專利名稱：噴射反沖式井內(nèi)割管器及其揭露礦層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于可溶性礦床或流體礦床分層開采的井內(nèi)割管裝置及揭露其礦層的方法。
由于可溶性礦床或流體礦床分層開采，其過程必然涉及礦層的逐層揭露?，F(xiàn)有技術(shù)中，礦層的鉆井內(nèi)揭露方法，主要有射孔、爆破、機械切割三種。射孔方法主要應(yīng)用在油田而對于可溶性礦床則揭露不完全，且成本較高，爆破方法的缺陷是前、后期工作量大，可靠性差，技術(shù)有待完善;機械切割方法由于其切割器械的性能有限而發(fā)展緩慢。從資料看，機械割管裝置用于可溶性礦床或流體礦床，還存在很大局限性。如美國第3419077號專利公開的井內(nèi)割管器，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，它通過鉆桿內(nèi)液壓推動割管器內(nèi)活塞而使三片割刀張開向上切割，泄壓后自然收刀;盡管它的切割深度較大，但工作過程中受到的反扭矩也大，易于斷刀，這種裝置不適于有腐蝕性的可溶性礦床及流體礦床?！短降V工程》一九八六年第二期刊載的水壓多徑割管器，是利用鉆桿中的水壓推動活塞及頂針將三只刀片頂出，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損壞和切割深度小的缺陷，不能破壞套管外水泥環(huán)。所述兩種割管裝置都沒有考慮作業(yè)時的液流循環(huán)，不能充分揭露礦層。
本發(fā)明的目的是，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的噴射反沖式井內(nèi)割管器，可有效地切割井內(nèi)套管和破壞固井水泥環(huán)，并能用其揭露可溶性礦床或流體礦床。
本發(fā)明的另一目的是，設(shè)計一種利用所述反沖式井內(nèi)割管器之結(jié)構(gòu)原理充分揭露可溶性礦床及流體礦床礦層的方法，具有可靠性好、工藝簡單、成本低等特點。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述噴射反沖式井內(nèi)割管器有上端帶連接螺紋的連接桿體，其結(jié)構(gòu)特點是，所述連接桿體中有豎孔，它的下端是割管器體，該割管器體為中部較粗而兩端面較小的柱狀結(jié)構(gòu)，其一側(cè)柱面裝有主刀片組，所述主刀片組由裝在割管器體中部的主刀片和其兩端的端刀片組成，所述割管器體另一側(cè)柱面與所述主刀片對應(yīng)位置處有徑向噴嘴孔，該噴嘴孔裝有小口朝外的收斂型噴嘴，它同所述連接桿體的豎孔連通。還可在主刀片組兩側(cè)設(shè)置相互對稱的兩組或兩組以上的副刀片組，其構(gòu)成與主刀片組相同。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的割管器做出進一步說明。
由圖1和圖2可知，本發(fā)明所述割管器有上端帶連接螺紋(2)而用以同鉆桿連接的連接桿體(1)，其設(shè)計特點是，所述連接桿體(1)中有豎孔(9)，其下端是割管器體(11)，該割管器體(11)為中部較粗而兩端面較小的柱狀結(jié)構(gòu)，其一側(cè)柱面裝有主刀片組(5)，所述主刀片組(5)由裝在中部的主刀片(6)和其兩端的端刀片(7)(8)組成;所述割管器體(11)另一側(cè)柱面與所述主刀片(6)對應(yīng)位置處(即可以理解為二者分別處在所述柱體橫截面的同一直徑兩端)有徑向噴嘴孔(10)，該噴嘴孔(10)裝有小口朝外的收斂形噴嘴(13)，它同所述豎孔(9)相連通。