專利名稱：井下高壓水力射孔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于從井中開采油、氣、水；可溶解或溶化物質(zhì)或礦物泥漿的方法或設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
在地下開采石油和天然氣，傳統(tǒng)的工藝是在地面上打井，然后在井下用射孔彈射孔，來開采石油和天然氣。采用此工藝，成本高，射孔彈的射程不超過1米，所射的孔徑也很小，影響到油和天然氣的開采量，而且射孔彈在運輸過程中很不安全。近年來有人發(fā)明高壓水力射孔器在井下巖石上射孔，由于射孔槍的噴咀不能隨動，所射的孔仍然很淺。專利號為2203778A、發(fā)明名稱為《一種改進的油井鉆孔裝置和方法》的英國專利，采用沖孔機構(gòu)在油、氣井內(nèi)的套管上沖孔，射孔槍的噴咀從沖孔器沖頭中伸出，噴射出高壓水流，在油、氣井套管外的巖石上邊前進邊射孔，沖孔機構(gòu)和射孔槍由控制機構(gòu)來控制作業(yè)。該專利與其它相類似的水力射孔器相比，采用了隨動射孔槍裝置，所射的孔深度有所增加，但結(jié)構(gòu)很復雜，作業(yè)時很容易出故障，成本高，所射的孔徑小，孔的深度達不到高產(chǎn)要求。
上述英國專利的沖孔機構(gòu)，由高壓液體推動活塞在缸體內(nèi)上、下移動，活塞與連桿組件推動凸輪機構(gòu)然后再推動楔體運動來驅(qū)使沖頭在油、氣井套管壁上沖孔。該沖頭的結(jié)構(gòu)為在圓柱體一端連有楔體、另一端通過螺紋聯(lián)接有圓柱底座。采用這種結(jié)構(gòu)以及聯(lián)接方式的沖頭，安裝沖頭時，沖頭楔體的刃部很難與油、氣井套管的軸線平行，一但沖頭刃部與油、氣井內(nèi)套管的軸線不平行時，沖頭需很大的力才能將油、氣井內(nèi)的套管沖裂，使力過大，沖頭很容易被損壞，又能將油、氣井內(nèi)的套管沖破，影響到油、氣井的安全生產(chǎn)。
上述英國專利射孔槍的噴咀，是在噴咀殼體內(nèi)裝有直的噴水管。采用這種結(jié)構(gòu)的噴咀在巖石上射孔，實際上所射的孔徑小，孔淺，不能實現(xiàn)油、氣井的高產(chǎn)要求。該噴咀的前端面與被侵徹的巖石面接觸，噴咀與巖石面之間的射距為零，高壓水流所射的孔徑小，孔淺，而且噴咀的前端面很容易被損壞，這種噴咀使用壽命短。此外，該噴咀在沖頭伸出的同時，從沖頭內(nèi)伸出，當油、氣井的管壁比較厚時，在沖頭還設(shè)有把油、氣井的套管沖裂前，噴咀已移到油、氣井的套管壁上，很容易將噴咀撞壞。一但噴咀被損壞，需停止作業(yè)，將整個裝置從井下取出，更換噴咀，影響了作業(yè)進程。
上述英國專利的控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)采用裝有增壓的氮氣推動氣缸內(nèi)柱形活塞上的儲壓器活塞移動，使柱形活塞移動來控制高壓液體進入射孔槍和沖孔機構(gòu)，沖孔機構(gòu)的活塞在沖孔缸體內(nèi)移動、通過凸輪機構(gòu)來推動沖頭移動，在油、氣井套管壁上沖孔，同時，射孔槍的活塞移動推動射孔槍的噴咀從沖孔機構(gòu)的沖頭內(nèi)伸出，并噴出高壓水流，該控制機構(gòu)增加一套氣體推動裝置，氣體推動裝置很容易出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，給使用和維修增加了工作量，結(jié)構(gòu)復雜、成本高。
