自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及到一種自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭，包括：后向噴嘴、直旋射流噴嘴、巖屑磨料漏斗、前向噴嘴、穩(wěn)定支件等。其基本工作原理為：射流經(jīng)過(guò)鉆頭時(shí)，一部分由其后向噴嘴噴射提供鉆頭自進(jìn)力并擴(kuò)孔，另一部分經(jīng)過(guò)其直旋射流噴嘴高速噴射，在間隙段產(chǎn)生射流抽吸作用，吸入巖屑磨料漏斗中的巖屑磨料進(jìn)入前向噴嘴，最終形成巖屑磨料的直旋混合射流噴射破巖，提高破巖效率，破碎下來(lái)的巖屑隨鉆井液由環(huán)空排除，部分巖屑將由重力作用及射流抽吸作用進(jìn)入巖屑磨料漏斗，為磨料射流破巖補(bǔ)充磨料。本發(fā)明能有效提高超短半徑徑向水平井的破巖效率和控制井眼軌跡。
【專(zhuān)利說(shuō)明】自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到油氣開(kāi)采領(lǐng)域，尤其涉及一種自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭。【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，出現(xiàn)了針對(duì)低豐度油氣資源開(kāi)發(fā)、油田老井改造、油藏挖潛和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的高效新技術(shù)一超短半徑側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)(又稱徑向水平井鉆井技術(shù))，該技術(shù)是指在垂直井眼內(nèi)利用連續(xù)油管及配套鉆頭沿徑向鉆出呈輻射狀分布的一口或多口水平小井眼。該技術(shù)利用超高壓水射流的沖蝕能量在井底破碎巖石，與此同時(shí)為鉆頭提供自進(jìn)能力。
[0003]超短半徑徑向水平井鉆井技術(shù)的關(guān)鍵部件為配套鉆頭或噴嘴。到目前為止，主要有三種不同設(shè)計(jì)和工作原理的結(jié)構(gòu)形式，即多孔射流噴嘴、單孔旋轉(zhuǎn)射流噴嘴與直旋混合射流噴嘴。目前三種結(jié)構(gòu)均可通過(guò)合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自進(jìn)。然而現(xiàn)有技術(shù)及配套工具仍然存在以下亟待解決的問(wèn)題:1)水射流破巖鉆進(jìn)效率低；2)鉆頭或噴嘴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易失效；3)環(huán)空排巖屑困難，易卡連續(xù)油管；4)井眼不規(guī)則，井眼軌跡難控制。
[0004]實(shí)踐表明，在高速射流中混入一定量的固相顆粒形成磨料射流沖擊破碎物料，可以顯著降低物料破碎的門(mén)限壓力，提高磨料的破碎效率。然而受超短半徑徑向水平井小井眼井徑的限制及經(jīng)濟(jì)性考慮，循環(huán)添加磨料進(jìn)行磨料射流破巖并不合理。
[0005]綜合考慮以上因素，本發(fā)明人根據(jù)多年從事巖石破碎學(xué)方面的理論實(shí)踐研究和噴嘴研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)研制出了本發(fā)明的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭，尤其是一種可以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，破巖效率高，減少事故發(fā)生率，形成孔徑形狀規(guī)則、軌跡可控的水平井眼，達(dá)到安全高效開(kāi)采油氣資源的目的。
[0007]為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)研制了一種自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭。該鉆頭采用一體成型加工，主要結(jié)構(gòu)包括:后向噴嘴、直旋射流噴嘴、巖屑磨料漏斗、前向噴嘴、穩(wěn)定支件等。其特征是:
[0008]本發(fā)明鉆頭設(shè)有內(nèi)螺紋用于連接連續(xù)油管，鉆頭后端均布有數(shù)個(gè)與水平線呈一定角度的后向噴嘴，鉆頭中間設(shè)有螺旋切槽的直旋射流噴嘴，鉆頭前段設(shè)有外徑大于直旋射流噴嘴的前向噴嘴以及延長(zhǎng)段，在直旋射流噴嘴與前向噴嘴間加工有間隙段，鉆頭外壁均布數(shù)個(gè)穩(wěn)定支件，在間隙段上方的相鄰兩個(gè)穩(wěn)定支件之間加工成一定角度Θ的漏斗形狀開(kāi)口稱為巖屑磨料漏斗。
