處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，涉及用夾帶或不夾帶彈丸的液體或氣體噴射鉆井裝置技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括轉(zhuǎn)換接頭和鉆頭本體，轉(zhuǎn)化接頭內(nèi)設(shè)有分流通道和金屬過濾膜，鉆頭本體內(nèi)設(shè)有中心流道、加熱腔、熔化腔、側(cè)向噴嘴等。分流通道、熔化腔、側(cè)向噴嘴依次聯(lián)通，側(cè)向噴嘴出口位于鉆頭本體側(cè)壁。加熱腔將熱量傳遞到熔化腔，易熔材料微粒在熔化腔內(nèi)被加熱融化從側(cè)向噴嘴噴出，在井壁上形成一層易熔材料硬殼。所述裝置能夠在鉆進(jìn)作業(yè)的同時隨鉆進(jìn)行地層水的封堵，在鉆穿出水地層后即可停止泵入易熔材料，能夠有效地減少建井周期，節(jié)約成本，可廣泛應(yīng)用于氣體鉆井作業(yè)。
【專利說明】
處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及用夾帶或不夾帶彈丸的液體或氣體噴射鉆井裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的油氣勘探開發(fā)已經(jīng)從以前的整裝大油氣田、中高滲均質(zhì)砂巖等良好的勘探開發(fā)條件，轉(zhuǎn)移到復(fù)雜的中小油氣田、斷塊油氣田、低壓低滲低產(chǎn)能、老油田改造、復(fù)雜儲層條件、難動用儲量、非常規(guī)油氣等惡劣的勘探開發(fā)條件，嚴(yán)重的制約了油氣的高效勘探開發(fā)進(jìn)程。氣體鉆井作為一種欠平衡鉆井方式，能夠有效地保護(hù)儲層，實現(xiàn)高效、及時、準(zhǔn)確的勘探發(fā)現(xiàn)，尤其是與特殊軌跡井相結(jié)合時可以達(dá)到增產(chǎn)和提高采收率的目的。氣體鉆井技術(shù)由于其能夠提高機(jī)械鉆速(4-14倍)、延長鉆頭的使用壽命(2-6倍)、防止井漏的發(fā)生，同時能夠改善工作條件減少環(huán)境污染等諸多優(yōu)點，近年來得到了迅速的發(fā)展，開始作為實用化的工業(yè)技術(shù)被全國性的規(guī)模應(yīng)用。
[0003]然而，在實際的氣體鉆井施工過程中也存在著一些問題，主要表現(xiàn)為:I)地層出水。地層出水可能導(dǎo)致裸眼井段粘土礦物水化膨脹，造成井眼的縮徑或井壁坍塌；同時環(huán)空上返巖肩遇水后易聚并成團(tuán)，影響井眼凈化效果，嚴(yán)重時甚至堵塞環(huán)空通道誘發(fā)卡鉆等井下復(fù)雜情況。2)井壁失穩(wěn)。由于井筒中的有效“液柱”壓力較低，對地層壓力的控制能力降低，支撐井壁防止其坍塌的能力較差。
[0004]目前，處理地層出水及井壁失穩(wěn)的主要方法是:I)當(dāng)?shù)貙映鏊枯^小時，可將氣體鉆井轉(zhuǎn)化為霧化、泡沫鉆井，將地層水?dāng)y帶至地面，但會在井場產(chǎn)生大量的穩(wěn)定泡沫，造成環(huán)境污染；當(dāng)?shù)貙映鏊枯^大時候，將氣體鉆井轉(zhuǎn)化為充氣鉆井或常規(guī)鉆井液進(jìn)行鉆井，但機(jī)械鉆速會大幅降低，嚴(yán)重時會產(chǎn)生井漏及其他井下復(fù)雜。2)如中國專利CN102278068A公告的《一種處理氣體鉆井過程地層出水的方法》所述的向井筒中吹入吸水材料的方法。由于環(huán)空返速較高，吸水材料會迅速通過出水地層，吸水效果無法保證;吸水材料吸水后的重量數(shù)倍于自身的重量，會增加井筒攜巖難度，影響井眼凈化效果。3)如中國專利CN103527137A公告的《一種增加井壁穩(wěn)定性的方法》所述的在井壁上噴膠的方法。在鉆遇出水地層后需要重新起鉆更換鉆頭進(jìn)行噴膠，噴膠完成后仍需起鉆更換鉆頭方可鉆進(jìn)，會導(dǎo)致鉆時增加，影響經(jīng)濟(jì)效益;在起下鉆的過程中進(jìn)入井筒的地層水有可能會引起井下復(fù)雜情況的發(fā)生。
