專利名稱：煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種煤層氣井井下開窗裝置，尤其涉及一種煤層氣井井下水馬 達(dá)開窗裝置。
背景技術(shù)：
煤層氣的開發(fā)是以煤層氣井的方式進(jìn)行采掘，產(chǎn)氣量的多少與產(chǎn)氣面積有直接關(guān) 系?，F(xiàn)有采掘方式是鉆井后采掘煤層氣，產(chǎn)氣面積僅僅是鉆井孔圓周面積。為增加產(chǎn)氣面 積，需要在煤層氣井的套管上開孔(簡(jiǎn)稱為開窗)，然后以高壓水鉆孔卸除孔洞周邊煤層應(yīng) 力擴(kuò)大產(chǎn)氣面積?，F(xiàn)有開窗技術(shù)是使用高壓水力切割的方式進(jìn)行開窗，其設(shè)備由高壓泵、連續(xù)油管 滾筒、注入器、傳感器及控制柜、連續(xù)油管、攜向器、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、噴頭等組成。 把連續(xù)油管滾筒放置在距離井口 20-25米的位置，高壓泵放置在滾筒旁人員不易經(jīng)過的地 方以策安全，注入器放置到井口正上方；連接高壓泵與滾筒上盤繞的連續(xù)油管，把噴頭連接 到連續(xù)油管末端，用注入器把帶有噴頭的連續(xù)油管注入到煤層氣井中，通過注入器上安裝 的位移傳感器傳出的信號(hào)，操作者能在顯示屏上準(zhǔn)確判斷出連續(xù)油管的位置；當(dāng)連續(xù)油管 注入到煤層氣井套管開窗位置上方時(shí)，啟動(dòng)地面的高壓泵，調(diào)節(jié)高壓泵輸出的高壓水到工 作壓力，高壓水通過連續(xù)油管在噴頭處噴射，形成需要的切割水流；調(diào)整控制柜內(nèi)變頻器的 頻率來控制注入器電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制連續(xù)油管在逼近開窗位置時(shí)緩慢進(jìn)給，直到高壓 噴頭逐漸頂?shù)矫簩託饩奶坠?，高壓水進(jìn)行開窗切割。通過注入器上的位移傳感器，操作者 能知道是否已在套管上開窗；如果開窗進(jìn)展緩慢可以適當(dāng)調(diào)高高壓泵的輸出壓力。上述現(xiàn)有開窗方法是在地面用高壓泵輸出高壓水，經(jīng)連續(xù)油管和噴頭，以高壓水 為切割工具，在井底套管的指定位置進(jìn)行開窗。為達(dá)到開窗的目的，需要地面高壓泵輸出至 少200MPa的壓力，井下連續(xù)油管末端的噴頭噴出的高壓水對(duì)套管才有切割作用；但由于井 下套管的選擇有可能不同，對(duì)部分壁厚較厚的套管，需要提高高壓泵輸出水壓才能進(jìn)行開 窗；連續(xù)油管通過油管內(nèi)孔注入到井下開窗位置，噴頭在井下的噴射角度受油管內(nèi)徑大小 限制，噴頭的噴射角度并不能與套管達(dá)到垂直的角度，因此，噴射的水流在套管的弧形內(nèi)壁 會(huì)形成反射，降低了切割效果，此時(shí)需要提高高壓泵輸出水壓才能進(jìn)行開窗；同時(shí)由于噴射 角度不垂直，噴射水流切割套管的工作距離實(shí)際比套管壁厚要多，加上井底的煤粉和水對(duì) 噴射水流的弱化、噴頭噴孔的磨損等因素，也需要提高高壓泵輸出水壓才能進(jìn)行開窗；上述 原因疊加后，地面高壓泵輸出水壓有時(shí)需要達(dá)到400MPa的壓力才能對(duì)煤層氣井套管進(jìn)行 開窗。如此高的水壓，對(duì)地面人員的操作安全、高壓泵的選擇、連續(xù)油管選擇都帶來的更高 的要求，大大提升了開發(fā)成本。有鑒于此，本發(fā)明人憑借多年的相關(guān)設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，提出一種煤層氣井井下水 馬達(dá)開窗裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，以解決現(xiàn)有開窗 設(shè)備存在的威脅操作者安全、開窗效果差和設(shè)備成本高的問題。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，該水馬達(dá) 開窗裝置包括有設(shè)置于井口正上方的注入器以及設(shè)置于井口旁邊地面上的高壓泵、連續(xù)油 管滾筒和控制柜，連續(xù)油管盤繞在所述連續(xù)油管滾筒上，該連續(xù)油管的一端穿過所述注入 器下入所述煤層氣井井下，所述煤層氣井的煤層段設(shè)有套管；所述盤繞在滾筒上的連續(xù)油 管另一端與高壓泵連通；所述注入器和滾筒上分別設(shè)有與控制柜連接的位移傳感器；所述 注入煤層氣井井下的連續(xù)油管的一端設(shè)有一水馬達(dá)，該水馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸上安裝一開窗刀具。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述煤層氣井中設(shè)有導(dǎo)入所述連續(xù)油管的導(dǎo) 入管，所述導(dǎo)入管的前端設(shè)有攜向器。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述開窗刀具為圓柱硬質(zhì)合金立銑刀或90° 圓錐過心硬質(zhì)合金鉆具。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述水馬達(dá)為葉片式水馬達(dá)。