體40和噴射葉輪41。所述第一殼體40內(nèi)形成有一貫通的空腔，所述噴射葉輪41固定在所述空腔內(nèi)。所述噴射葉輪41的葉片410數(shù)量至少為一個(gè)，沿著所述徑向孔24的設(shè)置方向螺旋延伸。當(dāng)所述葉片410的個(gè)數(shù)為多個(gè)時(shí)，例如為3個(gè)至6個(gè)，多個(gè)葉片410可沿著圓周方向均勻布置。在所述第一殼體40遠(yuǎn)離所述第二中孔段212的一端設(shè)置有開(kāi)窗噴嘴403。所述開(kāi)窗噴嘴403為錐形射流噴嘴，所述開(kāi)窗噴嘴403的出口端404呈喇叭形。當(dāng)磨料水經(jīng)過(guò)所述噴射葉輪41后，發(fā)生旋轉(zhuǎn)，繼而從所述開(kāi)窗噴嘴403噴出后形成空心錐形射流，能夠起到擴(kuò)大開(kāi)窗直徑的作用。由于從所述開(kāi)窗噴嘴403噴射出的流體是空心錐形射流，開(kāi)窗噴嘴403與套管之間距離越大，開(kāi)窗直徑越大。因此通過(guò)控制所述開(kāi)窗噴嘴403與套管之間的距離，就可以控制開(kāi)窗直徑的大小。所述噴射葉輪41的出口端與所述開(kāi)窗噴嘴403的入口端之間也形成有孔徑遞減的喇叭形過(guò)渡段402，其流經(jīng)所述過(guò)渡段402的流體具有增速的作用。
[0046]在與所述徑向孔24對(duì)應(yīng)的柱體20外壁上，向內(nèi)設(shè)置有凹槽25，所述凹槽25的形狀可以為圓形或矩形或其他形狀。通過(guò)設(shè)置所述凹槽25使得噴嘴403與待開(kāi)窗的套管之間留有一定的距離，用于控制開(kāi)窗直徑的大小。
[0047]所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3，用于將磨料水由軸向轉(zhuǎn)變?yōu)閺较?，以進(jìn)行徑向射孔。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3的上端與所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2固定連接，并相互連通。所述固定連接的方式為螺紋連接等方式。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3內(nèi)部含一條彎曲光滑由軸向轉(zhuǎn)變到徑向的轉(zhuǎn)向通道30。在所述轉(zhuǎn)向通道30可設(shè)置有高壓軟管，以及與所述高壓軟管出口端固定連接的鉆孔件5，所述鉆孔件5用于破巖射孔。所述轉(zhuǎn)向通道30的孔徑大于所述高壓軟管的外徑，保證高壓軟管能夠在其內(nèi)部自由移動(dòng)。所述轉(zhuǎn)向通道30的孔徑具體可為30毫米左右。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3轉(zhuǎn)向通道30的出口端至所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2的徑向孔24的距離為L(zhǎng)2，所述L2與所述中心管13的移動(dòng)距離LI相等。
[0048]所述鉆孔件5的結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱圖6至圖7，所述鉆孔件5的結(jié)構(gòu)與所述噴射件4的結(jié)構(gòu)相似，其包括第二殼體50和鉆孔葉輪51。其不同之處在于:所述鉆孔件5在其第二殼體50上還設(shè)置有至少一個(gè)貫通的反射孔501。所述反射孔501自第二殼體50外壁至內(nèi)壁貫通的方向與磨料水流動(dòng)的方向所夾的角度為銳角。所述反射孔501的位置位于葉輪靠近轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3中心的位置。所述反射孔501的個(gè)數(shù)可以為多個(gè)，例如可以為3至6個(gè)，所述多個(gè)反射孔501可沿著鉆孔件5的圓周方向均勻布置。當(dāng)磨料水流經(jīng)所述鉆孔件5時(shí)，一部分流體經(jīng)過(guò)鉆孔件5的鉆孔葉輪51從其噴嘴噴出，而另一部分流體不經(jīng)過(guò)葉輪，向后噴射出。所述向后噴射出的流體能夠產(chǎn)生反沖力，從而為從噴嘴噴出的流體提供前進(jìn)牽引力，進(jìn)而能夠提高射孔的力，有利于完成致密堅(jiān)硬的巖石的開(kāi)孔。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述銳角的角度為30至60度，以利于更好地提供從噴嘴噴出的流體提供前進(jìn)的牽引力。