還可在主刀片組(5)兩側(cè)設(shè)置與主刀片組(5)構(gòu)成相同的兩組(每側(cè)一組)或兩組以上相互對稱的副刀片組(12)(16)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述揭露可溶性或流體礦床層的方法是，建立穿透礦層的鉆井，井壁內(nèi)層為金屬套管而外層為固井水泥環(huán)，由下至上逐層揭露，本發(fā)明方法的特點是，對一層礦床的揭露在于，利用一個接在鉆桿底端并由鉆桿帶動其旋轉(zhuǎn)且一側(cè)有徑向噴嘴而另一側(cè)有刀片的割管裝置，由井上經(jīng)鉆桿提供的壓力流體經(jīng)該裝置的噴嘴噴出而形成的噴射液流產(chǎn)生的反沖力作為所述刀片切割套管的正壓力，對套管進行切割，套管割斷后所述液流繼續(xù)從噴嘴噴出并經(jīng)套管割縫沖刷破壞相應(yīng)部位的固井水泥環(huán)和礦層而在礦層中形成適當空間，然后將所述割管裝置提升適當距離重復(fù)所述切割套管及沖刷破壞固井水泥環(huán)和礦層過程，由此實現(xiàn)由下至上對套管的逐段切割及對相應(yīng)部位水泥環(huán)與礦層逐段沖刷破壞，使礦層裸露。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的方法作出進一步描述。
參見圖3至圖6。由圖3可知，本發(fā)明方法是，建立穿透礦層的鉆井，鉆井內(nèi)壁為金屬套管(19)而外層為固井水泥環(huán)(17)，由下至上逐層揭露，其設(shè)計特點是，對一層礦床的揭露在于，利用一個接在鉆桿(18)底端并由該鉆桿帶動其旋轉(zhuǎn)的割管裝置(26)(該裝置一側(cè)有徑向噴嘴而另一側(cè)有刀片)，由井上經(jīng)鉆桿(18)提供的壓力流體經(jīng)該裝置(26)的噴嘴噴出而形成的噴射流體(21)產(chǎn)生的反沖力作為所述刀片切割套管的正壓力，對套管(9)進行切割，參見圖4，套管(19)割斷后所述噴射液流(21)繼續(xù)從噴嘴噴出并經(jīng)套管割縫沖刷破壞相應(yīng)部位的固井水泥環(huán)和礦層而在礦層中形成適當空間(25)，然后將所述割管裝置提升適當距離(參見圖5)重復(fù)所述切割套管及沖刷破壞固井水泥環(huán)和礦層的過程，由此實現(xiàn)由下至上對套管的逐段切割及對相應(yīng)部位水泥環(huán)與礦層逐段沖刷破壞，割下包括套管和固井水泥環(huán)的筒狀體(27)落入所述空間(25)下部(參見圖6)，使礦層裸露。
本發(fā)明的設(shè)計原理是，所述割管器體(11)的噴嘴(3)設(shè)置在同主刀片(6)相對應(yīng)的位置，使由壓力流體形成的噴射液流產(chǎn)生的反沖力充分提供給所述主刀片組(5)做為切割正壓力，實驗證明，其穩(wěn)定性和可靠性很好。噴射液流還可以冷卻刀具及套管切割部位、沖刷割縫、清潔井筒?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)噴射液流的壓力和更換不同規(guī)格的噴嘴而調(diào)整切割正壓力。為了產(chǎn)生更好的切割效果，設(shè)置了副刀片組(12)(16)。割管器體(11)設(shè)計成中部較粗而兩端面較小的結(jié)構(gòu)，便于它的下井與上提，亦有利于切割。對于本發(fā)明所述方法，噴射液流沖刷到可溶性礦層后，礦層相關(guān)部份即被溶蝕而形成所述空間，其底部可堆放逐段割下的筒狀體。本發(fā)明的裝置和方法適于可溶性及流體礦床(如巖鹽、鉀石鹽、芒硝、天然堿、硫磺、天然鹵水、石油、天然氣等)的礦層揭露，亦可用所述割管器在鉆井中進行其它用途的套管切割。因其結(jié)構(gòu)關(guān)系，本發(fā)明的割管器用于可溶性及流體礦床時，較已有技術(shù)具有更好的耐腐蝕性。
由以上可知，本發(fā)明的噴射反沖式井內(nèi)割管器可有效地切割井內(nèi)套管和破壞固井水泥環(huán)、揭露可溶性及流體礦床，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的特點;本發(fā)明的方法用于揭露所述礦層，具有可靠性好、工藝簡單、成本低和實用性強的特點，特別適用于多礦層可溶性礦床在鉆井內(nèi)的從下至上的逐層開采工藝。
實施例按照附圖及上述結(jié)構(gòu)與步驟的本發(fā)明割管器與方法，用于揭露巖鹽礦層。
參見圖1與圖2，割管器體(11)中部外徑120mm，適合切割φ139.7×7.72mm套管，所述刀片組為三組共九片;噴嘴(3)為收斂園錐形，噴口直徑和長度分別為9mm與33.75mm，其收斂角為13.5°，擴散角為8°，流量系數(shù)0.963，適于600mm井深以內(nèi)配以300型黃河水文鉆機作業(yè)(該鉆機為自走式并有轉(zhuǎn)盤和泥漿泵，泵壓力可達3MPa);當泵壓為3MPa時，壓力流體噴出速度近70m/s，沖擊力約50kg，排量約280l/min。
