一種井壁鑽孔裝置的製作方法

2023-05-22 09:13:36

專利名稱：一種井壁鑽孔裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於石油天然氣鑽井、完井和採油的配套裝置。
技術背景為保持井壁穩定、封隔不同的地層壓力體系，普遍採用的方法是在井眼中下入套管，然後在套管和地層的環空間隙中注入水泥進行封固。這樣就帶來一個問題，如何建立溝通井筒和地層的通道，實現油氣等流體的採出或注入。目前解決這一問題普遍使用的是聚能射孔技術，該技術出現已有相當長的時間，具有易於實現、操作維護簡便的特點，但是其也存在射孔深度有限、對套管和水泥環產生衝擊破壞作用、影響油井壽命、大幅降低孔壁周圍巖石滲透性等固有缺陷。為克服聚能射孔技術的不足，國內外工程技術人員開展了大量的研究，也形成了「水射流深穿透射孔」、「噴砂射孔」、「子彈射孔」及「雷射射孔」等多種技術手段，但是所發展的技術由於存在工作穩定性差(如水射流深穿透射孔)、成本高(如雷射射孔)、適應範圍有限(如子彈射孔和噴砂射孔)等不足，一直未能真正取代聚能射孔，成為被廣泛使用的技術。因此，如何在不影響油井壽命和地層滲透率的情況下，建立溝通井筒和地層之間大深度通道的現場需求和現有技術之間的矛盾依然存在，也是油氣開發領域一個重要的技術發展方向。

發明內容
本實用新型正是為實現在不影響油井壽命和地層滲透率的情況下，建立溝通井筒和地層之間大深度通道的目的而設計的，其原理是利用水力能量驅動轉子，帶動連接有鑽頭的中空撓性軸，經轉向器調整撓性軸前進的方向，順序直接鑽穿套管、水泥環，鑽入地層，形成可穿越汙染帶的大深度孔眼，本實用新型的目的就是為現場提供一種井壁鑽孔裝置。
本實用新型是這樣來實現的，它由內筒、外筒、撓性軸、定子、轉子、鑽頭和轉向器等組成，外筒的上端和下端分別與管柱和轉向器相連，外筒中段的內壁上加工有下行滑道和上行滑道，下行滑道成直線形，上行滑道成螺旋形，下行滑道和上行滑道首尾光滑相連，定子配裝入內筒內，轉子套裝在中空的軸上，定子和轉子間隔安裝，用壓緊螺母將轉子軸向固定，在內筒內部的上端和下端分別裝入上限位套和下限位套，在上限位套的上端、內筒的內部配裝入加工有流道的節流盤，在下限位套的下端、內筒的內部順序裝入推力軸承和內筒下堵頭，軸的下部開有流入口，軸的下端與中空的撓性軸相連，內筒外壁的上端固定有內筒扶正塊，下端固定有內筒滑塊，將內筒裝在外筒內，內筒扶正塊與外筒內壁接觸，內筒滑塊與外筒內壁上的下行滑道或上行滑道配合，撓性軸向下穿過轉向器中的轉向管道，在撓性軸的末端與鑽頭相連，轉向器的轉向管道由入口直柱段、轉向圓弧段和出口校直段順序光滑連接而成，轉向管道的出口處加工有鑽頭腔，撓性軸的外徑小於轉向器中的轉向管道的內徑，轉子的外徑小於內筒的內徑，定子的內徑大於軸的外徑，定子和轉子的端面之間留有間隙，內筒下堵頭與軸、節流盤與內筒採用密封配合，鑽井液經節流盤進入內筒內，衝擊定子和轉子，驅動軸和與軸相連的撓性軸旋轉，鑽井液沿內筒向下，經軸下部的流入口進入撓性軸內，由鑽頭噴出，由於節流盤的流道的過流面積較小，鑽井液經過時產生壓降作用於節流盤上端面，形成壓力推動內筒和撓性軸下行，撓性軸經轉向器調整方向，推動鑽頭前進破碎套管、水泥環和巖石，內筒下行時，內筒下端固定的內筒滑塊與外筒內壁上的下行滑道配合，限制內筒轉動，當內筒滑塊到達下行滑道出口時，鑽頭的鑽孔過程完成，內筒滑塊轉入上行滑道，內筒沿上行滑道旋轉上行，克服作用於節流盤上端面的壓力，將撓性軸從鑽成的孔眼中逐漸拉回，直到內筒滑塊上行到下行滑道入口處，上行過程結束，又轉入下行，開始新的鑽孔過程，如此周而復始，即可在地層中鑽出多個孔眼，鑽頭的轉速通過調整鑽井液流量、定子和轉子的結構參數等獲得，鑽頭的鑽孔速度通過設計不同的鑽頭切削結構、調整節流盤的流道尺寸和轉向器的轉向管道的幾何尺寸等獲得，鑽成孔眼的深度通過調整撓性軸的長度獲得。