本實用新型的目的在于克服上述專利的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易將井下套管沖裂，所射的孔徑大且孔深、使用方便、維修簡單的井下高壓水力射孔器。
為達到上述目的，本實用新型采用的解決方案是它包括設(shè)置在殼體內(nèi)下部的沖孔機構(gòu)、上部的控制機構(gòu)、以及設(shè)置在控制機構(gòu)與沖孔機構(gòu)之間裝有噴咀的射孔槍，控制機構(gòu)通過進程管和回程管與沖孔機構(gòu)和射孔槍相聯(lián)通。本實用新型的沖孔機構(gòu)包括一端設(shè)有沖孔進程管接頭或接孔、另一端設(shè)有沖孔端蓋以及沖孔回程管接頭或接孔的沖孔缸體，包括設(shè)置在沖孔缸體內(nèi)的沖孔活塞，也包括穿插出沖孔端蓋且一端與沖孔活塞聯(lián)接、另一端與楔體聯(lián)接的沖孔活塞桿，包括在楔體上放置的與沖頭安裝座聯(lián)接的沖頭。本實用新型射孔槍的噴咀為旋流噴咀，該旋流噴咀設(shè)置在沖孔機構(gòu)的沖頭內(nèi)，可在沖頭內(nèi)伸出或縮回。本實用新型的控制機構(gòu)包括設(shè)有控制進程管接頭或接孔和控制回程管接頭或接孔的控制缸體，包括設(shè)置在控制缸體內(nèi)一側(cè)的閥芯、以及另一側(cè)能使閥芯改變位移的彈性體，在閥芯中部徑向設(shè)有閥芯上活塞和閥芯下活塞將閥芯與控制缸體內(nèi)壁之間分割成進程腔、回程腔和控制腔，在閥芯軸向加工有與閥芯徑向孔相聯(lián)通的閥芯軸向孔，包括設(shè)有進水管接頭或接孔且與控制缸體聯(lián)接的控制端蓋。本實用新型還包括設(shè)置在殼體內(nèi)回程管與射孔槍之間的單向閥和穩(wěn)壓器，該單向閥和穩(wěn)壓器能使沖孔機構(gòu)的沖頭先沖孔，然后射孔槍的噴咀從沖頭的孔中伸出同時噴射出高壓旋轉(zhuǎn)水流。
本實用新型沖孔機構(gòu)的沖頭為在柱體的一端設(shè)有與柱體連為一體的沖頭楔體、另一端設(shè)有至少為三棱柱的多棱柱底座且與柱體連為一體。
本實用新型沖孔機構(gòu)沖頭的柱體可以是矩形柱體、可以是階梯形柱體、也可以是圓柱體。
本實用新型射孔槍的旋流噴咀為在噴咀殼體的一端設(shè)有噴咀管接頭或接孔，在噴咀殼體內(nèi)一側(cè)設(shè)表面加工有能使流體改變流動方向的旋流槽或旋流孔的旋流子，噴咀殼體內(nèi)另一側(cè)構(gòu)成錐體狀旋流腔，在錐體狀旋流腔的頂端加工有噴射孔，噴咀殼體的外側(cè)加工有排屑槽，在噴咀殼體的另一端設(shè)有定距爪。
本實用新型射孔槍的旋流噴咀內(nèi)旋流子表面上加工的旋流槽或旋流孔有2～8道或個，加工在該旋流子的側(cè)面，噴咀殼體內(nèi)右側(cè)錐體狀旋流腔側(cè)面的切平面與中心平面的二面角α取值范圍為30°≤α≤75°。
本實用新型射孔槍的旋流噴咀殼體內(nèi)旋流子表面旋流槽或旋流孔的中心線與旋流子中心線的夾角β取值范圍為25°≤β≤75°。
本實用新型與《一種改進的油井鉆孔裝置和方法》相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、裝配和操作簡便、維修簡單、所射的孔孔徑大且孔深等優(yōu)點。本實用新型在巖石靶上進行打孔試驗，在厚度為300～500mm的不同硬度巖石靶上打孔，打出的孔徑可達60mm，在厚為500mm和700mm的兩塊巖石靶上打孔，能將兩塊巖石射穿。本實用新型若在油、氣井下套管外的巖石層射孔，旋流噴咀邊射孔、邊前進，所射的孔孔深度可達2.5～3m，可實現(xiàn)油、氣井高產(chǎn)的目的。


圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是
圖1中沖頭一個實施例的主視圖。
圖3是圖2的左視圖。
圖4是圖2的俯視圖。
圖5是圖2的剖視圖。
圖6是
圖1中沖頭另一個實施例的主視圖。
圖7是圖6的左視圖。
圖8是圖6的俯視圖。
圖9是圖6的剖視圖。
圖10是
圖1中沖頭與沖頭安裝座的聯(lián)接示意圖。
圖11是
圖1、10中沖頭安裝座的主視圖。
圖12是
圖11的俯視圖。
圖13是
圖10中壓板的主視圖。
圖14是
圖1中旋流噴咀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15是
圖14的右視圖。
圖16是
圖14中旋流子的主視圖。
圖17是
圖16的左視圖。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細說明。
在
圖1中，殼體49安裝在油、氣井內(nèi)的套管50內(nèi)，在殼體49內(nèi)的下部安裝有沖孔機構(gòu)。本實施例的沖孔機構(gòu)由沖孔缸體30、沖孔端蓋24、沖孔活塞27、沖孔活塞桿23、沖孔活塞密封圈28、沖孔活塞桿密封圈25、楔體22、沖頭安裝座31、沖頭32、墊塊21、沖孔進程管接頭29、沖孔回程管接頭26聯(lián)接構(gòu)成。沖孔缸體30安裝在殼體49內(nèi)的下部，在沖孔缸體30的上端通過螺紋聯(lián)接有沖孔端蓋24，在沖孔缸體30外上部右側(cè)安裝有沖孔回程管接頭26，在沖孔缸體30外下端安裝有沖孔進程管接頭29。在沖孔缸體30內(nèi)安裝有沖孔活塞27，沖孔活塞27的外圍安裝有沖孔活塞密封圈28，沖孔活塞密封圈28起密封作用，以防沖孔活塞27一側(cè)的高壓水流入另一側(cè)。沖孔活塞桿23從沖孔端蓋24的中心位置穿插出，沖孔活塞桿23的下端與沖孔活塞27連為一體、上端與楔體22連為一體，沖孔活塞桿23與沖孔端蓋24之間安裝有沖孔活塞桿密封圈25，以防沖孔缸體30內(nèi)的高壓水流入沖孔缸體30外。墊塊21安裝在楔體22與殼體49之間，起支撐作用。在楔體22的斜面上放置有與沖頭32聯(lián)接的沖頭安裝座31。
圖2～5給出了本實用新型沖頭32的一個實施例，本實施例的沖頭32為階梯形沖頭。在
圖1～5中，階梯形沖頭由沖頭楔體32-1、階梯形四棱柱體32-2、四棱柱底座32-3構(gòu)成。階梯形四棱柱體32-2的一端與沖頭楔體32-1連為一體、另一端與四棱柱底座32-3連為一體，在沖頭楔體32-1、階梯形四棱柱體32-2、四棱柱底座32-3的中心位置加工有通孔。沖頭楔體32-1的前后兩平面平行、上下兩平面的二面角為90°，四棱柱底座32-3的豎截面為矩形。本實施例采用四棱柱底座32-3、以及四棱柱底座32-3與階梯形四棱柱體32-2連為一體結(jié)構(gòu)，克服了柱體與圓柱底座用螺紋聯(lián)接、以及采用圓柱底座結(jié)構(gòu)在安裝沖頭32時，沖頭楔體32-1的刃部與油、氣井內(nèi)套管50軸線不平行的弊端，使沖頭32在較小的推動力的作用下很容易將油、氣井內(nèi)的套管50沖裂。階梯形沖頭所需的進給力較小，在不增加進給力的情況下，能將較厚的油、氣井內(nèi)的套管50沖裂。
圖6～9給出了本實用新型沖頭的另一個實施例，本實施例為圓柱形沖頭。在
