油氣井裸眼造穴工具的製作方法

2023-09-18 20:33:40 1

專利名稱：油氣井裸眼造穴工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及石油天然氣和煤層氣鑽井工具領域。特別涉及一種油氣井裸眼造穴工具。
背景技術：
裸眼洞穴技術起源於美國西部聖胡安盆地的煤層氣開採過程中。在該地區的煤層氣開採過程中，為了使煤層與井眼最大限度的連通，為了解除近井地帶的汙染，為了增大井眼有效半徑，於1984年，在對煤氣層增產措施的研究中，提出了裸眼洞穴技術，並在現場通過磨蝕噴射工藝技術對淺層煤層進行衝蝕，首次實現了裸眼洞穴。多年來的實踐，使裸眼洞穴技術在聖胡安地區得到很大發展，成為該地區煤層氣開採中最關鍵的一項技術。煤層氣井裸眼洞穴技術發展較為成熟。由於技術壁壘，造成國內相關的技術發展相對落後。另外，採收率較低的油氣藏開採中，由於沒有完善有效的採收配套技術，目前油氣採收效率很低仍是需要攻克的科研課題。因此，研究、開發裸眼洞穴工藝和工具，提高低效油氣藏和煤層氣井開發效率成為我國石油、天然氣和煤層氣開發的關鍵技術。
目前，在鑽井過程中擴大井眼直徑，一般採取擴孔器。如中國專利公告號為2544085，專利名稱為井下大直徑擴孔器專利。就是一種採用機械擴孔和水力噴射相結合方法進行擴孔的工具。其結構是擴孔刀具通過銷軸固定在主體上，安裝在活塞和主體間的彈簧可推動活塞復位，在主體上裝有絲堵，在擴孔刀具端部裝有PPC複合片。在主體內設有液體通道，在通道下端裝有一組一級高壓噴嘴，在擴孔刀具前端裝有一組二級高壓噴嘴，實現水力噴射擴孔。安裝在擴孔刀具下面的活塞推動擴孔刀具張開。安裝在活塞和主體間的彈簧推動活塞復位實現減少擴孔扭矩。在擴孔刀具前端有PDC複合片可進行刮削井壁。優點減少擴孔扭矩，保證擴孔的規則。由於這種鑽井擴孔器擴孔過程是自上而下，擴孔效率低；孔徑小，擴孔器的結構也不適用於油氣井裸眼造穴。

發明內容
本實用新型的目的是要提供一種油氣井裸眼造穴工具，能在井筒裸眼段造出一個直徑在600-2500毫米的洞穴；利用鑽井液壓力推動刀杆張開；刀杆收回後不影響工具通過井筒套管。實現提高石油、天然氣或煤層氣井裸眼造穴效率。
油氣井裸眼造穴工具結構是由上接頭、主體、活塞、連杆和刀杆所組成，上接頭上端有鑽杆螺紋，上接頭下端螺紋連接主體。主體內有階梯形圓柱孔。主體上部圓柱孔內有活塞；下部圓柱孔內有芯軸。活塞的下部主體壁上有鑽井液進出孔。活塞中心有活塞噴嘴，芯軸中心有孔，活塞噴嘴與芯軸中心孔連通。芯軸中心孔下端有徑向噴嘴。芯軸與活塞連接，芯軸與活塞可以採用螺紋連接。為簡化加工芯軸與活塞也可以加工成一個部件。主體下端有軸銷連接刀杆上端。芯軸下端採用軸銷連結連杆一端。刀杆下端與連杆的另一端由銷軸連接。這樣芯軸、刀杆和連杆之間組成三角形。在活塞推動下，芯軸向上或下活動，帶動連杆和刀杆運動，使刀杆撐開。刀杆與連杆外表面焊接有硬質合金。
為了適應造穴的需要，主體的外徑在110-216毫米之間，長度在600-1200毫米之間；活塞直徑在100-200毫米之間；芯軸外徑在30-80毫米之間。
為使活塞有足夠的推力推動芯軸，活塞噴嘴的內徑為8-25毫米。
為保證油氣井裸眼造穴工具有足夠強度情況下加大造穴直徑，刀杆與芯軸的最大夾角小於90度。刀杆與芯軸的最大夾角就是刀杆充分張開時，刀杆下平面與芯軸中心線之間的夾角。
油氣井裸眼造穴工具的有益效果是能完成石油、天然氣或煤層氣井裸眼造穴工作。並具有以下特點
1.油氣井裸眼造穴工具在井眼內起下容易、可靠。工具未開啟或收回後刀杆外圍尺寸不大於主體外徑，可以保證工具順利通過上層套管。
2.油氣井裸眼造穴工具打開和收回機構簡單、安全可靠。工具的打開是靠鑽井液流經節流裝置時產生的壓降作用在活塞上，形成下行的推力，通過連杆推動刀杆張開；刀杆收攏則是在地面停泵後，直接上提鑽柱和造穴工具，靠井壁對刀杆的向下推力帶動連杆，並推動活塞上行，從而使刀杆收攏。
3.油氣井裸眼造穴工具施工工藝簡單、安全。造穴過程是自下而上，旋轉的刀具在破碎巖石的下方，不產生重複切屑，提高造穴效率。本造穴工具的整個造穴過程與常規鑽井作業操作過程無差別，沒有特殊的要求，便於推廣，能夠極大的降低造穴成本。