[0009]本發(fā)明在井底破巖時(shí)，一部分鉆井液通過(guò)后向噴嘴噴出，為鉆頭提供自進(jìn)力并擴(kuò)大孔眼；另一部分鉆井液通過(guò)設(shè)有螺旋切槽的直旋射流噴嘴，中間部分鉆井液保持為直射流，螺旋切槽部分鉆井液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流，最終形成高速的直旋混合射流，該高速直旋混合射流在間隙段形成射流抽吸作用，吸入磨料漏斗中的巖屑并混合進(jìn)入前向噴嘴及延長(zhǎng)段，在整個(gè)間隙段、前向噴嘴及延長(zhǎng)段中，高速的直旋射流將能量傳遞給巖屑磨料，使巖屑磨料也具有一定的旋轉(zhuǎn)切向速度，最終形成高速的巖屑磨料直旋混合射流噴射破巖，提高了破巖效率；破碎下來(lái)的巖屑隨鉆井液由環(huán)空排除，部分巖屑將由重力作用及射流抽吸作用進(jìn)入巖屑磨料漏斗，為磨料射流破巖提供磨料；穩(wěn)定支件起穩(wěn)定器的作用，穩(wěn)定支件可以使后向噴嘴與所鉆孔眼壁面保持一段距離，防止由后向噴嘴噴射時(shí)鉆頭徑向跳鉆，使所鉆孔眼軌跡規(guī)則。
[0010]上述后向噴嘴嚴(yán)格定位于相鄰兩個(gè)穩(wěn)定支件間的中線上，后向噴嘴、穩(wěn)定支件及巖屑磨料漏斗數(shù)目可以為多組。
[0011]本發(fā)明的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭與現(xiàn)有技術(shù)相比具備的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。[0012]本發(fā)明提出的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭具有獨(dú)創(chuàng)性，在不添加磨料的條件下，利用鉆井破巖的廢物一破碎的巖屑實(shí)現(xiàn)井下磨料直旋射流破巖過(guò)程，提高了破巖效率，節(jié)約了鉆井成本，具有重要意義。
[0013]本發(fā)明設(shè)計(jì)研制的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭。主要具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、一體成型加工，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保證工具的可靠性；
[0015]2、由于具有穩(wěn)定支件，起到了穩(wěn)定器的作用，井眼規(guī)則，軌跡可控；
[0016]3、由于具備了磨料射流的特點(diǎn)，則可實(shí)現(xiàn)高效破巖，實(shí)現(xiàn)較快的鉆進(jìn)速度；
[0017]4、由于磨料由鉆井廢棄物-巖屑持續(xù)供給，減少巖屑卡連續(xù)油管等事故，節(jié)約
了鉆井成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明專(zhuān)利的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭的三維示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明專(zhuān)利的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭的左視圖、A-A剖面圖和局部視圖；
[0020]附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0021]1、后向噴嘴 2、直旋射流噴嘴 3、間隙段 4、前向噴嘴 5、延長(zhǎng)段
[0022]6、穩(wěn)定支件 7、巖屑磨料漏斗 8、內(nèi)螺紋 9、螺旋切槽
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0024]圖1為本發(fā)明專(zhuān)利的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭的三維示意圖，該鉆頭為一體成型設(shè)計(jì)，多道工序完成，在圖1中可以看出，鉆頭內(nèi)部無(wú)零件配合，增強(qiáng)鉆頭工作的
可靠性。
[0025]圖2為本發(fā)明專(zhuān)利的自進(jìn)式循環(huán)自混磨料射流鉆頭的左視圖、A-A剖面圖和局部視圖，在圖2中，本發(fā)明鉆頭設(shè)有內(nèi)螺紋8用于連接連續(xù)油管，鉆頭后端均布有數(shù)個(gè)與水平線呈一定角度的后向噴嘴1，鉆頭中間設(shè)有螺旋切槽9的直旋射流噴嘴2，鉆頭前段設(shè)有外徑大于直旋射流噴嘴的前向噴嘴4以及延長(zhǎng)段5，在直旋射流噴嘴2與前向噴嘴4間加工有間隙段3，鉆頭外壁均布數(shù)個(gè)穩(wěn)定支件6，在間隙段3上方的相鄰兩個(gè)穩(wěn)定支件6之間加工成一定角度Θ的漏斗形狀開(kāi)口稱為巖屑磨料漏斗7。