圖1、6～9中，圓柱形沖頭由沖頭楔體32-4、圓柱體32-5、四棱柱底座32-6構(gòu)成。圓柱體32-5的一端與沖頭楔體32-4連為一體、另一端與四棱柱底座32-6連為一體，在沖頭楔體32-4、圓柱體32-5和四棱柱底座32-6的中心位置加工有通孔，沖頭楔體32-4的結(jié)構(gòu)、四棱柱底座32-6的結(jié)構(gòu)與梯形沖頭的沖頭楔體32-1、四棱柱底座32-3的結(jié)構(gòu)相同。采用圓柱形沖頭，適用于沖裂油、氣井內(nèi)管壁較薄的套管50，沖頭32將油、氣井內(nèi)的套管50沖裂后，沖頭32的圓柱體32-5緊塞在油、氣井內(nèi)套管50管壁的裂縫內(nèi)，具有良好的密封性，使得本實用新型噴射出高速高壓水流沖擊到油、氣井內(nèi)套管50外的巖石上時，返流回來的巖屑不能進入本實用新型內(nèi)。
圖10～13給出了沖頭與沖頭安裝座的聯(lián)接示意圖，在
圖1～13中，本實施例的沖頭安裝座31的上表面與沖頭四棱柱底座32-3(32-6)的下表面平行、下表面的形狀與楔體22斜面的傾斜角度相同但方向相反，在沖頭安裝座31的上表面有四個螺孔，在四個螺孔之間縱向加工有一個矩形槽，矩形槽的長、寬、深度與沖頭32的四棱柱底座32-3(32-6)的長、寬、高度相同，使得沖頭32的四棱柱底座32-3(32-6)放置在沖頭安裝座31的矩形槽內(nèi)，在矩形槽的中心有一個孔，孔徑與沖頭32的中心孔徑相同，在沖頭安裝座31的右側(cè)面中心位置有一個與矩形槽中心孔相聯(lián)通且孔徑相同的孔。本實施例的壓板31-1為矩形，在壓板31-1上有兩個通孔，兩個通孔的中心距與沖頭安裝座31矩形槽一側(cè)兩個螺孔的中心距相同。安裝沖頭32時，將沖頭32的四棱柱底座32-3(32-6)放置在沖頭安裝座31的矩形槽內(nèi)，用螺紋緊固聯(lián)接件31-2將壓板31-1固定在沖頭安裝座31上。采用這種聯(lián)接方式，使得沖頭32的沖頭楔體32-1(32-4)的刃部很容易與油、氣井內(nèi)的套管50軸線平行。
在
圖1中，本實施例的射孔槍是由聯(lián)接頭39、進程缸體37、回程缸體43、進程活塞18、回程活塞42、射孔槍活塞桿16、進程活塞密封圈19、回程活塞密封圈41、射孔槍活塞桿密封圈40、導管35、高壓軟管34、旋流噴咀33、射孔進程管接頭38、射孔回程管接頭14聯(lián)接構(gòu)成。本實施例的聯(lián)接頭39是在一個中圓柱39-2的上、下各有與中圓柱39-2連為一體的上圓柱39-3、下圓柱39-1構(gòu)成，中圓柱39-2的直徑略小于殼體49的內(nèi)徑，上圓柱39-3、下圓柱39-1的直徑小于進程缸體37和回程缸體43的內(nèi)徑，聯(lián)接頭39的中心位置有一個通孔。聯(lián)接頭39放置在殼體49內(nèi)，進程缸體37的上端與聯(lián)接頭39的中圓柱39-2通過螺紋聯(lián)接，回程缸體43的下端與聯(lián)接頭39的中圓柱39-2通過螺紋聯(lián)接，進程缸體37內(nèi)壁與聯(lián)接頭39的下圓柱39-1之間、回程缸體43內(nèi)壁與聯(lián)接頭39的上圓柱39-3之間形成一空腔，在進程缸體37上部外側(cè)裝有射孔進程管接頭38、與聯(lián)接頭39與下圓柱39-1之間的空腔相聯(lián)通，在回程缸體43下部外側(cè)裝有射孔回程管接頭14、與聯(lián)接頭39與上圓柱39-3之間的空腔相聯(lián)通。