專利名稱：降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及徑向水平井鉆井，特別涉及環(huán)空注入氮?dú)馀菽菲胶忏@進(jìn)徑向水平井，提高水力噴射破巖的裝置。
背景技術(shù)：
徑向水平井鉆井是利用高壓水射流的能量，由垂直井眼在某一層位或不同層位沿徑向鉆出一個(gè)或多個(gè)水平分支井眼的鉆井技術(shù)，由于要在約O. 3m內(nèi)完成從垂向到水平方向的轉(zhuǎn)向。傳統(tǒng)徑向水平井技術(shù)是指利用一套系統(tǒng)設(shè)備和方法在油氣井中(主要是套管井)進(jìn)行套管段銑(或套管開(kāi)窗)，既鍛銑套管徑向水平井技術(shù)，近幾年國(guó)內(nèi)外各公司、研究單位著重研究套管內(nèi)開(kāi)窗徑向水平井技術(shù)。參閱圖I。1995年,Carl Landers等人發(fā)明了一種新型徑向水平鉆井系統(tǒng),不需要 對(duì)套管進(jìn)行鍛銑和擴(kuò)孔。第一步通過(guò)下入一球形銑刀對(duì)套管進(jìn)行局部開(kāi)孔，孔鉆成后取出銑刀；第二步下入一柔性管，管前部聯(lián)接一水力噴嘴。泵的能量通過(guò)水力噴嘴作用于地層，軟管依據(jù)破巖速度不停的進(jìn)行送進(jìn)，通過(guò)這種方法可以在地層中鉆進(jìn)長(zhǎng)度可達(dá)61m。參閱圖2。1999年，Michael Uthe等人提出通過(guò)鉆徑向水平井的方法來(lái)提高油氣藏的采收率。并提出一種徑向水平鉆井系統(tǒng)，Michael Uthe提出用“水射流切割”噴嘴進(jìn)行井下裝置切割，而不需要先下入磨銑鉆頭。這種系統(tǒng)在井下裝置中有一個(gè)伸縮裝置，用來(lái)控制水平段鉆桿延伸長(zhǎng)度，進(jìn)而增加鉆進(jìn)距離。當(dāng)一個(gè)水平段鉆完后，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向裝置并定位。再開(kāi)始另一水平井眼鉆進(jìn)。參閱圖3。2001年，Roderick D. McLeod等人提出了水力噴射側(cè)鉆系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以由在井口的操作人員完成從垂直方向到水平方向的90度轉(zhuǎn)向；并且考慮井底壓力的因素來(lái)控制鉆進(jìn)。操作流程首先下入轉(zhuǎn)向器工具，然后在轉(zhuǎn)向器內(nèi)下入前端安裝噴頭的軟管；到噴頭到達(dá)指定位置后使用磨料射流來(lái)進(jìn)行套管開(kāi)孔，套管開(kāi)孔完成后更換清水或其它合適的鉆井液在儲(chǔ)層中進(jìn)行鉆進(jìn)。參閱圖4。2005年，David A. Belew等人提出了促進(jìn)水平井鉆井方法與系統(tǒng)，定位一個(gè)套管鞋，在套管鞋一側(cè)上開(kāi)口，在該開(kāi)口內(nèi)鉆延伸井眼。連接一根鉆桿，與銷子有效組合成一個(gè)萬(wàn)向接頭，到達(dá)套管銑鞋端后，插入套管中并通過(guò)套管鞋處的開(kāi)口，到套管銑鞋端基本緊靠在套管上；然后鉆桿和套管銑鞋端開(kāi)始旋轉(zhuǎn)鉆孔，直到套管銑鞋端在套管上形成一個(gè)開(kāi)口 ；鉆桿和套管銑鞋端從套管撤回，撓性軟管帶著噴嘴通過(guò)井眼穿過(guò)套管開(kāi)口 ；然后流體從噴嘴中噴出，沖擊和侵蝕地層物質(zhì)。2007年，李根生、黃中偉等人提出了水力噴射側(cè)鉆徑向分支水平井眼方法與裝置(申請(qǐng)?zhí)?00710176846. O)，該發(fā)明包括了三種工作方式(I)下入轉(zhuǎn)向器并由油管錨I固定，由定向接頭2通過(guò)電測(cè)確定轉(zhuǎn)向器的方位。