一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭的製作方法
2023-05-16 22:19:46 2
一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭，包括下接頭、本體、芯部以及磨頭，下接頭軸向設有內腔，本體為筒狀體，下接頭與本體尾部連接；芯部設有軸向通孔，芯部設在本體內，芯部擴徑段與套在外部的本體形成間隙配合，芯部的尾部與下接頭或本體的空腔構成軸向密封滑動配合，芯部的端部與磨頭連接；磨頭端部為圓錐形，磨頭設有前、後方向的噴射孔，噴射孔與磨頭內部的空腔連通；本體和芯部均設有徑向分布的直孔，本體直孔與本體內腔連通，芯部直孔與芯部通孔連通。本實用新型進行噴射鑽進時，開泵，磨頭高速旋轉並產生高壓水射流，對巖層進行噴射，同時，磨頭在自牽引力作用下向前運動，當噴射井眼達到設計要求深度時，作業結束。
【專利說明】一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及井下鑽孔作業工具領域，特別涉及一種適用於徑向鑽孔套管開窗的水力驅動高壓旋轉磨頭。
【背景技術】
[0002]水力噴射徑向鑽孔技術是利用專用的磨銑鑽頭將套管鑽穿，再使用高壓水射流在油層的不同方向及不同深度噴射，從而鑽出多個水平的小直徑井眼。可以增加井眼在油藏中的長度、擴大洩油麵積、提高採收率；可重複利用上部井段、降低鑽井成本；可降低油井管理和環境保護等費用。水力噴射徑向鑽孔技術對油氣井增產、特別是老井挖潛改造具有重要意義。
[0003]利用水力噴射徑向鑽孔技術進行作業時，需要先對目的層套管進行開窗，將套管鑽穿。首先將轉向器用油管下到目的層位置，錨定，再利用連續油管將馬達、萬向軸及磨銑鑽頭下入，通過轉向器，使磨銑鑽頭垂直於套管壁，開泵，馬達把扭矩通過萬向軸傳遞到鑽頭，開始磨銑套管，直至將套管磨穿。將套管鑽穿後，起出馬達、萬向軸以及磨銑鑽頭，使用連續油管下入高壓軟管及噴嘴，噴嘴通過轉向器後，順利進入已磨穿的孔眼內，開泵，利用高壓水射流噴射破巖。同時，高壓軟管在噴嘴產生的自牽引力作用下向前運動，當噴射井眼達到設計要求深度時，作業結束。
[0004]在水力噴射徑向鑽孔施工作業時，由於常用的套管開窗磨銑鑽頭是連接在萬向軸上的，萬向軸是柔性軸，磨銑鑽頭工作時徑向以及軸向的擺動較大，不能有效定心，工作條件惡劣，因而其鑽穿套管用時較長，效率不高。而且在鑽穿套管過程中，經常發生鑽頭蹩停從而導致鑽頭切削刃崩裂以及鑽頭斷裂的情況。另外，現有技術對於判斷是否鑽穿套管沒有直觀的辦法，常依靠操作人的經驗進行主觀判斷，準確性難以確定，對作業效率帶來較大影響。
[0005]中國專利披露了一種水力噴射徑向鑽孔套管開窗專用鑽頭(專利號201220264177.9)，包括鑽頭本體，所述鑽頭本體靠近末端的外圓柱面上設有由易磨削材料製成的指示螺釘，所述指示螺釘突出鑽頭本體外圓柱面。其在鑽頭本體末端圓柱面上加裝了突出於本體外圓的指示銷釘，通過它來判斷開窗是否成功。採用此種結構，在使用連續油管下入的過程中，指示銷釘容易被碰斷，導致無法對開窗成功進行準確判斷。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了克服現有的磨銑鑽頭磨銑效率不高、容易蹩停及斷裂的情況，以及套管開窗成功與否難以直觀判斷的不足，提供一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭。該磨頭不僅能提高套管開窗的效率，避免蹩停及斷裂，而且能直觀的判斷套管開窗是否成功；不僅能夠應用於磨銑套管，而且可以用於噴射鑽進。
