一種用於煤層氣和頁巖氣儲層鑽井的噴嘴鑽頭的製作方法

2023-06-03 14:01:21 1

專利名稱：一種用於煤層氣和頁巖氣儲層鑽井的噴嘴鑽頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種針對煤層氣井、頁巖氣井裸眼完井後，易發生井壁失穩或井壁坍塌的用於煤層氣和頁巖氣儲層鑽井的噴嘴鑽頭，屬於鑽井工具。
背景技術：
在石油鑽井工程中，鑽頭是最重要的破巖工具。煤層、頁巖儲層較軟，往往使用牙輪鑽頭進行鑽井作業。牙輪鑽頭由鑽頭體、切削結構、軸承結構、噴嘴等組成。鑽井過程中，鑽井液通過鑽頭內部的一個或多個噴嘴射入井底，達到清洗及支撐井壁的目的。現有鑽頭的噴嘴都是固定在鑽頭內部，且噴嘴水眼的直徑越小，鑽井液流速越快，清洗效率越高。煤層氣和頁巖氣作為新興的非常規天然氣資源，是極具開發價值的新能源。而煤儲層、頁巖儲層與一般油氣儲層地質特點不同，煤的機械強度低，易於垮塌、破碎，煤層氣鑽井過程中容易出現擴徑，漏失。煤儲層裂隙系統由割理和外生裂隙組成，煤儲層壓力低，鑽井過程中煤層段濾失較嚴重，且煤層在鑽井液中浸泡時間越長，越容易發生垮塌；頁巖儲層常層理髮育，鑽井過程中常出現嚴重的井壁失穩問題，且頁巖儲層產狀多變，巖石性質硬脆，水敏性礦物含量高，很容易發生井漏坍塌等問題，井壁坍塌不僅會影響鑽井工期，更重要的是井眼不規則會降低固井質量，影響套管承壓能力，威脅後續壓裂的安全性。為了防止井壁垮塌，可以用常規水平井的填砂思路，向煤層氣井和頁巖氣井中注入攜砂液來提高井壁穩定性。但由於鑽頭內部的噴嘴水眼直徑太小，攜砂液若直接通過水眼容易發生堵塞。因此常用的填砂工藝需要在提鑽後專門下入填砂工具，這樣一來大大增加了鑽完井施工時間，且在提鑽過程中可能會引起井壁失穩或垮塌，增加了經濟成本。
發明內容本實用新型的目的是:為了防止煤層氣井、頁巖氣井井壁失穩或坍塌，單獨進行填砂作業又增加鑽完井成本，特提供一種用於煤層氣和頁巖氣儲層鑽井的噴嘴鑽頭。為了達到上述目的，本實用新型解決此技術問題採用以下技術方案:一種用於煤層氣和頁巖氣儲層鑽井的噴嘴鑽頭，是由鑽頭主體、噴嘴、攜砂液通道、鑽井液通道、支撐臺、限位臺、空腔和密封裝置構成，其結構特徵是:該噴嘴鑽頭的外部為鑽頭主體，內部為噴嘴，噴嘴分為上下兩部分，兩部分間用螺紋固定連接，在噴嘴的內部設置有鑽井液通道；在噴嘴的頂部安裝有限位臺，限位臺上開有攜砂液通道；在噴嘴的中部安裝有圓柱梯形臺；在噴嘴底部安裝有支撐臺，能保持鑽進過程中噴嘴相對鑽頭主體的位置固定；在鑽頭主體內部安裝有噴嘴限位臺，能防止在提鑽噴砂過程中噴嘴脫落；鑽頭主體底部設置有空腔，其空腔直徑大於噴嘴直徑l_3cm，能擴大噴砂通道面積。在鑽頭主體與噴嘴中間的圓柱梯形臺之間安裝有密封裝置，以確保鑽頭鑽進過程中鑽井液僅從鑽井液通道中噴出。攜砂液通道的截面積大於鑽井液通道的截面積8-15cm2。在鑽頭鑽進過程中，鑽井液從噴嘴內部的鑽井液通道進入井底，噴嘴底部的支撐臺與井底始終保持接觸，使噴嘴下部的圓柱梯形臺與鑽頭主體之間的密封裝置始終處於密封狀態。當鑽進過程結束，進行提鑽噴砂作業時，噴嘴由於重力下落，噴嘴下部的圓柱梯形臺脫離鑽頭主體，攜砂液從噴嘴頂部的攜砂液通道進入井底。攜砂液通道的截面積遠大於鑽井液通道截面積，攜砂液能夠快速、順利的進入井內完成填砂作業。本實用新型與現有技術比較具有以下有益效果:(I)能在提鑽的同時進行噴砂作業，大大降低了噴砂作業的成本；(2)提鑽時噴嘴能自動完成攜砂液通道的擴徑，能避免噴砂作業中由於通道較窄導致的攜砂液堵塞等事故。