再下入機(jī)械鉆頭通過(guò)轉(zhuǎn)向器后磨銑套管進(jìn)行開(kāi)窗，起出鉆頭后下入帶有噴嘴的撓性管，從窗口邊噴射清水介質(zhì)邊進(jìn)入地層；(2)下入轉(zhuǎn)向器并由油管錨I固定，由定向接頭2通過(guò)電測(cè)確定轉(zhuǎn)向器的方位。再下入帶有噴嘴的撓性管，用混和有石英砂的磨料射流作為工作介質(zhì)，直接射穿套管。然后只更換磨料類型，邊噴射磨料射流邊進(jìn)入地層，完成一個(gè)分支井眼的鉆進(jìn)。(3)下入轉(zhuǎn)向器并由油管錨I固定，由定向接頭2通過(guò)電測(cè)確定轉(zhuǎn)向器的方位。再下入帶有噴嘴的撓性管，用混和有石英砂的磨料射流作為工作介質(zhì)，直接射穿套管。然后起出該撓性管，更換為清水射流噴嘴，再下入井下，通過(guò)轉(zhuǎn)向器后邊噴射清水介質(zhì)射流邊進(jìn)入地層。上述技術(shù)可歸納為(I)用普通油管把轉(zhuǎn)向器下到預(yù)定層位后固定，再用連續(xù)油管將井下鉆孔和噴射工具從其中下入到轉(zhuǎn)向器位置。工具在井下可反復(fù)連續(xù)開(kāi)窗和鉆出多條徑向分支水平井眼。適用于套管井或裸眼井。套管開(kāi)窗可用噴射管連接的磨料射流噴頭在套管上切割開(kāi)窗，并延伸進(jìn)地層水平鉆進(jìn)；(2)用連續(xù)油管把水動(dòng)力螺桿鉆具驅(qū)動(dòng)的機(jī)械磨銑頭下到轉(zhuǎn)向器位置，磨銑頭通過(guò)轉(zhuǎn)向器后在套管上磨銑開(kāi)窗，然后起出磨銑頭，再下入噴射管連接的水射流噴頭延伸進(jìn)地層水平鉆進(jìn)。其中噴頭上安裝有按照一定相位、角度布置的若干前射噴嘴和若干后射噴嘴；通過(guò)前射噴嘴和后射噴嘴的數(shù)量、直徑、角度等布置方式來(lái)水平鉆孔、水平移動(dòng)、控制水平方向軌跡和清洗攜帶破碎的巖屑?？梢?jiàn)，水射流噴頭在徑向水平井作業(yè)中起著非常重要的作用，但由于在存在圍壓的條件下，旋轉(zhuǎn)射流和真旋混合射流能量衰減迅速，破巖效果較差； 同時(shí)由于其噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較大。前人提出的徑向水平鉆井系統(tǒng)只對(duì)徑向水平鉆井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，沒(méi)有考慮圍壓對(duì)水射流壓力的影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置，在環(huán)空中注入泡沫，降低井底圍壓、提高射流鉆頭的射流能量、提高徑向水平井破巖效率的方法。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置，包括泡沫發(fā)生器、徑向水平鉆井系統(tǒng)和消泡裝置。在井下套管內(nèi)有徑向水平鉆井系統(tǒng)，徑向水平鉆井系統(tǒng)主要由油管錨、定向接頭、限位接頭、轉(zhuǎn)向器、撓性管、清水射流噴頭和油管組成，油管的下端連接有一個(gè)油管錨，油管錨固定在套管內(nèi)壁上；油管錨的作用是把井下裝置和套管壁固定起來(lái)，避免其軸向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。在油管錨的下端連接有定向接頭；定向接頭的作用是下入電測(cè)儀器到定向接頭，由定向接頭的方位來(lái)確定轉(zhuǎn)向器在井下的方位。