[0026]當(dāng)使用本發(fā)明在井底破巖鉆進(jìn)時(shí)，一部分鉆井液通過(guò)后向噴嘴I噴出，為鉆頭提供自進(jìn)力并擴(kuò)大孔眼；另一部分鉆井液通過(guò)設(shè)有螺旋切槽9的直旋射流噴嘴2，中間部分鉆井液保持為直射流，流經(jīng)螺旋切槽9部分鉆井液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流，最終形成高速的直旋混合射流，該高速直旋混合射流在間隙段3形成射流抽吸作用，吸入巖屑磨料漏斗7中的巖屑并混合進(jìn)入前向噴嘴4及延長(zhǎng)段5，在整個(gè)間隙段3、前向噴嘴4及延長(zhǎng)段5中，高速的直旋射流將能量傳遞給巖屑磨料，使巖屑磨料也具有一定的旋轉(zhuǎn)切向速度，最終形成高速的巖屑磨料直旋混合射流噴射破巖，提高了破巖效率；破碎下來(lái)的巖屑隨鉆井液由環(huán)空排除，部分巖屑將由重力作用及射流抽吸作用進(jìn)入巖屑磨料漏斗7，為磨料射流破巖提供磨料；穩(wěn)定支件6起穩(wěn)定器的作用，穩(wěn)定支件6可以使后向噴嘴與所鉆孔眼壁面保持一段距離，防止由后向噴嘴I噴射時(shí)鉆頭徑向跳鉆，使所鉆孔眼軌跡規(guī)則。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭，主要包括:后向噴嘴、直旋射流噴嘴、巖屑磨料漏斗、前向噴嘴、穩(wěn)定支件等。其特征在于，所述鉆頭為一體成型設(shè)計(jì)，鉆頭設(shè)有內(nèi)螺紋用于連接連續(xù)油管，鉆頭后端均布有數(shù)個(gè)與水平線呈一定角度的后向噴嘴，鉆頭中間設(shè)有螺旋切槽的直旋射流噴嘴，鉆頭前段設(shè)有外徑大于直旋射流噴嘴的前向噴嘴以及延長(zhǎng)段，在直旋射流噴嘴與前向噴嘴間加工有間隙段，鉆頭外壁均布數(shù)個(gè)穩(wěn)定支件，在間隙段上方的相鄰兩個(gè)穩(wěn)定支件之間加工成一定角度Θ的巖屑磨料漏斗。
2.如權(quán)利要求1所述的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭，其特征在于，當(dāng)本發(fā)明在井底破巖時(shí)，一部分鉆井液通過(guò)后向噴嘴為鉆頭提供自進(jìn)力并擴(kuò)孔；另一部分鉆井液通過(guò)設(shè)有螺旋切槽的直旋射流噴嘴，中間部分鉆井液保持為直射流，螺旋切槽部分鉆井液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流，最終形成高速的直旋混合射流，該高速直旋混合射流在間隙段形成射流抽吸作用，吸入磨料漏斗中的巖屑并混合進(jìn)入前向噴嘴及延長(zhǎng)段，在整個(gè)間隙段、前向噴嘴及延長(zhǎng)段中，高速的直旋射流將能量傳遞給巖屑磨料，使巖屑磨料也具有一定的旋轉(zhuǎn)切向速度，最終形成高速的巖屑磨料直旋混合射流噴射破巖；破碎下來(lái)的巖屑隨鉆井液由環(huán)空排除，部分巖屑將由重力作用及射流抽吸作用進(jìn)入巖屑磨料漏斗，為磨料射流破巖提供磨料；穩(wěn)定支件起穩(wěn)定器的作用，穩(wěn)定支件可以使后向噴嘴與所鉆孔眼壁面保持一段距離，防止由后向噴嘴噴射時(shí)鉆頭徑向跳鉆。
3.如權(quán)利要求1所述的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭，其特征在于，直旋射流噴嘴的螺旋切槽可為左旋，也可以為右旋，螺距可為固定螺距，也可以為漸變螺距，切槽形狀可以為矩形、梯形及圓形等各種形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭，其特征在于，巖屑磨料漏斗的角度Θ在15?120度之間。
5.如權(quán)利要求1所述的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭，其特征在于，穩(wěn)定支件可以為直式也可以為螺旋式。
6.如權(quán)利要求1所述的自進(jìn)式巖屑磨料直旋混合射流鉆頭，其特征在于，后向噴嘴、穩(wěn)定支件及巖屑磨料漏斗數(shù)目在3?12個(gè)之間，且均為周向均布。
【文檔編號(hào)】E21B7/18GK103835653SQ201410111959
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】李根生, 蘭起超, 王海柱, 宋先知, 史懷忠, 黃中偉, 田守嶒 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)