本實用新型基於聚能射孔等現有技術發展的綜合分析，創造性地利用水力能量驅動撓性軸，帶動鑽頭旋轉，經轉向器調整撓性軸前進的方向，直接鑽穿套管、水泥環，在地層中形成大深度的孔眼，該裝置具有不衝擊套管和水泥環、不傷害地層、鑽孔速度快、成孔深度大、結構簡單、工作可靠等優點，具有非常廣闊的現場應用前景。


圖1一種井壁鑽孔裝置示意圖圖2一種井壁鑽孔裝置的上行滑道和下行滑道示意圖1.節流盤；2.壓緊螺母；3.轉子；4.外筒；5.軸；6.下限位套；7.內筒滑塊；8.內筒下堵頭；9.撓性軸；10.轉向器；11.鑽頭腔；12.鑽頭；13.內筒扶正塊；14.上限位套；15.定子；16.流入口；17.內筒；18.推力軸承；19.入口直柱段；20.轉向管道；21.轉向圓弧段；22.出口校直段；23.下行滑道入口；24.下行滑道；25.上行滑道；26.下行滑道出口具體實施方式
現結合說明書附圖對本實用新型作進一步的描述。
當採用本實用新型進行井壁鑽孔施工時，外筒[4]的上端和下端分別與管柱和轉向器[10]相連，外筒[4]中段的內壁上加工有下行滑道[24]和上行滑道[25]，下行滑道[24]成直線形，上行滑道[25]成螺旋形，下行滑道[24]和上行滑道[25]首尾光滑相連，定子[15]配裝入內筒[17]內，轉子[3]套裝在中空的軸[5]上，定子[15]和轉子[3]間隔安裝，用壓緊螺母[2]將轉子[3]軸向固定，在內筒[17]內部的上端和下端分別裝入上限位套[14]和下限位套[6]，在上限位套[14]的上端、內筒[17]的內部配裝入加工有流道的節流盤[1]，在下限位套[6]的下端、內筒[17]的內部順序裝入推力軸承[18]和內筒下堵頭[8]，軸[5]的下部開有流入口[16]，軸[5]的下端與中空的撓性軸[9]相連，內筒[17]外壁的上端固定有內筒扶正塊[13]，下端固定有內筒滑塊[7]，將內筒[17]裝在外筒[4]內，內筒扶正塊[13]與外筒[4]內壁接觸，內筒滑塊[7]與外筒[4]內壁上的下行滑道[24]或上行滑道[25]配合，撓性軸[9]向下穿過轉向器[10]中的轉向管道[20]，在撓性軸[9]的末端與鑽頭[12]相連，轉向器[10]的轉向管道[20]由入口直柱段[19]、轉向圓弧段[21]和出口校直段[22]順序光滑連接而成，轉向管道[20]的出口處加工有鑽頭腔[11]，撓性軸[9]的外徑小於轉向器[10]中的轉向管道[20]的內徑，轉子[3]的外徑小於內筒[17]的內徑，定子[15]的內徑大於軸[5]的外徑，定子[15]和轉子[3]的端面之間留有間隙，內筒下堵頭[8]與軸[5]、節流盤[1]與內筒[17]採用密封配合。
當採用本實用新型進行井壁鑽孔施工時，鑽井液經節流盤[1]進入內筒[17]內，衝擊定子[15]和轉子[3]，驅動軸[5]和與軸[5]相連的撓性軸[9]旋轉，鑽井液沿內筒[17]向下，經軸[5]下部的流入口[16]進入撓性軸[9]內，由鑽頭[12]噴出，由於節流盤[1]的流道的過流面積較小，鑽井液經過時產生壓降作用於節流盤[1]上端面，形成壓力推動內筒[17]和撓性軸[9]下行，撓性軸[9]經轉向器[10]調整方向，推動鑽頭[12]前進破碎套管、水泥環和巖石，內筒