[0005]綜上所述，氣體鉆井技術(shù)在油氣勘探中有著無可比擬的優(yōu)勢，但地層出水及井壁穩(wěn)定問題制約了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，解決氣體鉆井過程中的地層出水和井壁穩(wěn)定是目前急需解決的關(guān)鍵問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，所述裝置的結(jié)構(gòu)簡單，通過所述裝置可以有效的處理氣體鉆井過程中的出水問題，增加裸眼井段的井壁穩(wěn)定性，實現(xiàn)安全、高效、快速的鉆井作業(yè)，達(dá)到增產(chǎn)和提高采收率的目的。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)換接頭和鉆頭本體，所述轉(zhuǎn)換接頭的上端設(shè)有用于與上部鉆具連接的螺紋，所述轉(zhuǎn)換接頭的下端與所述鉆頭本體螺紋連接，所述轉(zhuǎn)換接頭的內(nèi)部設(shè)有貫穿轉(zhuǎn)換接頭上下側(cè)面的氣體流道，所述轉(zhuǎn)換接頭的側(cè)壁上設(shè)有若干個與所述氣體流道相連通的分流通道，所述分流通道的進(jìn)口位于所述轉(zhuǎn)換接頭的內(nèi)壁上，所述分流通道的出口位于轉(zhuǎn)換接頭的下側(cè)面上，傳輸電纜設(shè)置在所述轉(zhuǎn)換接頭的內(nèi)部，且傳輸電纜的上端與轉(zhuǎn)換接頭外側(cè)的導(dǎo)電環(huán)連接，傳輸電纜的下端延伸至轉(zhuǎn)換接頭外，過濾膜位于分流通道進(jìn)口下側(cè)的轉(zhuǎn)換接頭內(nèi)壁上；
[0008]所述鉆頭本體的內(nèi)部設(shè)有中心流道，所述中心流道與所述氣體流道相連通，中心流道底部的鉆頭本體上設(shè)有與中心流道相連通的底部中心噴嘴，中心流道與鉆頭本體的側(cè)壁之間從內(nèi)到外依次設(shè)有環(huán)形加熱腔和環(huán)形熔化腔，所述環(huán)形熔化腔的底部設(shè)有若干個斜向下穿透鉆頭本體側(cè)壁的側(cè)向噴嘴，分流通道、熔化腔、側(cè)向噴嘴依次連通，所述環(huán)形加熱腔內(nèi)設(shè)有若干個電加熱組件，傳輸電纜的下端與所述電加熱組件電連接。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述分流通道設(shè)有四條，且其橫截面為圓形。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述過濾膜為半球形金屬過濾膜，分流通道的進(jìn)口軸線與過濾膜的頂面相切，出口軸線與轉(zhuǎn)換接頭的底面垂直，分流通道的總過流面積為氣體流道過流面積的1/4。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述鉆頭本體上部的外徑大于鉆頭本體下部的外徑，鉆頭本體的上部外壁沿周向均勻設(shè)有4條螺旋形導(dǎo)流槽。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述中心流道底部的鉆頭本體上還設(shè)有與中心流道相連通的底部側(cè)噴嘴。
[0013]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述環(huán)形加熱腔的頂部設(shè)有隔熱絕緣體，底部鋪設(shè)有隔熱材料，兩側(cè)壁鋪設(shè)有等靜壓石墨材料構(gòu)成的導(dǎo)熱元件，所述傳輸電纜的下端經(jīng)隔熱絕緣體后與所述電加熱組件電連接，所述導(dǎo)熱元件與電加熱組件接觸。
[0014]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:I)本實用新型所述裝置通過易熔材料造壁能夠有效的對地層水進(jìn)行封堵，避免地層出水引起的井下復(fù)雜，有利于提高鉆井速度；同時易熔材料硬殼具有一定的強度，能夠支撐井壁，保持井壁穩(wěn)定，增加氣體鉆井過程中的安全性。2)本實用新型能夠在鉆進(jìn)作業(yè)的同時隨鉆進(jìn)行地層水的封堵，不起鉆、不停鉆，減少建井周期;在鉆穿出水地層后即可停止栗入易熔材料，關(guān)閉電加熱組件，節(jié)約鉆井成本。3)本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，正常鉆進(jìn)與造壁鉆進(jìn)切換方便，利于推廣使用。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0016]圖1是本實用新型所述裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實用新型所述裝置中鉆頭本體的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本實用新型所述裝置中轉(zhuǎn)換接頭的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中:1、轉(zhuǎn)換接頭;2、過濾膜;3、分流通道;4、鉆頭本體;5、導(dǎo)熱元件;6、側(cè)向噴嘴；