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述注入器由第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述連續(xù)油 管滾筒由第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述第一電動(dòng)機(jī)連接有第一變頻器，所述第二電動(dòng)機(jī)連接有第 二變頻器。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述高壓泵由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述第一電動(dòng)機(jī)、第二電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和 控制柜由柴油發(fā)電機(jī)供電。本實(shí)用新型的煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置采用水馬達(dá)把高壓水的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)?機(jī)械回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，配以開窗刀具直接在煤層氣井套管指定位置開窗，克服了現(xiàn)有開窗設(shè)備存 在的威脅操作者安全、開窗效果差和設(shè)備成本高的缺陷；采用開窗刀具進(jìn)行機(jī)械開窗，不存 在高壓水反射后開窗效果不理想的情況；由于需要高壓泵輸出壓力較低，對(duì)高壓泵和連續(xù) 油管的選擇要求也相應(yīng)降低，同時(shí)未采用高壓噴頭，不存在噴頭、噴孔磨損的問題。
以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范 圍。其中，圖1 為本實(shí)用新型煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 為本實(shí)用新型中水馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 為圖2的A-A剖視示意圖。圖4 為實(shí)用新型煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置的開窗工作流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說明 本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。如圖1-圖3所示，本實(shí)用新型提供一種煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置100，該水馬 達(dá)開窗裝置100包括有設(shè)置于井口正上方的注入器1以及設(shè)置于井口旁邊地面上的高壓泵2、連續(xù)油管滾筒3和控制柜4，連續(xù)油管5盤繞在所述連續(xù)油管滾筒3上，連續(xù)油管滾筒3 放置在距離井口 20-25米的位置，滾筒3上連續(xù)油管牽引出口需正對(duì)注入器1 ；該連續(xù)油管 5的一端穿過所述注入器1下入所述煤層氣井井下，所述煤層氣井的煤層段設(shè)有套管6 ；所 述盤繞在滾筒3上的連續(xù)油管5另一端與高壓泵2連通；所述注入器1和滾筒3上分別設(shè) 有用信號(hào)線與控制柜4連接的位移傳感器41 ；所述注入煤層氣井井下的連續(xù)油管5的一端 設(shè)有一水馬達(dá)7，該水馬達(dá)7的轉(zhuǎn)軸上安裝一開窗刀具8。由上所述，本實(shí)用新型的煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置采用水馬達(dá)把高壓水的壓 力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，配以開窗刀具直接在煤層氣井套管指定位置開窗，克服了現(xiàn)有開 窗設(shè)備存在的威脅操作者安全、開窗效果差和設(shè)備成本高的缺陷；采用開窗刀具進(jìn)行機(jī)械 開窗，不存在高壓水反射后開窗效果不理想的情況；由于需要高壓泵輸出壓力較低，對(duì)高 壓泵和連續(xù)油管的選擇要求也相應(yīng)降低，同時(shí)未采用高壓噴頭，不存在噴頭、噴孔磨損的問 題。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述煤層氣井中設(shè)有導(dǎo)入所述連續(xù)油管的導(dǎo)入管9，所 述導(dǎo)入管9的前端設(shè)有攜向器91。在本實(shí)施方式中，所述開窗刀具8為圓柱硬質(zhì)合金立銑刀或90°圓錐過心硬質(zhì)合 金鉆具；所述水馬達(dá)7為葉片式水馬達(dá)(如圖2、圖3所示)。在本實(shí)施方式中，所述注入器1由第一電動(dòng)機(jī)11驅(qū)動(dòng)，所述連續(xù)油管滾筒3由第 二電動(dòng)機(jī)31驅(qū)動(dòng)；所述第一電動(dòng)機(jī)11連接有第一變頻器(圖中未示出)，所述第二電動(dòng)機(jī) 31連接有第二變頻器(圖中未示出)。所述高壓泵2由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)21驅(qū)動(dòng)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和 高壓泵放置在滾筒旁人員不易經(jīng)過的地方以策安全。