[0049]本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置在使用時(shí)，請(qǐng)參閱圖8，先進(jìn)行套管開(kāi)窗，向井口油管內(nèi)投入凡爾球6，所述凡爾球6落在所述第二中孔段212與所述第二下孔段213的過(guò)渡端面形成的凡爾球座上。然后向井口油管泵入磨料水，驅(qū)動(dòng)所述中心管13的凸起131下行，進(jìn)而壓縮復(fù)位機(jī)構(gòu)14，所述中心管13在下移的過(guò)程中帶動(dòng)與之固定連接的開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3向下移動(dòng)，當(dāng)所述中心管13的凸起131卡到第一臺(tái)階123上時(shí)停止移動(dòng)，其移動(dòng)的距離為L(zhǎng)I。當(dāng)套管開(kāi)窗完畢后，停泵，油管內(nèi)外壓力平衡，壓差消失，復(fù)位機(jī)構(gòu)14復(fù)位，帶動(dòng)所述中心管13、開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3上移。由于所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3轉(zhuǎn)向通道30的出口端至所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2的徑向孔24的距離為L(zhǎng)2與所述中心管13帶動(dòng)開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3移動(dòng)的距離LI相等，使得所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3開(kāi)口與開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2開(kāi)口位置能夠重合。接著進(jìn)行反洗井工序，將所述凡爾球6沖到地面，保證鉆孔工作通道暢通，以利于進(jìn)行油層鉆孔工序。此時(shí)在所述磨料水射流徑向鉆孔裝置中下入鉆孔件5。所述鉆孔件5通過(guò)連接高壓軟管再連接鋼管與地面的磨料水的泵相連通。進(jìn)而從泵內(nèi)泵入的高壓磨料水能夠通過(guò)與所述依次連接的鋼管、高壓軟管、鉆孔件5，從開(kāi)窗位置射出，進(jìn)行徑向開(kāi)孔。
[0050]請(qǐng)參閱圖9，為本發(fā)明第二實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置結(jié)構(gòu)示意圖。所述磨料水射流徑向鉆孔裝置包括:管柱I和射孔系統(tǒng)。所述射孔系統(tǒng)包括開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3。
[0051]其中所述管柱I包括:外筒12、中心管13、復(fù)位機(jī)構(gòu)14、密封套15、堵頭16。
[0052]所述外筒12用于和中心管13配合，將所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14限制在中心管13與外筒12之間的環(huán)形空間內(nèi)。所述外筒12具有中空的筒體121，所述筒體121內(nèi)形成有變截面的第三通孔。所述第三通孔包括:第三上孔段121a、第三中孔段121b、第三下孔段121c。所述第三上孔段121a的孔壁上可設(shè)置有內(nèi)螺紋，用于和上部的油管進(jìn)行連接。在所述第三下孔段121c的孔壁上也可設(shè)置內(nèi)螺紋，用于和所述堵頭16固定連接。在所述第三中孔段121b上，靠近所述第三上孔段121a的位置設(shè)置有限位臺(tái)120。所述限位臺(tái)120用于限制所述中心管13向上移動(dòng)的最大位移。所述中心管13在不受壓力時(shí)的自然狀態(tài)下，其上端面距離所述限位臺(tái)120的距離為H1。所述第三下孔段121c的孔徑大于所述第三中孔段121b的孔徑，所述第三下孔段121c與所述中心管13之間形成有環(huán)形空間用于設(shè)置所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14。