[17]下行時，內筒[17]下端固定的內筒滑塊[7]與外筒[4]內壁上的下行滑道[24]配合，限制內筒[17]轉動，當內筒滑塊[7]到達下行滑道出口[26]時，鑽頭[12]的鑽孔過程完成，內筒滑塊[7]轉入上行滑道[25]，內筒[17]沿上行滑道[25]旋轉上行，克服作用於節流盤[1]上端面的壓力，將撓性軸[9]從鑽成的孔眼中逐漸拉回，直到內筒滑塊[7]上行到下行滑道入口[23]處，上行過程結束，又轉入下行，開始新的鑽孔過程，如此周而復始，即可在地層中鑽出多個孔眼，鑽頭[12]的轉速通過調整鑽井液流量、定子[15]和轉子[3]的結構參數等獲得，鑽頭[12]的鑽孔速度通過設計不同的鑽頭[12]切削結構、調整節流盤[1]的流道尺寸和轉向器[10]的轉向管道[20]的幾何尺寸等獲得，鑽成孔眼的深度通過調整撓性軸[9]的長度獲得。
權利要求1.一種井壁鑽孔裝置，它由內筒、外筒、撓性軸、定子、轉子、鑽頭、轉向器等組成，其特徵是外筒[4]的上端和下端分別與管柱和轉向器[10]相連，外筒[4]中段的內壁上加工有下行滑道[24]和上行滑道[25]，下行滑道[24]成直線形，上行滑道[25]成螺旋形，下行滑道[24]和上行滑道[25]首尾光滑相連，定子[15]配裝入內筒[17]內，轉子[3]套裝在中空的軸[5]上，定子[15]和轉子[3]間隔安裝，用壓緊螺母[2]將轉子[3]軸向固定，在內筒[17]內部的上端和下端分別裝入上限位套[14]和下限位套[6]，在上限位套[14]的上端、內筒[17]的內部配裝入加工有流道的節流盤[1]，在下限位套[6]的下端、內筒[17]的內部順序裝入推力軸承[18]和內筒下堵頭[8]，軸[5]的下部開有流入口[16]，軸[5]的下端與中空的撓性軸[9]相連，內筒[17]外壁的上端固定有內筒扶正塊[13]，下端固定有內筒滑塊[7]，將內筒[17]裝在外筒[4]內，內筒扶正塊[13]與外筒[4]內壁接觸，內筒滑塊[7]與外筒[4]內壁上的下行滑道[24]或上行滑道[25]配合，撓性軸[9]向下穿過轉向器[10]中的轉向管道[20]，在撓性軸[9]的末端與鑽頭[12]相連，轉向器[10]的轉向管道[20]由入口直柱段[19]、轉向圓弧段[21]和出口校直段[22]順序光滑連接而成，轉向管道[20]的出口處加工有鑽頭腔[11]。
2.根據權利要求1所述的一種井壁鑽孔裝置，其特徵是撓性軸[9]的外徑小於轉向器[10]中的轉向管道[20]的內徑，轉子[3]的外徑小於內筒[17]的內徑，定子[15]的內徑大於軸[5]的外徑，定子[15]和轉子[3]的端面之間留有間隙。
3.根據權利要求1所述的一種井壁鑽孔裝置，其特徵是內筒下堵頭[8]與軸[5]、節流盤[1]與內筒[17]採用密封配合。
專利摘要一種井壁鑽孔裝置，它由內筒、外筒、撓性軸、定子、轉子、鑽頭、轉向器等組成，其原理是利用水力能量驅動轉子，帶動接有鑽頭的中空撓性軸，經轉向器調整撓性軸前進的方向，順序直接鑽穿套管、水泥環，鑽入地層，形成可穿地層越汙染帶的大深度孔眼，該裝置具有不衝擊套管和水泥環、不傷害地層、鑽孔速度快、成孔深度大、結構簡單、工作可靠等優點，具有非常廣闊的現場應用前景。
文檔編號E21B43/00GK2747355SQ200420096900
公開日2005年12月21日 申請日期2004年10月22日 優先權日2004年10月22日
發明者倪紅堅, 韓來聚, 李作會, 王敏生 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院