在進程缸體37內(nèi)裝有進程活塞18、進程活塞18的外圍裝有進程活塞密封圈19，在回程缸體43內(nèi)裝有回程活塞42，回程活塞42的外圍裝有回程活塞密封圈41，在聯(lián)接頭39的中心孔內(nèi)裝有射孔槍活塞桿密封圈40，射孔槍活塞桿16從聯(lián)接頭39中心孔內(nèi)的射孔槍活塞桿密封圈40中穿插出、上端與回程活塞42連為一體、下部與進程活塞18通過螺紋聯(lián)接或靜配合聯(lián)接、下端與高壓軟管34的上端通過螺紋聯(lián)接，高壓軟管34的下端從沖頭安裝座31側(cè)面的孔中穿入與放置在沖頭32中心孔中的旋流噴咀33聯(lián)接，高壓軟管34放置在導管35內(nèi)，導管35的上端與進程缸體37下端聯(lián)接、下端與沖頭安裝座31右側(cè)面聯(lián)接。在射孔活塞桿16的下部軸向加工有射孔活塞桿軸向孔36、徑向加工有與該孔相聯(lián)通的射孔活塞桿徑向孔17，射孔活塞桿軸向孔36與高壓軟管34相聯(lián)通。當高速高壓水流入進程缸體37內(nèi)，推動進程活塞18向下移動，進程活塞18推動高壓軟管34使旋流噴咀33從沖孔機構(gòu)的沖頭32內(nèi)伸出，同時高速高壓水流進入射孔槍活塞桿徑向孔17，流經(jīng)射孔槍活塞桿軸向孔36和高壓軟管34，從旋流噴咀33噴出。
圖14～17給出了本實用新型旋流噴咀33一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，在
圖1、14～17中，本實施例的旋流噴咀33是由噴咀管接頭33-1、噴咀殼體33-2、旋流子33-3聯(lián)接構(gòu)成。本實施例的旋流子33-3為圓柱形，在旋流子33-3側(cè)面加工有2道旋流槽33-8，旋流槽33-8的徑向截面為正三角形，槽頂角γ為60°，也可加工成徑向截面為矩形槽、或徑向截面為圓形的旋流孔，旋流槽中心線與旋流子中心線的夾角β為25°。旋流子33-3裝入噴咀殼體33-2內(nèi)，在噴咀殼體33-2的左端裝有噴咀管接頭33-1。本實施例旋流噴咀殼體33-2內(nèi)的右側(cè)構(gòu)成錐體狀旋流腔33-6，錐體狀旋流腔33-6側(cè)面的切平面與噴咀殼體33-2中心平面的二面角α為30°，錐體狀旋流腔33-6的頂端加工有噴射孔33-5，高速高壓水流從噴咀管接頭33-1流入經(jīng)旋流子33-3的旋流槽33-8后，在離心力的作用下，形成邊前進、邊旋轉(zhuǎn)中間空的高速旋轉(zhuǎn)流體，從噴射孔33-5噴出。在噴咀殼體33-2的外表面均布加工有6道排屑槽33-7，排屑槽33-7用于將高速高壓水流從噴射孔33-5噴射出時，返回來的巖屑從排屑槽33-7排出。在噴咀殼體33-2的右端均布有6個定距爪33-4，定距爪33-4用于旋流噴咀33在巖石上射孔時，使得噴射孔33-5與巖石面之間始終保持固定的距離，以防旋流噴咀33前進時，噴射孔33-5以及噴咀殼體33-2的右端面被巖石撞壞，同時使得高速高壓中空的圓錐體水射流與巖石面之間保持固定的射距。
設(shè)計人給出本實用新型旋流噴咀33的第二個實施例。在本實施例中，在旋流子33-3的側(cè)面均布加工有5道旋流槽33-8，該旋流槽33-8的形狀與實施例一相同，該旋流槽中心線與旋流子中心線的夾角β為50°。噴咀殼體33-2內(nèi)右側(cè)旋流腔33-6側(cè)面的切平面與噴咀殼體33-2的中心平面的二面角α為52.5°。