[0053]所述中心管13包括一中空的管體130，在所述管體130上設(shè)置有與所述管體130連通的受力部。所述受力部可為在所述中心管13上形成的凸起131。所述凸起131可設(shè)置在所述管體130的中部，并可與所述管體130可為一體成型，也可以為焊接等固定方式。所述設(shè)置有凸起131的中心管13與所述外筒12之間為可滑動(dòng)連接，且可以在所述凸起131的外壁上設(shè)置密封件，以保證所述凸起131與所述外筒12之間的相對(duì)密封性。所述中心管13上端的外徑大于所述限位臺(tái)120的最小內(nèi)徑，以使得所述中心管13在液壓作用下向上移動(dòng)時(shí)，能夠被卡在所述限位臺(tái)120處。在所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14處于自然非壓縮狀態(tài)下時(shí)，所述中心管13的上端面距離所述限位臺(tái)120的距離為H1，也就是說(shuō)當(dāng)注入磨料水，復(fù)位機(jī)構(gòu)14被壓縮后，所述中心管13能夠帶動(dòng)開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3上移的距離為Hl。所述中心管13的下端伸出所述外筒12，與所述射孔系統(tǒng)固定連接。在所述中心管13的管體130上設(shè)置有中心管開(kāi)孔132。所述中心管開(kāi)孔132設(shè)置在所述凸起131的下部。
[0054]所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14設(shè)置在所述中心管13與所述外筒12之間的環(huán)形空間內(nèi)。所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14可以為沿著縱向延伸的螺旋型彈簧。
[0055]所述密封套15可為圓形套筒結(jié)構(gòu)，所述密封套15的內(nèi)外表面均可設(shè)置密封件，用于密封所述外筒12與中心管13之間的環(huán)形空間。所述密封套15設(shè)置在所述中心管13的凸起131的下部，其上端面與所述凸起131的下端面以及所述外筒12、中心管13的外壁形成液缸17，所述中心管開(kāi)孔132與所述液缸17連通。
[0056]所述堵頭16用于支撐所述密封套15。所述堵頭16可為圓形筒體結(jié)構(gòu)。所述堵頭16上端面與所述密封套15的下端面接觸。所述堵頭16外壁與所述外筒12固定。所述固定的方式可以為螺紋連接等。所述堵頭16內(nèi)壁與所述中心管13配合，所述配合關(guān)系可為間隙配合。所述堵頭16的下端外徑可與所述外筒12的外徑相同，從而包覆在所述外筒12的下端。
[0057]請(qǐng)參閱圖10，為本發(fā)明第二實(shí)施例中一種磨料水射流徑向鉆孔裝置的射孔系統(tǒng)的B-B剖視圖。其中，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3用于將磨料水由軸向轉(zhuǎn)變?yōu)閺较颍赃M(jìn)行徑向射孔。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3的上端可通過(guò)設(shè)置接頭8與所述中心管13連接，其下端與所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2固定連接，并相互連通。所述固定連接的方式為螺紋連接等方式。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3內(nèi)部含一條彎曲光滑由軸向轉(zhuǎn)變到徑向的轉(zhuǎn)向通道30。在所述轉(zhuǎn)向通道30可設(shè)置有高壓軟管，以及與所述高壓軟管出口端固定連接的鉆孔件，所述鉆孔件用于破巖射孔。所述鉆孔件5的形狀和結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一種的相同。所述轉(zhuǎn)向通道30的孔徑大于所述高壓軟管的外徑，保證高壓軟管能夠在其內(nèi)部自由移動(dòng)。所述轉(zhuǎn)向通道30的孔徑具體可為30毫米左右。在所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3上還設(shè)置有第一旁路通孔31，所述第一旁路通孔31不與所述轉(zhuǎn)向通道30相連通。所述第一旁路通孔31的個(gè)數(shù)可以為一個(gè)以上，例如為兩個(gè)時(shí)，可分布在所述轉(zhuǎn)向通道30的兩偵彳。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3轉(zhuǎn)向通道30的出口端301至所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2的徑向孔24的距離為H2，所述H2與所述中心管13的移動(dòng)距離相等。