定向接頭的下端螺紋連接有限位接頭；限位接頭的下端連接轉(zhuǎn)向器；轉(zhuǎn)向器內(nèi)有弧形孔；轉(zhuǎn)向器的作用是改變清水射流噴頭和撓性管的方向?yàn)樗椒较?。撓性管穿過(guò)油管、油管錨、定向接頭和限位接頭的中心孔，同時(shí)穿過(guò)轉(zhuǎn)向器的弧形孔，在撓性管的下端連接有清水射流噴頭；清水射流噴頭上帶有射流噴嘴，能?chē)娚溟_(kāi)地層并在地層中前進(jìn)。撓性管是高壓流體通道，可彎曲通過(guò)轉(zhuǎn)向器。在井場(chǎng)有泡沫發(fā)生器和消泡裝置，泡沫發(fā)生器的進(jìn)氣口連接一臺(tái)空壓機(jī)，泡沫發(fā)生器的進(jìn)液口連接注液泵，泡沫發(fā)生器出口連接管線；管線的另一端連通撓性管和油管之間的環(huán)形空間；消泡裝置的進(jìn)口連通套管與油管之間的環(huán)形空間；消泡裝置的出口有管線連接泡沫發(fā)生器的回液口。注液泵將泡沫基液從儲(chǔ)液罐內(nèi)輸送到泡沫發(fā)生器，再與空壓機(jī)輸送來(lái)的氮?dú)饣旌闲纬膳菽?，可以靈活地調(diào)節(jié)和控制液體、氮?dú)獾牧髁看笮?，并且保持穩(wěn)定，獲得不同的泡沫氣液比和泡沫質(zhì)量。簡(jiǎn)述降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置的鉆井過(guò)程。在欠平衡鉆井時(shí)，氮?dú)馀菽@井液由鉆柱井口注入，流經(jīng)鉆柱，鉆頭，在井底攜帶鉆頭破碎的巖屑與地層產(chǎn)出流體后，由環(huán)空返出地面。泡沫經(jīng)泡沫發(fā)生器進(jìn)入油管和連續(xù)管油管組成的環(huán)空間隙，沿著轉(zhuǎn)向器的內(nèi)壁進(jìn)入環(huán)空，然后攜巖上返，經(jīng)出口進(jìn)入機(jī)械消泡裝置進(jìn)行消泡。消泡后的基液由離心泵輸送到基液儲(chǔ)存罐，完成循環(huán)。氮?dú)馀菽且环N分散的均勻流體，自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了氮?dú)馀菽黧w具有許多優(yōu)點(diǎn)，如氮?dú)鉃槎栊詺怏w與其它氣體(天然氣或氧氣)等相比，對(duì)鉆具和設(shè)備沒(méi)有腐蝕性，而且防火防爆安全性好。氮?dú)馀菽黧w在石油工業(yè)的鉆井、完井、采油以及壓裂酸化等領(lǐng)域都顯示出很大的應(yīng)用潛力。本實(shí)用新型的有益效果在環(huán)空中注入泡沫可降低井底圍壓。由于泡沫的密度比較低，孔內(nèi)的沖洗介質(zhì)的靜液柱壓力也比較低，減小了在孔底形成粉墊，有利于提高鉆進(jìn)效率。結(jié)合圍壓對(duì)射流噴頭射流壓力的影響，通過(guò)環(huán)空注入氮?dú)馀菽档途讎鷫?，從而得到提高破巖效率。同時(shí)增加井眼在油藏中的長(zhǎng)度、擴(kuò)大泄油面積、提高采收率、降低油井管·理和環(huán)境保護(hù)等費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