設(shè)計人給出本實用新型旋流噴咀33的第三個實施例。在本實施例中，在旋流子33-3的側(cè)面均布加工有8道旋流槽33-8，該旋流槽33-8的形狀與實施例一相同，旋流槽中心線與旋流子中心線的夾角β為75°。噴咀殼體33-2內(nèi)右側(cè)旋流腔33-6側(cè)面的切平面與噴咀殼體33-2的中心平面的二面角為75°。
在
圖1中，在殼體49內(nèi)射孔槍的上端通過聯(lián)接管44聯(lián)接有控制機構(gòu)。本實施例的控制機構(gòu)由控制缸體3、彈簧46、閥芯4、控制端蓋1、進水管接頭2、控制進程管接頭48、控制回程管接頭5、聯(lián)接構(gòu)成，彈簧46為彈性體的一個實施例。本實施例的閥芯4中部有閥芯上活塞7和閥芯下活塞11將控制缸體3內(nèi)壁與閥芯4上端和下端之間分割成進程腔10、回程腔6和控制腔47，在閥芯4的中心位置軸向加工有閥芯軸向孔8，在進程腔10內(nèi)閥芯4的徑向加工有與閥芯軸向孔8相聯(lián)通的閥芯徑向孔9，在控制缸體3內(nèi)的下部裝有彈簧46，閥芯4安裝在彈簧46的上部，在控制缸體3的上端用螺紋聯(lián)接有控制端蓋1，在控制端蓋1上有進水管接頭2，在控制缸體3的外側(cè)裝有控制進程管接頭48和控制回程管接頭5，控制進程管接頭48和控制回程管接頭5與控制缸體3內(nèi)相聯(lián)通。高壓水流從控制端蓋1上的進水管接頭2流入，流經(jīng)閥芯軸向孔8、閥芯徑向孔9，流入進程腔10，當高壓水流的壓力大于彈簧46的彈力時，進程腔10與控制缸體3外側(cè)的控制進程管接頭48相聯(lián)通、回程腔6與控制缸體3外側(cè)的控制回程管接頭5相聯(lián)通，當高壓水流的壓力小于彈簧46的彈力時，控制腔47與控制缸體3外側(cè)的控制進程管接頭48相聯(lián)通、進程腔10與控制缸體3外側(cè)的控制回程管接頭5相聯(lián)通。
在
圖1中，在殼體49內(nèi)還裝有進程管45、回程管20、單向閥15、穩(wěn)壓閥13，穩(wěn)壓閥13為穩(wěn)壓器的一個實施例。進程管45與控制缸體3上的控制進程管接頭48、進程缸體37上的射孔進程管接頭38、沖孔缸體30上的沖孔進程管接頭29相聯(lián)接，回程管20與控制缸體3上的控制回程管接頭5、經(jīng)單向閥15與回程缸體43上的射孔回程管接頭14、沖孔缸體30上的沖孔回程管接頭26相聯(lián)接，在回程缸體43上的射孔回程管接頭14與單向閥15之間聯(lián)接有穩(wěn)壓閥13，穩(wěn)壓閥13的排水管12通到殼體49外。單向閥15使得高壓水只能從回程管20流入回程缸體43內(nèi)，回程缸體43內(nèi)的水不能流入回程管20內(nèi)，單向閥15和穩(wěn)壓閥13用于當進程缸體37內(nèi)高壓水的壓力大于穩(wěn)壓閥13的壓力時，穩(wěn)壓閥13使得回程缸體43與穩(wěn)壓閥13的排水管12相聯(lián)通，回程缸體43內(nèi)的水可經(jīng)穩(wěn)壓閥13的排水管12流出殼體49外，此時進程活塞18開始向下運動，旋流噴咀33才開始從沖孔機構(gòu)的沖頭32內(nèi)伸出，實現(xiàn)先沖孔，后旋流噴咀33伸出，同時噴出高壓水流。