[0058]請(qǐng)參閱圖10，所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2用于對(duì)套管進(jìn)行開(kāi)窗工序。所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2的上端與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3固定連接并連通，其下端可通過(guò)設(shè)置密封件7進(jìn)行封閉。所述密封件7可為單流閥，也可為絲堵等其他方式。所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2具有柱體20，在柱體20上設(shè)置有過(guò)渡孔21。在與所述過(guò)渡孔21連通的徑向位置設(shè)置有徑向孔24。所述徑向孔24用于設(shè)置噴射件4。所述噴射件4的形狀和結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一中的相同。在所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2上還設(shè)置有第二旁路通孔22。所述第二旁路通孔22與所述第一旁路通孔31相連通。
[0059]所述接頭8 —端與所述中心管13的下端固定連接,另一端與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3固定連接。所述接頭8的內(nèi)部具有一接頭通孔81，所述接頭通孔81可位于所述接頭8的中部。在所述接頭通孔81上可形成有變徑，所述變徑用于形成凡爾球座810，用于支撐坐封用的凡爾球6。在所述接頭8上還設(shè)置有第三旁路通孔82。所述第三旁路通孔82的上端與所述凡爾球座810的上端連通。當(dāng)所述凡爾球座810內(nèi)投入凡爾球6時(shí)，流入中心管13的磨料水能夠從所述第三旁路通孔82流出。所述第三旁路通孔82的下端與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3的第一旁路通孔31對(duì)齊時(shí)連通，錯(cuò)開(kāi)時(shí)不連通。當(dāng)所述磨料水射流徑向鉆孔裝置進(jìn)行開(kāi)窗工序時(shí)，所述相互連通的第一旁路通孔31、第二旁路通孔22、第三旁路通孔82將磨料水倒入所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2中進(jìn)行開(kāi)窗。
[0060]本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置在使用時(shí)，請(qǐng)參閱圖11，先進(jìn)行套管開(kāi)窗，向井口油管內(nèi)投入凡爾球6，所述凡爾球6落在所述凡爾球座810上。將所述第三旁路通孔82的下端與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3的第一旁路通孔31錯(cuò)開(kāi)，使其保持在不連通狀態(tài)。此時(shí)向井口油管泵入磨料水，所述磨料水通過(guò)中心管開(kāi)孔132進(jìn)入所述凸起131與密封套15之間的液缸17內(nèi)。在液壓力的作用下，驅(qū)動(dòng)所述中心管13的凸起131上行，進(jìn)而壓縮復(fù)位機(jī)構(gòu)14，所述中心管13在上移的過(guò)程中帶動(dòng)與之固定連接的開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3向上移動(dòng)。當(dāng)所述中心管13的凸起131卡到限位臺(tái)120上時(shí)停止移動(dòng)，其移動(dòng)的距離為Hl。再將所述第三旁路通孔82的下端與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3的第一旁路通孔31對(duì)齊，使其保持在連通狀態(tài)，此時(shí)磨料水通過(guò)所述相互連通的第一旁路通孔31、第二旁路通孔22、第三旁路通孔82將磨料水倒入所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2中進(jìn)行開(kāi)窗。當(dāng)套管開(kāi)窗完畢后，停泵，油管內(nèi)外壓力平衡，壓差消失，在復(fù)位機(jī)構(gòu)14彈性回復(fù)力及重力的作用下，所述復(fù)位機(jī)構(gòu)14、中心管13、開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3下移復(fù)位。由于所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3轉(zhuǎn)向通道30的出口端至所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2的徑向孔24的距離為H2與所述中心管13帶動(dòng)開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3移動(dòng)的距離Hl相等，使得所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3開(kāi)口與開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2開(kāi)口位置能夠重合。接著進(jìn)行反洗井工序，將所述凡爾球6沖到地面，保證鉆孔工作通道暢通，以利于進(jìn)行油層鉆孔工序。此時(shí)在所述磨料水射流徑向鉆孔裝置中下入鉆孔件5。所述鉆孔件5通過(guò)連接高壓軟管再連接鋼管與地面的磨料水的泵相連通。進(jìn)而從泵內(nèi)泵入的高壓磨料水能夠通過(guò)與所述依次連接的鋼管、高壓軟管、鉆孔件5，從開(kāi)窗位置射出，進(jìn)行徑向開(kāi)孔。