參見圖3至圖6，用所述割管器及本發(fā)明方法，當下部一個層次的鹽巖采掘充分后，在上一個層次巖鹽底板上從套管內(nèi)打一水泥質(zhì)或木質(zhì)的塞(24)，將井筒咸水循環(huán)洗凈而便于作業(yè)時觀察返出液的成份變化，然后下入割管器到預(yù)定位置，打開回轉(zhuǎn)器使鉆桿旋轉(zhuǎn)，再逐漸打開泥漿泵出水閥，調(diào)節(jié)壓力流量使割管器開始切割套管(圖3)，當套管被割斷后，噴射液流沖刷破壞水泥環(huán)，沖刷溶解巖鹽(圖4);從返出液的成份變化判斷一道割縫完成后，上提一段距離(如0.5m)繼續(xù)切割(圖5)，當?shù)诙栏羁p完成后，第一個筒狀體(27)墜落，依此循環(huán)可將礦層要求裸露部位全部揭露出來。


圖1是割管器剖視結(jié)構(gòu)，圖2是其俯視結(jié)構(gòu)。圖3至圖6是本發(fā)明所述方法的有關(guān)步驟示意圖。在圖中1-連接桿體，2-連接螺紋，3-收斂型噴嘴，4-定位螺拴，5-主刀片組，6-主刀片，7、8-端刀片，9-豎孔，10-噴嘴孔，11-割管器體，12、16-副刀片組，17-固井水泥環(huán)，18-鉆桿，19-套管，20-礦層，21-噴射液流，22-礦層底板，23-切屑，24-塞，25-空間，26-割管裝置，27-筒狀體，28-接頭。
權(quán)利要求
1.一種噴射反沖式井內(nèi)割管器，有上端帶連接螺紋(2)的連接桿體(1)，其特征是，連接桿體(1)中有豎孔(9)，其上端是割管器體(11)，該割管器體(11)為中部較粗而兩端面較小的柱狀結(jié)構(gòu)，其一側(cè)柱面裝有主刀片組(5)，所述主刀片組(5)由裝在中部的主刀片(6)和兩端的端刀片(7)(8)組成，割管器體(11)另一側(cè)柱面與所述主刀片(6)對應(yīng)位置處有徑向噴嘴孔(10)，該孔(10)裝有小口朝外的收斂型噴嘴(3)并同豎孔(9)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射反沖式井內(nèi)割管器，其特征是，在主刀片組(5)兩側(cè)有兩組或兩組以上且相互對稱的副刀片組(12)(16)，所述副刀片組與主刀片組(5)的組成相同。
3.一種揭露可溶性礦床或流體礦床礦層的方法，該方法是，建立穿透礦層的鉆井，鉆井內(nèi)層為金屬套管而外層為固井水泥環(huán)，由于至上逐層揭露，其特征在于，對一層礦床的揭露是，利用一個接在鉆桿底端并由鉆桿帶動其旋轉(zhuǎn)且一側(cè)有徑向噴嘴而另一側(cè)有刀片的割管裝置，由井上經(jīng)鉆桿提供的壓力流體經(jīng)該裝置的噴嘴噴出而形成的噴射液流產(chǎn)生的反沖力作為所述刀片切割套管的正壓力，對套管進行切割，套管割斷后所述流體繼續(xù)從噴嘴噴出并經(jīng)套管割縫沖刷破壞相應(yīng)部位的固井水泥環(huán)和礦層而在礦層中形成適當空間，然后將所述割管裝置提升適當距離重復(fù)所述切割套管及沖刷破壞固井水泥環(huán)和礦層過程，由此實現(xiàn)由下至上對套管的逐段切割及對相應(yīng)部位水泥環(huán)與礦層逐段沖刷破壞，使礦層裸露。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鉆井的噴射反沖式井內(nèi)割管器和揭露可溶性及流體礦床礦層的方法。所述有連接桿體的割管器體為中部較粗而兩端面較小的柱狀結(jié)構(gòu)，其一側(cè)有主刀片組而另一側(cè)有帶收斂型噴嘴的孔與連接桿體中的豎孔相通。所述方法是，隨鉆桿轉(zhuǎn)動的所述割管器用噴嘴的噴射反沖力作為切割正壓力而切斷套管，然后噴流破壞相應(yīng)處的固井水泥環(huán)和礦層而在礦層形成空間，如此由下至上逐段切割套管并沖刷破壞水泥環(huán)與礦層，使礦層裸露。
文檔編號E21B43/00GK1100177SQ93111689
公開日1995年3月15日 申請日期1993年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月10日
發(fā)明者樊傳忠, 庹智平 申請人:湖南省湘澧鹽礦