:圖1是本實用新型噴嘴鑽頭的結構示意圖。圖2是本鑽頭中噴嘴的結構示意圖。圖3是圖2的A-A剖視圖。圖中:1、鑽頭主體，2、噴嘴，3、攜砂液通道，4、鑽井液通道，5、圓柱梯形臺，6、支撐臺，7、密封裝置，8、噴嘴限位臺，9、空腔，10、限位臺。
具體實施方式
以下結合附圖和實施方式對本實用新型作進一步說明。根據圖1、圖2、圖3所示，一種用於煤層氣和頁巖氣儲層鑽頭的噴嘴鑽頭，包括鑽頭主體1、噴嘴2，鑽頭主體I內部設置有噴嘴限位臺8與空腔9，噴嘴2分為上下兩部分，用螺紋連接，噴嘴2內部開有鑽井液通道4，噴嘴2頂部設置有限位臺10，限位臺10上開有攜砂液通道3，噴嘴2中部安裝有圓柱梯形臺5，噴嘴2底部安裝有支撐臺6。鑽頭主體I與噴嘴2中部的圓柱梯形臺5之間安裝有密封裝置7，以確保鑽頭鑽進過程中鑽井液僅從鑽井液通道4中噴出。本方案的特點是:在鑽頭鑽進過程中，鑽井液從噴嘴2內部的鑽井液通道4進入井底，噴嘴2底部的支撐臺6與井底始終保持接觸，使圓柱梯形臺5與鑽頭主體I之間的密封裝置7始終處於密封狀態。當鑽進過程結束，提鑽的同時開始進行提鑽噴砂作業，噴嘴2由於重力下落，噴嘴2中部的圓柱梯形臺5脫離鑽頭主體1，限位臺10與噴嘴限位臺8接觸，能防止噴嘴2脫落，同時攜砂液從噴嘴2頂部的攜砂液通道3進入井底。攜砂液通道3的截面積大於鑽井液通道4的截面積8-15cm2，且鑽頭主體I底部的空腔9直徑大於噴嘴2直徑l-3cm，能擴大噴砂通道的面積，攜砂液能夠快速、順利的進入井內完成填砂作業。本實用新型思想新穎，且實際投入生產時不需改變鑽頭原有的外部結構和連接結構，具有較大的工程應用價值。
權利要求1.一種用於煤層氣和頁巖氣儲層鑽井的噴嘴鑽頭，是由鑽頭主體、噴嘴、攜砂液通道、鑽井液通道、支撐臺、限位臺、空腔和密封裝置構成，其特徵在於:該噴嘴鑽頭的外部為鑽頭主體(I)，內部為噴嘴(2)，噴嘴(2)分為上下兩部分，兩部分之間用螺紋固定連接，在噴嘴(2)的內部設置有鑽井液通道⑷；在噴嘴(2)的頂部安裝有限位臺(10)，限位臺(10)上開有攜砂液通道(3);在噴嘴(2)的中部安裝有圓柱梯形臺(5);在噴嘴(2)的底部安裝有支撐臺(6);在鑽頭主體(I)內部安裝有噴嘴限位臺(8);鑽頭主體(I)底部設置有空腔(9)；在鑽頭主體(I)與噴嘴(2)中間的圓柱梯形臺(5)之間安裝有密封裝置(7)。
2.根據權利要求1所述的噴嘴鑽頭，其特徵是:攜砂液通道(3)的截面積大於鑽井液通道(4)的截面積8-15cm2 ;鑽頭主體(I)底部的空腔(9)直徑大於噴嘴(2)直徑l-3cm。
專利摘要本實用新型涉及一種煤層氣井，頁巖氣井鑽井的用於煤層氣和頁巖氣儲層鑽井的噴嘴鑽頭。它能防止井壁失穩或坍塌現象，降低填砂作業的成本。其技術方案該噴嘴鑽頭的外部為鑽頭主體，內部為噴嘴，在噴嘴的內部設置有鑽井液通道；在噴嘴頂部安裝有限位臺，限位臺上開有攜砂液通道；在噴嘴中部安裝有圓柱梯形臺；在噴嘴底部安裝有支撐臺；在鑽頭主體內部安裝有噴嘴限位臺；在鑽頭主體底部設置有空腔；鑽頭主體與噴嘴中間的圓柱梯形臺之間安裝有密封裝置。本噴嘴鑽頭能在提鑽時進行填砂作業，降低了填砂作業的成本；提鑽時噴嘴能自動完成攜砂液通道的擴徑，避免了攜砂液堵塞通道；本鑽頭適用於煤層氣井、頁巖氣井的鑽井作業、快捷、安全、成本低。
文檔編號E21B10/61GK202937192SQ20122066435
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者邵敏敏, 符馨月, 聶暢, 朱雲霞, 霍鵬飛, 陳興波, 鍾棟, 劉姣, 秦漢 申請人:邵敏敏