[0061]所述中心管13向上移動(dòng)的方式，由于所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3出口端和開(kāi)窗機(jī)構(gòu)2徑向孔之間的距離較短，有利于縮短復(fù)位機(jī)構(gòu)14長(zhǎng)度；另外可以實(shí)現(xiàn)在管柱I不發(fā)生壓縮移動(dòng)的情況下，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3可以承受較大負(fù)荷。
[0062]本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置在進(jìn)行開(kāi)窗工序時(shí)，工作介質(zhì)為體積濃度5% -20%，40目至100目的磨料水；在進(jìn)行鉆孔工序時(shí)，工作介質(zhì)為體積濃度5% -15%,100目至180目的磨料水。所述磨料水中含砂粒徑大小，根據(jù)噴嘴直徑確定，不堵塞噴嘴為原則。所述磨料水具有較強(qiáng)的破巖作用，有利于針對(duì)致密堅(jiān)硬的巖石地層中鉆出直徑為20毫米至50毫米，長(zhǎng)度大于50米的徑向泄油孔。
[0063]采用本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置可以通過(guò)下入一套工具，完成開(kāi)窗工序和鉆孔工序。采用本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置進(jìn)行套管開(kāi)窗時(shí)，用磨料射流切割套管方式代替機(jī)械切割套管方式，省去了下入水馬達(dá)和割刀工序，節(jié)省了時(shí)間，用時(shí)有原來(lái)的10小時(shí)減少到I小時(shí)，效率大大得到提高。另外由于所述磨料水射流徑向鉆孔裝置不具有柔性連接部件，因此不會(huì)發(fā)生折彎遇卡等事故，使用時(shí)更加可靠。
[0064]采用本發(fā)明所述磨料水射流徑向鉆孔裝置進(jìn)行油層鉆孔時(shí)，用磨料水射流破巖方式代替純水射流方式，提高了破巖能力和破巖效率，例如純水射流噴嘴對(duì)英安斑巖巖芯在70兆帕下不能形成有效破巖，采用磨料水射流方式，在6兆帕下就可以實(shí)現(xiàn)破巖。因而，在相同壓力與流量下，磨料水射流鉆孔比純水射流鉆孔具有更高破巖能力，可應(yīng)用于潛山油層鉆孔。
[0065]另外現(xiàn)有技術(shù)是采用割刀開(kāi)窗，不是噴嘴射流開(kāi)窗。割刀需要逐漸進(jìn)行切割。另外本發(fā)明所述開(kāi)窗噴嘴403為錐形射流噴嘴，其出口端404呈喇叭形。當(dāng)磨料水經(jīng)過(guò)所述噴射葉輪41后，發(fā)生旋轉(zhuǎn)，繼而從所述開(kāi)窗噴嘴403噴出后形成空心錐形射流，能夠起到擴(kuò)大開(kāi)窗直徑的作用。由于從所述開(kāi)窗噴嘴403噴射出的流體是空心錐形射流，開(kāi)窗噴嘴403與套管之間距離越大，開(kāi)窗直徑越大。因此通過(guò)控制所述開(kāi)窗噴嘴403與套管之間的距離，就可以控制開(kāi)窗直徑的大小。而現(xiàn)有的常見(jiàn)的射流切割采用的是錐直噴嘴，流體不發(fā)生散射，無(wú)法一次性形成一定直徑的孔。
[0066]以上所述僅為本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施方式的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于，包括: 外筒； 中心管，其能沿所述外筒的軸向可滑動(dòng)地穿設(shè)在所述外筒中，所述中心管具有一受力部，以在受到液壓力后驅(qū)使所述中心管沿第一方向運(yùn)動(dòng)； 能隨著所述中心管相對(duì)滑動(dòng)的開(kāi)窗機(jī)構(gòu)，其具有用于對(duì)套管進(jìn)行開(kāi)窗的噴射件； 固定連接在開(kāi)窗機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置有具有入口端和出口端的轉(zhuǎn)向通道，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)能設(shè)置有用于對(duì)完成開(kāi)窗處的巖石進(jìn)行鉆孔的鉆孔件； 復(fù)位機(jī)構(gòu)，其用于在所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)泄壓后驅(qū)使所述中心管沿第二方向運(yùn)動(dòng)，所述第一方向與所述第一方向相反； 所述復(fù)位機(jī)構(gòu)的復(fù)位距離與所述噴射件和所述轉(zhuǎn)向通道出口端間的距離相同。