圖I是Carl Landers發(fā)明的徑向水平鉆井系統(tǒng)。圖2是Michael Uthe發(fā)明的徑向水平鉆井系統(tǒng)。圖3是Roderick D. McLeod提出的水力噴射側(cè)鉆系統(tǒng)。圖4是David A. Belew提出的促進(jìn)水平井鉆井方法與系統(tǒng)。圖5是本實(shí)用新型降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_油管錨，2-定向接頭，3-限位接頭，4-轉(zhuǎn)向器，5-撓性管，6-清水射流噴頭，7-泡沫發(fā)生器，8-管線，9-套管，10-油管。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I :參閱圖5。降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置，包括泡沫發(fā)生器7、徑向水平鉆井系統(tǒng)和消泡裝置。在井下套管9內(nèi)有徑向水平鉆井系統(tǒng)。徑向水平鉆井系統(tǒng)由油管錨I、定向接頭2、限位接頭3、轉(zhuǎn)向器4、撓性管5、清水射流噴頭6和油管10組成。油管10的下端連接有一個(gè)油管錨I,油管錨I固定在套管9內(nèi)壁上。在油管錨I的下端連接有定向接頭2。定向接頭2的下端螺紋連接有限位接頭3 ;限位接頭3的下端連接轉(zhuǎn)向器4。轉(zhuǎn)向器4內(nèi)有弧形孔。撓性管5穿過(guò)油管10、油管錨I、定向接頭2和限位接頭3的中心孔，同時(shí)撓性管5穿過(guò)轉(zhuǎn)向器4的弧形孔，在撓性管5的下端連接有清水射流噴頭6。清水射流噴頭6上分布有射流噴嘴。在井場(chǎng)上有一臺(tái)泡沫發(fā)生器7和一臺(tái)消泡裝置，泡沫發(fā)生器7的進(jìn)氣口連接一臺(tái)空壓機(jī)，泡沫發(fā)生器7的進(jìn)液口連接注液泵，泡沫發(fā)生器7出口連接管線8。管線8的另一端連通撓性管5和油管10之間的環(huán)形空間。消泡裝置的進(jìn)口連通套管9與油管10之間的環(huán)形空間。消泡裝置的出口有管線連接泡沫發(fā)生器7的回液口。降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置，徑向水平井的工作方式下入轉(zhuǎn)向器4并由油管錨I固定，由定向接頭2通過(guò)電測(cè)確定轉(zhuǎn)向器4的方位。再下入機(jī)械鉆頭通過(guò)轉(zhuǎn)向器4后磨銑套管進(jìn)行開(kāi)窗，起出鉆頭后下入帶有噴嘴的撓性管5，從窗口邊噴射清水介質(zhì)邊進(jìn)入地層。噴嘴布置有往前和往后噴射的孔眼，前部孔眼噴出的射流用于破碎巖石，向后射出的射流產(chǎn)生反作用力，用于推動(dòng)撓性管5及噴嘴在地層中前進(jìn)。移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向器4，可以重復(fù)鉆進(jìn)?；蛘呦氯朕D(zhuǎn)向器4并由油管錨I固定，由定向接頭2通過(guò)電測(cè)確定轉(zhuǎn)向器4的方位后，下入帶有噴嘴的撓性管5，用混和有石英砂的磨料射流作為工作介質(zhì)，直接射穿套管。然后只更換磨料類型，邊噴射磨料射流邊進(jìn)入地層，完成一個(gè)分支井眼的鉆進(jìn)。噴嘴也布置有兩個(gè)方向噴射的孔眼。移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向器4，可以重復(fù)鉆進(jìn)。泡沫經(jīng)泡沫發(fā)生器7進(jìn)入油管和連續(xù)管油管組成的環(huán)空間隙，沿著轉(zhuǎn)向器4的內(nèi)壁進(jìn)入環(huán)空，然后攜巖上返，經(jīng)出口進(jìn)入機(jī)械消泡裝置進(jìn)行消泡。消泡后的基液由離心泵輸送到基液儲(chǔ)存罐，完成循環(huán)。其中，可以通過(guò)控制計(jì)量泵的排量和空壓機(jī)的氣量來(lái)控制泡 沫氣液比，并可實(shí)現(xiàn)不同的泡沫環(huán)空上返速度。