專利名稱：一種徑向水平井鉆井用自進式高壓射流噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
隨著石油勘探開發(fā)的不斷深入，國內(nèi)大部分油田已進入生產(chǎn)中后期，油井產(chǎn)能下降，開采難度大，采收率低，開發(fā)成本高。目前開發(fā)老油田采用常規(guī)側(cè)鉆水平井技術(shù)先通過斜向器引導(dǎo)開窗工具如銑錐等對套管側(cè)面開窗，后用側(cè)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(fù)老井產(chǎn)能。但由于采用該技術(shù)所需鉆機等地面設(shè)備多，鉆井周期長，設(shè)備費用高等缺點，使老油田開發(fā)綜合經(jīng)濟效益受到嚴重影響，急待用一種更加高效經(jīng)濟的技術(shù)手段來解決這些問題。針對采用現(xiàn)有側(cè)鉆方式進行老井開窗側(cè)鉆水平井費用高，經(jīng)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(shù)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(dǎo)孔，然后將高壓水力噴射徑向鉆井系統(tǒng)專用工具下入套管井眼和所開引導(dǎo)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(xiàn)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(shè)備和井下鉆具，從而可高效經(jīng)濟開采地下油氣資源。其關(guān)鍵技術(shù)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有側(cè)鉆水平井技術(shù)成本高，經(jīng)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(shù)，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(fā)明解決此技術(shù)問題采用的技術(shù)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(zhuǎn)子2、上耐磨鋼球13、下耐磨鋼球3、擋板4等。其技術(shù)特征是殼體1上加工有頂尖8，3飛個直徑為3 7mm的前向噴嘴6和3飛個直徑為;T7mm的后向噴嘴7，其中前向噴嘴6的數(shù)目少于后向噴嘴7的數(shù)目，前、后噴嘴直徑相同，并在殼體1外表面敷焊硬質(zhì)合金；殼體1內(nèi)部裝有渦輪轉(zhuǎn)子2，渦輪轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，通過上、下兩個耐磨鋼球定位；上耐磨鋼球13放置在殼體內(nèi)部球形凹槽12與渦輪轉(zhuǎn)子上端面球形凹槽14之間，下耐磨鋼球3放置在渦輪轉(zhuǎn)子下端面球形凹槽10與擋板端部球形凹槽11之間，渦輪轉(zhuǎn)子2可在兩鋼球之間繞自身軸線自由旋轉(zhuǎn)；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飛個注水孔5。本發(fā)明的優(yōu)點①渦輪轉(zhuǎn)子具有半圓柱體結(jié)構(gòu)，質(zhì)量分布不均勻，旋轉(zhuǎn)的同時帶動噴頭及后面噴管連續(xù)跳動，有利擴大井眼直徑，減小射流噴頭引導(dǎo)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(zhuǎn)射流的特性，可以提高破巖速度；③頂尖結(jié)構(gòu)可以插入地層，在噴頭前進中不僅起到穩(wěn)定作用，還強化了破巖效果， 進一步提高破巖速度；④本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，應(yīng)用前景廣闊。


圖1是本發(fā)明一種徑向水平井用自進式高壓射流噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明一種徑向水平井用自進式高壓射流噴頭的殼體示意圖3是本發(fā)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(fā)明一種徑向水平井用自進式高壓射流噴頭的渦輪轉(zhuǎn)子示意圖。圖中1.殼體，2.渦輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子下端面球形凹槽，11.擋板端部球形凹槽，12.殼體內(nèi)部球形凹槽，13.上耐磨鋼球，14.渦輪轉(zhuǎn)子上端面球形凹槽。
具體實施例方式按照圖廣圖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(zhuǎn)子2、上耐磨鋼球13、下耐磨鋼球3、擋板4等。其技術(shù)特征是殼體1上加工有頂尖8，3飛個直徑為3 7mm的前向噴嘴6和3飛個直徑為3 7mm的后向噴嘴7，其中前向噴嘴6的數(shù)目少于后向噴嘴7的數(shù)目，前、后噴嘴直徑相同，并在殼體1外表面敷焊硬質(zhì)合金提高耐磨性；殼體1內(nèi)部裝有渦輪轉(zhuǎn)子2，渦輪轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，通過上、下兩個耐磨鋼球定位；上耐磨鋼球13放置在殼體內(nèi)部球形凹槽12與渦輪轉(zhuǎn)子上端面球形凹槽14之間，下耐磨鋼球3放置在渦輪轉(zhuǎn)子下端面球形凹槽10與擋板端部球形凹槽11之間，渦輪轉(zhuǎn)子2可在兩鋼球之間繞自身軸線自由旋轉(zhuǎn)；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飛個注水孔5。在徑向水平井鉆井作業(yè)過程中，高壓鉆井液經(jīng)注水孔5進入殼體1內(nèi)部，驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)，由于渦輪轉(zhuǎn)子2本體為半圓柱結(jié)構(gòu)，質(zhì)量分布不均勻，在轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生震動，帶動射流噴頭及后面噴管在徑向井孔內(nèi)連續(xù)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(dǎo)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(nèi)部形成渦流，使從噴嘴噴出的流體具有旋轉(zhuǎn)射流的特性，這種旋轉(zhuǎn)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(shù)目少于后向噴嘴7的數(shù)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(chǎn)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(wěn)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。
權(quán)利要求
1.一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(zhuǎn)子(2)、上耐磨鋼球(13)、下耐磨鋼球(3)、擋板(4)；其技術(shù)特征是殼體(1)上加工有頂尖(8)、前向噴嘴(6)和后向噴嘴(7)，并在殼體(1)外表面敷焊硬質(zhì)合金；殼體(1)內(nèi)部裝有渦輪轉(zhuǎn)子 (2)，渦輪轉(zhuǎn)子(2)上、下兩端均加工有球形凹槽，通過上、下兩個耐磨鋼球定位；上耐磨鋼球(13)放置在殼體內(nèi)部與渦輪轉(zhuǎn)子的球形凹槽之間，下耐磨鋼球(3)放置在渦輪轉(zhuǎn)子與擋板上的球形凹槽之間；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飛個注水孔(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種徑向水平井鉆井用自進式高壓射流噴頭，其特征在于 殼體(1)上加工有3飛個直徑為3 7mm的前向噴嘴(6)和3飛個直徑為3 7mm的后向噴嘴 (7)，其中前向噴嘴(6)的數(shù)目少于后向噴嘴(7)的數(shù)目，前、后噴嘴直徑相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種徑向水平井鉆井用自進式高壓射流噴頭，其特征在于 渦輪轉(zhuǎn)子(2)下端沿圓周均勻加工有渦輪葉片(9)，其本體為半圓柱結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及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、渦輪轉(zhuǎn)子、耐磨鋼球、擋板等。其技術(shù)特征是殼體上加工有頂尖、前向噴嘴和后向噴嘴，并在殼體外表面敷焊硬質(zhì)合金；殼體內(nèi)部裝有渦輪轉(zhuǎn)子，渦輪轉(zhuǎn)子上、下兩端均加工有球形凹槽，通過上、下兩個耐磨鋼球定位；上耐磨鋼球放置在殼體內(nèi)部與渦輪轉(zhuǎn)子的球形凹槽之間，下耐磨鋼球放置在渦輪轉(zhuǎn)子與擋板上的球形凹槽之間；殼體與擋板通過螺紋連接在一起，擋板上均勻分布4~6個注水孔。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，可廣泛應(yīng)用于徑向水平井鉆井作業(yè)中。
文檔編號E21B7/18GK102518398SQ20111040708
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者李佳南, 祝效華, 赫連長林 申請人:西南石油大學(xué)