2.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述中心管與所述外筒之間形成有環(huán)形空間，所述復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，所述復(fù)位機(jī)構(gòu)的一端與所述中心管的受力部相接觸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述外筒的中部形成有限制所述中心管下移距離的限位臺(tái)，所述受力部設(shè)置在所述中心管的上端，所述受力部的外徑大于所述限位臺(tái)的內(nèi)徑；所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)上端與所述中心管固定連接并連通，下端與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)固定連接并連通。
4.如權(quán)利要求1或2所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述外筒的上部形成有用于限制所述中心管上移距離的限位臺(tái)，所述限位臺(tái)的內(nèi)徑小于所述中心管上端的外徑；所述受力部設(shè)置在所述中心管的中部，所述下部的環(huán)形空間內(nèi)還設(shè)置有密封套，所述密封套與所述受力部之間形成有液缸，在所述液缸對(duì)應(yīng)的中心管上設(shè)置有中心管開(kāi)孔；所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)置在開(kāi)窗機(jī)構(gòu)的上部；所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、開(kāi)窗機(jī)構(gòu)上設(shè)置有相互連通的旁路通孔。
5.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有軸向通道，與所述軸向通道連通的徑向位置設(shè)置有徑向孔，在所述噴射件設(shè)置在所述徑向孔內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)與所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)固定連接后，形成具有內(nèi)部貫通的通孔，在所述通孔上或與所述通孔連通的位置設(shè)置有封堵機(jī)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述噴射件包括第一殼體和噴射葉輪，在所述第一殼體的一端設(shè)置有能形成錐形射流的開(kāi)窗噴嘴。
8.如權(quán)利要求7所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述開(kāi)窗機(jī)構(gòu)外壁上開(kāi)設(shè)有與所述開(kāi)窗噴嘴相對(duì)應(yīng)的凹槽。
9.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述鉆孔件包括第二殼體和鉆孔葉輪，所述第二殼體上設(shè)置有貫通的反射孔，所述反射孔自第二殼體外壁至內(nèi)壁貫通的方向與磨料水流動(dòng)的方向的夾角呈銳角。
10.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流徑向鉆孔裝置，其特征在于:所述磨料水射流徑向鉆孔裝置在進(jìn)行開(kāi)窗工序時(shí)，工作介質(zhì)為體積濃度5%-20%，40目至100目的磨料水；在進(jìn)行鉆孔工序時(shí)，工作介質(zhì)為體積濃度5%-15%，100目至180目的磨料水。
【文檔編號(hào)】E21B7/04GK104295238SQ201410514150
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】張洪君, 曲明藝, 梁興, 王文濤, 胡勝勇, 韓鋒, 王錦生, 秦偉, 張玉增 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司