本實用新型的工作原理如下高壓水流從控制機構(gòu)控制端蓋1的進水管接頭2流入，流經(jīng)控制機構(gòu)的閥芯軸向孔8、閥芯徑向孔9，流入進程腔10，當高壓水流的壓力大于彈簧46的彈力時，閥芯4向下移動，進程腔10與控制缸體3外側(cè)的控制進程管接頭48相聯(lián)通，回程腔6與控制缸體3外側(cè)的控制回程管接頭5相聯(lián)通，高壓水流經(jīng)進程管45、一路從沖孔缸體30的沖孔進程管接頭29流入沖孔缸體30內(nèi)推動沖孔活塞27向上移動，由楔體22推動沖頭32在油、氣井的套管50上沖孔，另一路從進程缸體37的射孔進程管接頭38流入進程缸體37內(nèi)，如果流入進程缸體37內(nèi)的高壓水的壓力小于穩(wěn)壓閥13打開的壓力時，進程活塞18不動，如果流入進程缸體37內(nèi)的高壓水的壓力大于穩(wěn)壓閥13打開的壓力時，即沖頭已將油、氣井內(nèi)的套管50沖裂時，回程缸體43內(nèi)的水從穩(wěn)壓閥13的排水管12排出殼體49外，此時進程活塞18向下移動，進程活塞18推動旋流噴咀33從沖頭32內(nèi)伸出，同時進程缸體37內(nèi)高壓水從射孔活塞桿徑向孔17流入、流經(jīng)射孔活塞桿軸向孔36、高壓軟管34，從旋流噴咀33噴射出，浸徹油、氣井內(nèi)套管50外的巖石，實現(xiàn)在巖石上射孔，旋流噴咀33一邊射孔、一邊由進程活塞18推動前進，直至進程活塞18移動到進程缸體37內(nèi)的下端止。本實用新型射完孔后，操作者可操作地面上的壓力裝置，使進入本實用新型控制機構(gòu)控制端蓋1的高壓水流的壓力小于彈簧46的彈力，在彈簧46的彈力作用下，閥芯4向上移動，閥芯4的控制腔47與進程管45相聯(lián)通、進程腔10與回程管20相聯(lián)通，高壓水流經(jīng)閥芯4的閥芯軸向孔8、閥芯徑向孔9、回程管20、進入沖孔缸體30內(nèi)和回程缸體43內(nèi)，沖孔活塞27向下移動、回程活塞42向上移動，旋流噴咀33從已浸徹的巖石孔中縮回到?jīng)_頭32內(nèi)，同時沖頭32縮回到油、氣井的套管50內(nèi)，可進行第二次射孔。
還可根據(jù)上述原理設(shè)計出另外一種具體結(jié)構(gòu)的井下高壓水力射孔器。
權(quán)利要求1.一種井下高壓水力射孔器，包括設(shè)置在殼體[49]內(nèi)下部的沖孔機構(gòu)、上部的控制機構(gòu)，以及設(shè)置在控制機構(gòu)與沖孔機構(gòu)之間裝有噴咀的射孔槍，控制機構(gòu)通過進程管[45]和回程管[20]與沖孔機構(gòu)和射孔槍相聯(lián)通，其特征在于上述的沖孔機構(gòu)它包括一端設(shè)有沖孔進程管接頭[29]、另一端設(shè)有沖孔端蓋[24]以及沖孔回程接管頭[26]的沖孔缸體[30]，它包括設(shè)置在沖孔缸體[30]內(nèi)的沖孔活塞[27]，它也包括穿插出沖孔端蓋[24]且一端與沖孔活塞[27]聯(lián)接、另一端與楔體[22]聯(lián)接的沖孔活塞桿[23]，它還包括在楔體[22]上放置的與沖頭安裝座[31]聯(lián)接的沖頭[32]；上述射孔槍的噴咀為旋流噴咀[33]，設(shè)置在沖孔機構(gòu)的沖頭[32]內(nèi)，可在沖頭[32]內(nèi)伸出；上述的控制機構(gòu)包括設(shè)有控制進程管接頭[48]和控制回程管接頭[5]的控制缸體[3]，它也包括設(shè)置在控制缸體[3]內(nèi)一側(cè)的閥芯[4]、以及另一側(cè)能使閥芯[4]改變位移的彈性體，在閥芯[4]中部徑向設(shè)有閥芯上活塞[7]和閥芯下活塞[11]將閥芯[4]與控制缸體[3]內(nèi)壁之