[0007]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0008]一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭，包括下接頭、本體、芯部以及磨頭。其中:下接頭軸向設有內腔，本體為筒狀體，下接頭與本體尾部連接；芯部設有軸向通孔，芯部中間段設有擴徑段，芯部設在本體內，芯部擴徑段與套在外部的本體形成間隙配合，芯部的尾部與下接頭或本體的空腔構成軸向密封滑動配合，芯部的端部從本體端部伸出後與磨頭連接，且芯部與本體的端部結合面密封配合；磨頭端部為圓錐形，磨頭與芯部連接處設有與芯部通孔貫通的內腔，磨頭設有前、後方向的噴射孔，噴射孔與磨頭內部的空腔連通；本體和芯部均設有徑向分布的直孔，本體直孔與本體內腔連通，芯部直孔與芯部通孔連通。
[0009]上述方案還包括:本體由兩部分連接組成，在兩部分的結合處形成一道斜面，芯部擴徑段的前端面有斜面，與本體內腔前端斜面配合。磨頭表面覆蓋硬質合金、高速鋼或其他硬質材料，磨頭上向後方向的噴射孔為多個，並採用偏心斜向分布。
[0010]採用本發明進行徑向鑽孔套管開窗時，不需要使用萬向軸，使用高壓軟管連接下接頭即可。本發明作業時，不需使用萬向軸，因而沒有軸向的擺動，可以有效定心，切削更穩定。同時沒有萬向軸，也就消除了因萬向軸磨損甚至斷裂而導致的切削效率降低，安全性差的問題。磨頭為錐形的結構，相比普通鑽頭，其切削平穩，不易磨損，效率高，可靠性好。
[0011]磨頭剛開始磨銑套管，磨銑出孔眼以及磨穿套管這一過程中，泵壓變化顯著且有規律，泵壓呈先不變，後顯著上升，再穩定，最後顯著下降然後穩定的趨勢，從而可以輕易判斷開窗成功。與常用的鑽穿顯示環、鑽穿顯示銷釘相比，判斷更加快速、準確可靠，不會增加套管開窗作業的成本，簡便易行。
[0012]採用本發明用於噴射破巖時，使用高壓軟管連接下接頭，將磨頭下入，通過轉向器後，順利進入已磨穿的孔眼內，開泵，在水力的作用下，磨頭開始高速旋轉，向前的斜孔產生高壓水射流，對巖層進行噴射，同時，磨頭在向後的斜孔產生的自牽引力作用下向前運動，當噴射井眼達到設計要求深度時，作業結束。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的第一種實施例結構圖；
[0014]圖2是本發明的第二種實施例結構圖。
[0015]圖中1.下接頭，2.本體，3.芯部，4.磨頭，5.本體的直孔，6.芯部的直孔，7.前噴射孔，8.後噴射孔，9.本體前檔。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0017]實施例1
[0018]如圖1所示為一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭，包括下接頭1、本體2、芯部3以及磨頭4四部分。本體2內腔可以容納芯部3，本體2表面有徑向分布的直孔5與本體2內腔相通，下接頭I與本體2通過螺紋連接在一起，下接頭I內部有一個空腔，可以容納芯部3的尾部，芯部3可以在這個空腔中活動，芯部3中部是圓柱形，表面光滑，與本體2內腔相配合，芯部3內部有通孔，表面有徑向分布的直孔6，與內部通孔連通，前部通過螺紋與磨頭4連接在一起，兩者可以通過下接頭I內部空腔的空間與下接頭I發生相對運動，磨頭4為圓錐形，表面覆蓋硬質合金、高速鋼或其他硬質材料，表面有向後方向斜噴射孔8和向前方的直噴射孔，與磨頭4內部的空腔連通，斜噴射孔8偏心設置在磨頭柱體部分的外周邊。
[0019]實施例2
[0020]如圖2所示為另一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭，包括下接頭1、本體2、芯部3以及磨頭4四部分。本體2由筒體和本體前擋9兩部分組成，兩部分由螺紋連接在一起，在兩部分的結合處形成一道凹槽，本體2內腔可以容納芯部3，本體2表面有垂直的直孔5與本體2內腔相通，下接頭I與本體2通過螺紋連接在一起，下接頭I內部有一個空腔，可以容納芯部3的尾部，芯部3可以在這個空腔中活動，芯部3中部是圓柱形，表面光滑，與本體2內腔相配合，在圓柱形的前端面有斜面，與本體2內腔的斜面相配合，芯部3內部有通孔，表面有直孔6，與內部通孔連通，前部通過螺紋與磨頭4連接在一起，兩者可以通過下接頭I內部空腔的空間與下接頭I發生相對運動，磨頭4為圓錐形，表面覆蓋硬質合金、高速鋼或其他硬質材料，表面有向後方向斜噴射孔8和向前方的直噴射孔，與磨頭4內部的空腔連通，斜噴射孔8偏心設置在磨頭柱體部分的外周邊。