泡沫進(jìn)入環(huán)空后，環(huán)空的液柱壓力降低，同時(shí)由于環(huán)空與水平井眼連通，所以水平段的靜液壓力降低，即井底圍壓降低，又由于在相同圍壓條件下，隨著射流壓力的升高，參與破巖的射流流量增大，射流的流速和水功率相對(duì)增力口，與低射流壓力相比，同一截面上的壓力增大，因此破巖能力相對(duì)增大；另外，隨著射流壓力的升高，射流的卷吸能力增加，參與破巖的射流能量增加，射流的沖擊、剪切及拉伸作用加強(qiáng)，破巖能力相對(duì)增強(qiáng)?？梢?jiàn)，當(dāng)井底圍壓降低時(shí)，相當(dāng)于射流壓力升高，從而提高了水射流噴頭6的破巖效率。
權(quán)利要求1. 一種降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置，包括泡沫發(fā)生器(7)、徑向水平鉆井系統(tǒng)和消泡裝置，其特征是 在井下套管(9)內(nèi)有徑向水平鉆井系統(tǒng)，徑向水平鉆井系統(tǒng)主要由油管錨(I)、定向接頭(2)、限位接頭(3)、轉(zhuǎn)向器(4)、撓性管(5)、清水射流噴頭(6)和油管(10)組成，油管(10)的下端連接有一個(gè)油管錨(1)，油管錨(I)固定在套管(9)內(nèi)壁上；在油管錨(I)的下端連接有定向接頭⑵；定向接頭⑵的下端螺紋連接有限位接頭⑶；限位接頭⑶的下端連接轉(zhuǎn)向器⑷；轉(zhuǎn)向器⑷內(nèi)有弧形孔；撓性管(5)穿過(guò)油管(10)、油管錨(I)、定向接頭(2)和限位接頭(3)的中心孔，同時(shí)穿過(guò)轉(zhuǎn)向器(4)的弧形孔，在撓性管(5)的下端連接有清水射流噴頭￠);清水射流噴頭(6)上帶有射流噴嘴； 在井場(chǎng)有泡沫發(fā)生器(7)和消泡裝置，泡沫發(fā)生器(7)的進(jìn)氣口連接一臺(tái)空壓機(jī)，泡沫發(fā)生器(7)的進(jìn)液口連接注液泵，泡沫發(fā)生器(7)出口連接管線(8);管線(8)的另一端連通撓性管(5)和油管(10)之間的環(huán)形空間；消泡裝置的進(jìn)口連通套管(9)與油管(10)之間的環(huán)形空間；消泡裝置的出口有管線連接泡沫發(fā)生器(7)的回液口。
專利摘要降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的裝置，應(yīng)用于徑向水平井鉆井。包括泡沫發(fā)生器、徑向水平鉆井系統(tǒng)和消泡裝置。油管的下端連接油管錨，油管錨固定在套管內(nèi)壁上；在油管錨的下端連接有定向接頭；定向接頭的下端螺紋連接有限位接頭；限位接頭的下端連接轉(zhuǎn)向器；轉(zhuǎn)向器內(nèi)有弧形孔；撓性管穿過(guò)油管、油管錨、定向接頭和限位接頭的中心孔，同時(shí)穿過(guò)轉(zhuǎn)向器的弧形孔，在撓性管的下端連接有清水射流噴頭。在井場(chǎng)有泡沫發(fā)生器和消泡裝置。效果是通過(guò)環(huán)空注入氮?dú)馀菽?，降低井底圍壓，從而得到提高破巖效率。同時(shí)增加井眼在油藏中的長(zhǎng)度、擴(kuò)大泄油面積、提高采收率、降低油井管理和環(huán)境保護(hù)費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)E21B7/18GK202596579SQ20122015797
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者李根生, 黃中偉, 畢剛, 何愛(ài)國(guó), 馬東軍, 申瑞臣, 遲煥鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院