間分割成進程腔[10]、回程腔[6]和控制腔[47]，在閥芯[4]軸向加工有與閥芯徑向孔[9]相聯(lián)通的閥芯軸向孔[8]，還包括設(shè)有進水管接頭[2]且與控制缸體[3]聯(lián)接的控制端蓋[1]；它還包括設(shè)置在殼體[49]內(nèi)回程管[20]與射孔槍之間的單向閥[15]和穩(wěn)壓器，該單向閥[15]和穩(wěn)壓器能使沖孔機構(gòu)的沖頭[32]先沖孔，然后射孔槍的噴咀從沖頭[32]的孔中伸出同時噴射出高壓旋轉(zhuǎn)水流。
2.按照權(quán)利要求1所述的井下高壓水力射孔器，其特征在于所說的沖頭[32]為在柱體的一端設(shè)有與柱體連為一體的沖頭楔體[32-1、32-4]、另一端設(shè)有至少為三棱柱的多棱柱底座且與柱體連為一體。
3.按照權(quán)利要求2所述的井下高壓水力射孔器，其特征在于所說沖頭[32]的柱體可以是矩形柱體、可以是階梯形柱體[32-2]、也可以是圓柱體[32-5]。
4.按照權(quán)利要求1所述的井下高壓水力射孔器，其特征在于所說的旋流噴咀[33]為在噴咀殼體[33-2]的一端設(shè)有噴咀管接頭[33-1]，在噴咀殼體[33-2]內(nèi)一側(cè)設(shè)表面加工有能使流體改變流動方向的旋流槽[33-8]的旋流子[33-3]，噴咀殼體[33-2]內(nèi)另一側(cè)構(gòu)成錐體狀旋流腔[33-6]，在錐體狀旋流腔[33-6]的頂端加工有噴射孔[33-5]，噴咀殼體[33-2]的外側(cè)加工有排屑槽[33-7]，在噴咀殼體[33-2]的另一端設(shè)有定距爪[33-4]。
5.按照權(quán)利要求4所述的井下高壓水力射孔器，其特征在于所說旋流子[33-3]表面上加工的旋流槽[33-8]有2～8道，加工在該旋流子[33-3]的側(cè)面；所說噴咀殼體[33-2]內(nèi)右側(cè)錐體狀旋流腔[33-6]側(cè)面的切平面與中心平面的二面角α取值范圍為30°≤α≤75°。
6.按照權(quán)利要求4所述的井下高壓水力射孔器，其特征在于所說旋流子[33-3]表面旋流槽[33-8]的中心線與旋流子[33-3]的中心線的夾角β取值范圍為25°≤β≤75°。
7.按照權(quán)利要求5所述的井下高壓水力射孔器，其特征在于所說旋流子[33-3]表面旋流槽[33-8]的中心線與旋流子[33-3]的中心線的夾角β取值范圍為25°≤β≤75°。
專利摘要一種井下高壓水力射孔器,殼體下設(shè)由沖孔缸體、沖孔活塞、沖孔活塞桿、楔體、沖頭安裝座、沖頭構(gòu)成的沖孔機構(gòu),殼體上設(shè)由控制缸體、彈性體、閥芯構(gòu)成的控制機構(gòu),在上述機構(gòu)之間設(shè)裝有旋流噴嘴的射孔槍、控制機構(gòu)通過進程管與沖孔機構(gòu)和射孔槍相聯(lián)通、通過回程管與沖孔機構(gòu)相聯(lián)通以及經(jīng)單向閥與射孔槍相聯(lián)通,在單向閥與射孔槍之間設(shè)穩(wěn)壓器?？蓪崿F(xiàn)先沖孔后射孔、旋流噴嘴邊射孔邊前進、所射的孔徑達60mm、孔深達3m。
文檔編號E21B43/11GK2297538SQ9723962
公開日1998年11月18日 申請日期1997年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月20日
發(fā)明者張曦, 張廷漢 申請人:西安市通源科技產(chǎn)業(yè)有限責任公司