[0021]採用本發明進行徑向鑽孔套管開窗時，首先開泵，在水力的作用下，芯部3和磨頭4在下接頭I內部空腔中整體向前運動，使磨頭4與套管壁接觸，芯部3表面的直孔排水使芯部3與本體2下端之間形成的的空腔處產生壓降，將芯部3與磨頭4整體相對本體2向後推動，通過本體2與芯部3之間的間隙洩壓，壓降降低，芯部3與磨頭4又在水力作用下向前運動，這樣就產生一個動平衡，使得芯部3與磨頭4相對於本體2浮動。與此同時磨頭4向後方的斜孔向斜後方噴水，在水的反作用力下產生向前的推力以及沿磨頭4徑向方向的旋轉扭矩，磨頭4開始高速旋轉並壓在套管壁上,通過磨頭4表面的硬質材料對套管壁進行磨銑。此時泵壓無變化。當磨頭4將套管壁鑽出孔眼且達到一定直徑及深度後後，磨頭4上的向前的孔眼受到套管壁的阻礙，使得泵壓升高，這時磨頭4對鑽穿的孔眼進行擴大，直至磨穿套管壁。磨穿套管壁後，磨頭4上向前的孔眼暢通，使得泵壓下降，恢復到正常值，從而可以判斷開窗成功。
[0022]採用本發明用於噴射破巖時，使用高壓軟管連接下接頭1，將磨頭4下入，通過轉向器後，順利進入已磨穿的孔眼內，開泵，在水力的作用下，磨頭4開始高速旋轉，向前的斜孔產生高壓水射流，對巖層進行噴射，同時，磨頭4在向後的斜孔產生的自牽引力作用下向前運動，當噴射井眼達到設計要求深度時，作業結束。
[0023]本發明並不僅限於上述實施例，例如，磨頭可以是其他形狀，可以使用鑽頭進行替換，磨頭上的向後及向前的斜孔角度可以在大於90度小於180度之間任意選擇，個數可以任意選擇。凡是在本發明公開的技術方案基礎上，本領域的技術人員根據所公開的技術內容，不需要創造性勞動就可以對其中的技術特徵作出替換以及變形，這些替換和變形均在本發明保護的範圍內。
【權利要求】
1.一種水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭，包括下接頭、本體、芯部以及磨頭，其特徵是:下接頭軸向設有內腔，本體為筒狀體，下接頭與本體尾部連接；芯部設有軸向通孔，芯部中間段設有擴徑段，芯部設在本體內，芯部擴徑段與套在外部的本體形成間隙配合，芯部的尾部與下接頭或本體的空腔構成軸向密封滑動配合，芯部的端部從本體端部伸出後與磨頭連接，且芯部與本體的端部結合面密封配合；磨頭端部為圓錐形，磨頭與芯部連接處設有與芯部通孔貫通的內腔，磨頭設有前、後方向的噴射孔，噴射孔與磨頭內部的空腔連通；本體和芯部均設有徑向分布的直孔，本體直孔與本體內腔連通，芯部直孔與芯部通孔連通。
2.根據權利要求1所述的水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭，其特徵是:本體由兩部分連接組成，在兩部分的結合處形成一道斜面，芯部擴徑段的前端面有斜面，與本體內腔前端斜面配合。
3.根據權利要求1或2所述的水力驅動的套管內徑向鑽孔高壓旋轉磨頭，其特徵是:磨頭表面覆蓋硬質合金或高速鋼，磨頭上向後方向的噴射孔為多個，並採用偏心斜向分布。
【文檔編號】E21B10/00GK204200084SQ201420559094
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月27日 優先權日:2014年9月27日
【發明者】聶雲飛, 張俊傑, 韓通, 吳仲華, 蔡文軍, 張輝, 左靈, 田宗正, 朱傑然, 張銳 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鑽井工藝研究院