7、隔熱材料;8、導(dǎo)電環(huán);9、傳輸電纜；10、隔熱絕緣體；11、熔化腔；12、電加熱組件；13、加熱腔;14、底部側(cè)噴嘴;15、底部中心噴嘴;16、導(dǎo)流槽、17、中心流道18、氣體流道。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0021]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0022]如圖1-3所示，本實用新型公開了一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，主要包括轉(zhuǎn)換接頭I和鉆頭本體4。轉(zhuǎn)換接頭I的上端與上部鉆具組合通過螺紋進(jìn)行連接，轉(zhuǎn)換接頭I的下端與鉆頭本體4螺紋連接。轉(zhuǎn)換接頭I內(nèi)部中空為氣體流道18，氣體流道18中部加工有弧頂向上的半球形金屬過濾膜2，流道外壁與轉(zhuǎn)換接頭I側(cè)壁之間加工有4組橫截面為圓形的分流通道3，分流通道3的入口軸線與所述過濾膜2頂面相切(保證進(jìn)入鉆桿中的易熔材料只進(jìn)入分流通道3)，分流通道3的出口軸線與轉(zhuǎn)換接頭I底面垂直，分流通道3的總過流面積一般為氣體流道18過流面積的1/4，傳輸電纜9置于轉(zhuǎn)換接頭I的側(cè)壁上，其上端延伸至所述轉(zhuǎn)換接頭外與導(dǎo)電環(huán)8連接，下端穿過轉(zhuǎn)換接頭形成自由端。
[0023]鉆頭本體4上部的外徑大于鉆頭本體4下部的外徑，鉆頭本體4上部外壁沿周向均勻加工有4條螺旋形導(dǎo)流槽16，作為井底巖肩的上返通道。鉆頭本體4內(nèi)部加工有中心流道17，中心流道17底部加工有底部中心噴嘴15和底部側(cè)噴嘴14，底部噴嘴出口位于鉆頭本體4底面；中心流道17與鉆頭本體4側(cè)壁之間從外向內(nèi)加工有上下等尺寸的環(huán)形熔化腔11和上部開口尺寸大于下部開口尺寸的環(huán)形加熱腔13。熔化腔11底部加工有4條側(cè)向噴嘴6，側(cè)向噴嘴6的出口設(shè)在鉆頭本體4的側(cè)面，分流通道3、熔化腔11、側(cè)向噴嘴6依次連通;工作時，中心流道17為氣體流道，分流通道3為混有易熔材料的氣體流道。加熱腔13頂部設(shè)有隔熱絕緣體10，底部鋪設(shè)隔熱材料7，兩側(cè)壁鋪設(shè)有等靜壓石墨材料組成的導(dǎo)熱元件5，導(dǎo)熱元件5與電加熱組件12接觸，傳輸電纜9下端的自由端穿過所述隔熱絕緣體1后與所述電加熱組件12電連接。
[0024]使用所述裝置鉆井的過程中，在鉆遇出水地層后，開啟電加熱組件12，同時將易熔材料微粒栗入鉆桿內(nèi)部，由于所述過濾膜2的存在，使得易熔材料只能從分流通道3進(jìn)入熔化腔11，易熔材料在熔化腔11內(nèi)部被加熱腔13加熱改變相態(tài)從側(cè)向噴嘴6噴出，在鉆頭本體4外壁的擠壓作用下，在井壁上形成一層易熔材料硬殼，達(dá)到防止地層出水，保持井壁穩(wěn)定的目的。
[0025]使用所述氣體鉆井裝置進(jìn)行鉆井的方法包括如下步驟:
[0026]I)正常地層鉆進(jìn)時，與常規(guī)氣體鉆井工具相同，向鉆桿中栗入氣體；
[0027]2)當(dāng)?shù)孛鏅z測裝置檢測到地層出水之后，向鉆桿中栗入含有易熔材料微粒的混合氣體，當(dāng)混合氣體經(jīng)過所述過濾膜2時，大部分氣體進(jìn)入中心流道17，少部分氣體連同被所述過濾膜2擋住的易熔材料微粒進(jìn)入分流通道3，落入熔化腔11;
[0028]3)開啟電加熱組件12，電加熱組件12產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱元件5將相鄰的熔化腔11加熱，落入熔化腔11中的易熔材料微粒被融化，在空氣的壓力作用下從側(cè)向噴嘴6噴出，在鉆頭本體4外壁的擠壓作用下形成一層易熔材料硬殼；
[0029]4)當(dāng)鉆穿出水地層之后，停止栗入易熔材料，關(guān)閉電加熱組件12，工具轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)氣體鉆井模式繼續(xù)鉆進(jìn)。
[0030]本實用新型所述裝置通過易熔材料造壁能夠有效的對地層水進(jìn)行封堵，避免地層出水引起的井下復(fù)雜，有利于提高鉆井速度；同時易熔材料硬殼具有一定的強度，能夠支撐井壁，保持井壁穩(wěn)定，增加氣體鉆井過程中的安全性。本實用新型能夠在鉆進(jìn)作業(yè)的同時隨鉆進(jìn)行地層水的封堵，不起鉆、不停鉆，減少建井周期;在鉆穿出水地層后即可停止栗入易熔材料，關(guān)閉電加熱組件，節(jié)約鉆井成本。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，正常鉆進(jìn)與造壁鉆進(jìn)切換方便，利于推廣使用。