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述第一電動(dòng)機(jī)11、第二電動(dòng)機(jī)31、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)21和控 制柜4由柴油發(fā)電機(jī)42供電。所述一種煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置在使用時(shí)，用線纜連接控制柜內(nèi)變頻器與 電動(dòng)機(jī)，連接柴油發(fā)電機(jī)與變頻電動(dòng)機(jī)的供電線路，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，控制變頻器使?jié)L筒電 機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)用軟繩牽引連續(xù)油管進(jìn)入注入器，當(dāng)連續(xù)油管進(jìn)入注入器的摩擦式進(jìn)給 機(jī)構(gòu)時(shí)，再控制第二個(gè)變頻器使注入器電機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，把連續(xù)油管緩慢向煤層氣井注入，當(dāng) 距離煤層氣井井口后約300mm時(shí)關(guān)閉所有電動(dòng)機(jī)，停止注入。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與高壓泵已 裝配為一個(gè)整體，用耐高壓軟管的一端連接高壓泵的輸出口，另一端連接滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)軸上連 續(xù)油管的進(jìn)水口即可。在水馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝開窗刀具，開窗刀具可選用圓柱硬質(zhì)合金 立銑刀或者90°圓錐過心硬質(zhì)合金鉆具。組裝好水馬達(dá)開窗工具以后，使其旋入連續(xù)油管 末端的安裝螺母，用活動(dòng)扳手?jǐn)Q緊。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過注入器把連續(xù)油管注入到煤層氣井指 定位置上方，控制變頻器，注入器緩慢注入連續(xù)油管。啟動(dòng)高壓泵，通過水馬達(dá)把高壓水流 轉(zhuǎn)換為開窗刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。注入器緩慢進(jìn)給時(shí)連續(xù)油管末端的水馬達(dá)開窗工具受攜向器 的導(dǎo)向作用，在套管內(nèi)壁上進(jìn)行開窗作業(yè)。如圖4所示，所述煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置的開窗工作流程如下在地面把開窗刀具和水馬達(dá)組裝好后連接到連續(xù)油管一端，連續(xù)油管另一端連接 到高壓泵輸出孔；啟動(dòng)高壓泵調(diào)試水馬達(dá)，記錄下高壓泵輸出流量及輸出壓力；關(guān)閉高壓 泵，準(zhǔn)備注入連續(xù)油；位移傳感器清零后啟動(dòng)注入器變頻器，調(diào)整變頻器頻率，注入器電機(jī) 開始轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行連續(xù)油管注入；當(dāng)位移傳感器給出信號(hào)顯示連續(xù)油管注入到開窗位置上方Im左右時(shí)，調(diào)整變頻器頻率，降低注入速度；啟動(dòng)地面高壓泵，調(diào)整高壓泵輸出到記錄的輸 出流量及壓力；水馬達(dá)受攜向器的導(dǎo)向會(huì)被注入的連續(xù)油管逐漸推進(jìn)到指定開窗位置；當(dāng) 開窗刀具進(jìn)行工作時(shí)密切注意高壓泵輸出流量及壓力；當(dāng)輸出壓力增高時(shí)應(yīng)減緩注入器進(jìn) 給，防止水馬達(dá)因進(jìn)給力量過大卡死；或者使注入器提升連續(xù)油管后再次緩慢進(jìn)給，直到位 移傳感器給出信號(hào)顯示開窗成功。在本實(shí)用新型中是采用水馬達(dá)把高壓水的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其工作原理 如圖2、圖3所示，地面高壓泵輸出的高壓水通過連續(xù)油管，經(jīng)連接螺紋中的進(jìn)水孔進(jìn)入水 馬達(dá)殼體71，再被上軸承座73上的導(dǎo)流槽導(dǎo)入轉(zhuǎn)動(dòng)軸79與定子74形成的工作腔內(nèi)，由于 轉(zhuǎn)動(dòng)軸79與定子74不同心，定子74用緊釘螺釘固定到殼體71上，兩葉片間存在壓力差形 成轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸79轉(zhuǎn)動(dòng)。四個(gè)工作腔中有兩個(gè)工作腔的葉片受壓力差形成的轉(zhuǎn)動(dòng) 力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，另兩個(gè)工作腔處于排水狀態(tài)。