附圖1是本實用新型油氣井裸眼造穴工具的剖面示意圖。是實施例1結構示意圖。
附圖2是本實用新型使用狀態的示意圖，即在井眼內造穴的剖面示意圖。
圖中，1.上接頭，2.主體，3.活塞噴嘴，4.活塞，5.鑽井液進出口，6.芯軸，7.刀杆銷，8.刀杆，9.芯軸噴嘴，10.芯軸銷，11.連杆，12.硬質合金，13.連杆銷，14.鑽柱，15.地層。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
實施例參閱附圖1。一個主體(2)外徑為214毫米油氣井裸眼造穴工具，上接頭(1)上端有鑽杆螺紋，使用時連接鑽杆柱。上接頭(1)下端螺紋連接主體(2)，主體的外徑為214毫米，長度為1200毫米。主體(2)內有階梯孔，上部孔是活塞缸，內有活塞(4)，活塞(4)直徑145毫米；下部孔內有芯軸(6)，芯軸(6)與活塞(4)為一個整體加工而成的一個部件。活塞(4)的下部主體(2)壁上有3個直徑為10毫米的鑽井液進出孔(5)，活塞(4)上下移動時，鑽井液從孔進出。活塞(4)的中心內固定有一個活塞噴嘴(3)。芯軸(6)外徑73毫米，芯軸(6)中心孔30毫米，長度850毫米。活塞噴嘴(3)與芯軸(6)中心孔連通。芯軸(6)中心孔下端有2個徑向噴嘴(9)。主體(2)下端開有嵌裝刀杆(8)的槽。主體(2)下端採用直徑20毫米的刀杆銷(7)連接刀杆(8)上端。芯軸(6)下端採用芯軸銷(10)連結連杆(11)一端，刀杆(8)下端與連杆(11)的另一端由連杆銷(13)連接。刀杆(8)與芯軸(6)的最大夾角為70度。刀杆(8)與連杆(11)外表面採用鋪焊工藝，焊接有一層6-25毫米厚的硬質合金(12)。
工作原理參閱附圖2。油氣井裸眼造穴工具的上接頭(1)連接在鑽柱(14)下端，並將本工具送入裸眼井眼內。地面泥漿泵起動，泵送循環泥漿。循環泥漿在流過噴嘴(3)時產生壓差，該壓差作用在活塞(4)上推動芯軸(6)下行。芯軸(6)通過連杆(11)的傳遞作用，推動刀杆(8)向外張開。旋轉鑽柱(14)，整套油氣井裸眼造穴工具在鑽柱(14)的帶動下旋轉，刀杆(8)與連杆(11)外表面的硬質合金(12)切削井壁地層(15)，直到造出需要直徑的洞穴，即刀杆(8)撐開到最大夾角。此時，旋轉鑽柱(14)的同時，逐步上提鑽柱(14)，油氣井裸眼造穴工具在地層(15)造出具有一定直徑和一定高度的洞穴，達到提高石油、天然氣或煤層氣開採效率的目的。
權利要求1.一種油氣井裸眼造穴工具，由上接頭(1)、主體(2)、活塞(4)、芯軸(6)、刀杆(8)和連杆(11)所組成，上接頭(1)上端有鑽杆螺紋，上接頭(1)下端螺紋連接主體(2)，其特徵在於主體(2)內有階梯孔，主體(2)上部圓柱孔內有活塞(4)；下部孔內有芯軸(6)，活塞(4)的下部主體(2)壁上有鑽井液進出孔(5)，活塞(4)中心有活塞噴嘴(3)，芯軸(6)有中心孔，活塞噴嘴(3)與芯軸(6)中心孔連通，芯軸(6)中心孔下端有徑向芯軸噴嘴(9)，芯軸(6)與活塞(4)連接，主體(2)下端採用刀杆銷(7)連接刀杆(8)上端，芯軸(6)下端採用芯軸銷(10)連結連杆(11)一端，刀杆(8)下端與連杆(11)的另一端由連杆軸(13)連接，刀杆(8)與連杆(11)外表面焊接有硬質合金(12)。
2.根據權利要求1所述的油氣井裸眼造穴工具，其特徵在於主體(2)下端開有嵌裝刀杆(8)的槽。
3.根據權利要求1所述的油氣井裸眼造穴工具，其特徵在於芯軸(6)與活塞(4)採用螺紋連接。
4.根據權利要求1所述的油氣井裸眼造穴工具，其特徵在於芯軸(6)與活塞(4)為一個整體部件。
5.根據權利要求1所述的油氣井裸眼造穴工具，其特徵在於主體(2)的外徑在110-216毫米之間，長度在600-1200毫米之間；活塞(4)直徑在100-200毫米之間；芯軸(6)外徑在30-80毫米之間。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的油氣井裸眼造穴工具，其特徵在於活塞噴嘴(3)的內徑為8-25毫米。
7.根據權利要求1、2、3、4或5所述的油氣井裸眼造穴工具，其特徵在於刀杆(8)與芯軸(6)的最大夾角小於90度。
專利摘要本實用新型是一種油氣井裸眼造穴工具。上接頭下端螺紋連接主體。主體內有階梯形圓柱孔。主體上部圓柱孔內有活塞；下部圓柱孔內有芯軸。活塞的下部主體壁上有鑽井液進出孔。活塞中心有噴嘴，芯軸中心有孔，活塞噴嘴與芯軸中心孔連通。芯軸中心孔下端有徑向噴嘴。主體下端有軸銷連接刀杆上端。芯軸下端採用軸銷連結連杆一端。刀杆下端與連杆的另一端由銷軸連接。刀杆與連杆外表面焊接有硬質合金。有益效果是本工具能完成井眼造穴；在井眼內起下容易；打開和收回機構簡單、安全可靠；施工工藝簡便。能夠極大的降低油氣井裸眼造穴的成本。
文檔編號E21B10/26GK2900758SQ20062000727
公開日2007年5月16日 申請日期2006年3月3日 優先權日2006年3月3日
發明者周俊然, 王益山, 蔣海濤, 婁文祥 申請人:華北石油管理局鑽井工藝研究院