【主權(quán)項】
1.一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)換接頭(I)和鉆頭本體(4)，所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的上端設(shè)有用于與上部鉆具連接的螺紋，所述轉(zhuǎn)換接頭的下端與所述鉆頭本體(4)螺紋連接，所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的內(nèi)部設(shè)有貫穿轉(zhuǎn)換接頭(I)上下側(cè)面的氣體流道(18)，所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的側(cè)壁上設(shè)有若干個與所述氣體流道(18)相連通的分流通道(3)，所述分流通道(3)的進(jìn)口位于所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的內(nèi)壁上，所述分流通道(3)的出口位于轉(zhuǎn)換接頭(I)的下側(cè)面上，傳輸電纜(9)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的內(nèi)部，且傳輸電纜(9)的上端與轉(zhuǎn)換接頭(I)外側(cè)的導(dǎo)電環(huán)(8)連接，傳輸電纜(9)的下端延伸至轉(zhuǎn)換接頭(I)夕卜，過濾膜(2)位于分流通道(3)進(jìn)口下側(cè)的轉(zhuǎn)換接頭(I)內(nèi)壁上； 所述鉆頭本體(4)的內(nèi)部設(shè)有中心流道(17)，所述中心流道(17)與所述氣體流道(18)相連通，中心流道(17)底部的鉆頭本體(4)上設(shè)有與中心流道(17)相連通的底部中心噴嘴(15)，中心流道(17)與鉆頭本體(4)的側(cè)壁之間從內(nèi)到外依次設(shè)有環(huán)形加熱腔(13)和環(huán)形熔化腔(U)，所述環(huán)形熔化腔(11)的底部設(shè)有若干個斜向下穿透鉆頭本體(4)側(cè)壁的側(cè)向噴嘴(6)，分流通道(3)、熔化腔(11)、側(cè)向噴嘴(6)依次連通，所述環(huán)形加熱腔(13)內(nèi)設(shè)有若干個電加熱組件(12)，傳輸電纜(9)的下端與所述電加熱組件(12)電連接。2.如權(quán)利要求1所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述分流通道(3)設(shè)有四條，且其橫截面為圓形。3.如權(quán)利要求2所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述過濾膜(2)為半球形金屬過濾膜，分流通道(3)的進(jìn)口軸線與過濾膜(2)的頂面相切，出口軸線與轉(zhuǎn)換接頭(I)的底面垂直，分流通道(3)的總過流面積為氣體流道(18)過流面積的1/4。4.如權(quán)利要求1所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述鉆頭本體(4)上部的外徑大于鉆頭本體(4)下部的外徑，鉆頭本體(4)的上部外壁沿周向均勻設(shè)有4條螺旋形導(dǎo)流槽(16)。5.如權(quán)利要求1所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述中心流道(17)底部的鉆頭本體(4)上還設(shè)有與中心流道(17)相連通的底部側(cè)噴嘴(14)。6.如權(quán)利要求1所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述環(huán)形加熱腔(13)的頂部設(shè)有隔熱絕緣體(10)，底部鋪設(shè)有隔熱材料(7)，兩側(cè)壁鋪設(shè)有等靜壓石墨材料構(gòu)成的導(dǎo)熱元件(5)，所述傳輸電纜(9)的下端經(jīng)隔熱絕緣體(10)后與所述電加熱組件(12)電連接，所述導(dǎo)熱元件(5)與電加熱組件(12)接觸。
【文檔編號】E21B33/13GK205677580SQ201620597647
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月17日 公開號201620597647.1, CN 201620597647, CN 205677580 U, CN 205677580U, CN-U-205677580, CN201620597647, CN201620597647.1, CN205677580 U, CN205677580U
【發(fā)明人】王國華, 秦大偉, 熊繼有, 鄧麗
【申請人】西南石油大學(xué)