排出的水流經(jīng)定子74外圓缺口與殼體71內(nèi)腔 形成的排流通道在殼體后部排流孔排出，形成的后噴水流有助于開窗刀具向前鉆孔；轉(zhuǎn)動(dòng) 軸79后端直接安裝在下軸承座73的軸孔內(nèi)，前端配上軸承76，軸承76裝入上軸承座75， 端蓋77把上軸承座壓緊在定子74的端面；上下軸承座與定子、轉(zhuǎn)動(dòng)軸就形成了工作腔；轉(zhuǎn) 動(dòng)軸前端留有螺紋供安裝刀具使用，其中排流孔處用氬弧焊焊接有過濾網(wǎng)72，防止連續(xù)油 管在下井過程中煤粉等進(jìn)入水馬達(dá)。根據(jù)所選用的油管直徑大小不同，可以選用不同的水馬達(dá)尺寸，因轉(zhuǎn)動(dòng)軸79與定 子74的偏心而形成的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也各不相同。由于葉片工作面積差最大值固定，只需調(diào)整高 壓泵的輸出壓力即可控制轉(zhuǎn)動(dòng)力矩進(jìn)行工作。當(dāng)水馬達(dá)磨損后只需更換定子74、葉片78、 上軸承座75、下軸承座73、軸承76即可。國內(nèi)液壓馬達(dá)都是采用液壓油作為壓力傳遞載體，并且需要形成液壓循環(huán)才能工 作。本裝置中所使用壓力傳遞載體是水，并且不需要建立液壓循環(huán)，而是直接把水排出水馬 達(dá)，故而在井下開窗中本裝置具有很大的優(yōu)勢(shì)。以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本實(shí)用新型的范 圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變 化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，該水馬達(dá)開窗裝置包括有設(shè)置于井口正上方的 注入器以及設(shè)置于井口旁邊地面上的高壓泵、連續(xù)油管滾筒和控制柜，連續(xù)油管盤繞在所 述連續(xù)油管滾筒上，該連續(xù)油管的一端穿過所述注入器下入所述煤層氣井井下，所述煤層 氣井的煤層段設(shè)有套管；所述盤繞在滾筒上的連續(xù)油管另一端與高壓泵連通；所述注入器 和滾筒上分別設(shè)有與控制柜連接的位移傳感器；其特征在于所述注入煤層氣井井下的連 續(xù)油管的一端設(shè)有一水馬達(dá)，該水馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸上安裝一開窗刀具。
2.如權(quán)利要求1所述的煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，其特征在于所述煤層氣井中 設(shè)有導(dǎo)入所述連續(xù)油管的導(dǎo)入管，所述導(dǎo)入管的前端設(shè)有攜向器。
3.如權(quán)利要求1所述的煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，其特征在于所述開窗刀具為 圓柱硬質(zhì)合金立銑刀或90°圓錐過心硬質(zhì)合金鉆具。
4.如權(quán)利要求1所述的煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，其特征在于所述水馬達(dá)為葉 片式水馬達(dá)。
5.如權(quán)利要求1所述的煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，其特征在于所述注入器由第 一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述連續(xù)油管滾筒由第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述第一電動(dòng)機(jī)連接有第一變頻器， 所述第二電動(dòng)機(jī)連接有第二變頻器。
6.如權(quán)利要求1所述的煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，其特征在于所述高壓泵由柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，其特征在于所述第一電 動(dòng)機(jī)、第二電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和控制柜由柴油發(fā)電機(jī)供電。
專利摘要本實(shí)用新型為一種煤層氣井井下水馬達(dá)開窗裝置，該水馬達(dá)開窗裝置包括有設(shè)置于井口正上方的注入器以及設(shè)置于井口旁邊地面上的高壓泵、連續(xù)油管滾筒和控制柜，連續(xù)油管盤繞在所述連續(xù)油管滾筒上，該連續(xù)油管的一端穿過所述注入器下入所述煤層氣井井下，煤層氣井的煤層段設(shè)有套管；盤繞在滾筒上的連續(xù)油管另一端與高壓泵連通；注入器和滾筒上分別設(shè)有與控制柜連接的位移傳感器；注入煤層氣井井下的連續(xù)油管的一端設(shè)有一水馬達(dá)，該水馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸上安裝一開窗刀具。本裝置采用水馬達(dá)把高壓水的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，配以開窗刀具直接在煤層氣井套管指定位置開窗，克服了現(xiàn)有開窗設(shè)備存在的威脅操作者安全、開窗效果差和設(shè)備成本高的缺陷。
文檔編號(hào)E21B29/06GK201826792SQ20102053670
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者劉升貴 申請(qǐng)人:中礦瑞杰(北京)科技有限公司