CN105888660A - 一种径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，设置有壳体，壳体与内凹式引流板之间通过螺纹进行连接，壳体内壁加工球形凹槽，水平轴两端带有耐磨钢球并分别卡入壳体内壁的球形凹槽内；翻转板中空设置，水平轴穿过中心。本发明内凹式引流板起引流作用，带动翻转板进行周期性转动，提高了钻进破岩效率；高压钻井液在翻转板的搅动作用下形成涡流，提高了破岩速度；随着翻转板的转动，对引流挡板下方的钻井液产生激励振荡的作用，增加了喷嘴出口流体的能量；内凹式引流板上部开有凹槽，提高了喷头的自进能力；翻转板采用质量不均匀分布的方式，在其转动的同时带动喷头连续跳动，由此减小喷头与地层之间的摩擦力，提高喷头的自进能力。

Description

一种径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头

技术领域

本发明属于石油勘探技术领域，尤其涉及一种径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头。

背景技术

在石油勘探开发的过程当中，高压水射流破岩技术是一种高效的破岩手段，得到了广泛地应用和研究，并取得了显著的成果。水力喷射侧钻径向水平井技术起步于20世纪末，它可以提高单井油气产量，降低钻井成本，特别适合于老油田增产以及开发低渗透油田、边际油田、浅油层、稠油层和薄油层，能够横向钻开垂直油藏裂缝，达到增大油层裸露面积的目的，并可以减少或避免气锥和水锥现象的产生，从而可以极大地提高油气开采的效益，具有极高的社会经济价值和不可估量的战略意义。水力喷射侧钻径向水平井技术已经得到了较快的发展，但是仍然存在着一系列亟待解决的问题，其主要技术难点在于(1)喷头后向喷嘴产生的自进力不足，导致喷头在地层中的延伸能力不强，不能钻达预定位置；(2)喷头前向喷嘴射流的破岩能量不足，导致喷头破岩扩孔能力差，钻进效率低且不能形成规则的井眼，不能保证钻孔的直径和深度。

目前，在径向水平井钻井技术中多采用自进式高压喷头，前向喷嘴的射流方式一般有直射流、旋转射流、直旋混合射流和磨料射流的方式。但受限于喷头体积和复杂工况的制约，喷嘴结构不可能设计得非常复杂。所以在后向喷嘴分流的情况下，前向喷嘴的射流冲击力很难得到有效加强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，旨在解决目前在径向水平井钻井技术中采用自进式高压喷头存在前向喷嘴的射流冲击力较弱的问题。

本发明是这样实现的，一种径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，所述径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头设置有壳体，所述壳体与内凹式引流板之间通过螺纹进行连接，壳体内壁加工球形凹槽，水平轴两端带有耐磨钢球并分别卡入壳体内壁的球形凹槽内；翻转板中空设置，水平轴穿过中心。

进一步，所述壳体上前端面设置有前向主喷嘴和前向副喷嘴，前向主喷嘴周向均匀布置前向副喷嘴。

进一步，所述前向主喷嘴和前向副喷嘴直径为3mm～9mm。

进一步，所述前向主喷嘴和前向副喷嘴设置为5个，前向主喷嘴1个，前向副喷嘴4个。

进一步，所述壳体后部设置有6～12个后向喷嘴。

本发明提供的径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，与现有技术相比，具有以下优势：

(1)内凹式引流板起引流作用，高压钻井液经过引流挡板之后，即从其一侧流入喷头下腔，在水力能量的作用下，带动翻转板绕水平轴进行周期性转动，使得前向喷嘴的有效喷射面积随之作周期性变化，即翻转板处于垂直位置时其喷射面积最大，处于水平位置时其喷射面积最小，这样就形成了脉冲断续射流，优点是射流的质量、冲击力和有效面积随着翻板的转动作周期性变化，从而具有一个压力峰值。实验结果表明，当喷嘴有效面积从100％减小到20％时，射流冲击力提高2倍多，水功率提高3倍多，增加了压力梯度，从而提高了钻进破岩效率。

(2)高压钻井液在翻转板的搅动作用下形成涡流，使从喷嘴喷出的流体具有旋转射流的特性，具有较强的扩散能力以及卷吸周围介质参与流动的能力，能够形成较大的冲击面积，在破岩过程中能够对岩石施加正向上的冲击力和周向上的切削力，从而提高破岩速度。

(3)随着翻转板的转动，对引流挡板下方的钻井液产生激励振荡的作用；在此作用下，流体被夹带而产生漩涡，诱发一定频率的压力波扰动，涡量扰动与碰撞壁相互作用，从而增加了喷嘴出口流体的能量。

(4)内凹式引流板上部开有凹槽，高压钻井液进入该凹槽后，产生振荡回流作用，从而增加后向喷嘴的喷射能量，提高喷头的自进能力。

(5)翻转板采用质量不均匀分布的方式，即以翻板的中心轴为界，使翻板两边的质量大小不一样，由此在其绕轴旋转的同时带动喷头连续跳动，减小喷头与地层之间的摩擦力，提高喷头的自进能力，扩大井眼直径。

(6)本发明结构相对简单可靠，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明实施例提供的径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头结构示意图。

图2是本发明实施例提供的内凹式引流板结构示意图。

图3是本发明实施例提供的水平轴结构示意图。

图4是本发明实施例提供的翻转板结构示意图。

图中：1、壳体；2、内凹式引流板；3、翻转板；4、耐磨钢球；5、前向主喷嘴；6、前向副喷嘴；7、后向喷嘴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种新型自进式断续脉冲高压喷头，以实现高效自进连续破岩，形成一定孔径且形状规则的水平井眼，达到有效开采油气资源的目的。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头主要包括：壳体1、内凹式引流板2、翻转板3、耐磨钢球4、前向主喷嘴5、前向副喷嘴6、后向喷嘴7。

壳体1与内凹式引流板2之间通过螺纹进行连接，壳体1内壁在适当位置加工球形凹槽，水平轴两端带有耐磨钢球并分别卡入壳体1内壁的球形凹槽内。翻转板3中空设置，水平轴穿过其中心。壳体1上前端面加工5个3～9mm的前向喷嘴，其中前向主喷嘴5为中心喷嘴，沿中心喷嘴的周向均匀布置四个前向副喷嘴6，前向主喷嘴5直径大于四个前向副喷嘴6；壳体1后部加工6～12个后向喷嘴7，前向喷嘴的数目少于后向喷嘴7。

本发明的工作原理：

在径向水平井钻井过程中，高压钻井液进入壳体内部，经过内凹式引流板的引流作用，即从其一侧流入喷头下腔，带动翻转板进行周期性转动，使得前向喷嘴的有效面积随之作周期性变化，即翻转板处于垂直位置时其面积最大，处于水平位置时其面积最小，这样就形成了断续射流，射流的冲击力也随之变化；高压钻井液在翻转板的搅动作用下形成涡流，使从喷嘴喷出的流体具有旋转射流的特性，这种旋转射流同时具有周向和径向上的速度，可以提高破岩效率；随着翻转板的转动，对内凹式引流板下方的钻井液产生激励振荡的作用，增加喷嘴出口流体的能量；翻转板采用质量不均匀分布的方式，在其转动的同时带动喷头连续跳动，由此减小喷头与地层之间的摩擦力，提高喷头的自进能力，而且可以扩大喷头活动范围，有利于形成较大直径的井眼。内凹式引流板上部开有凹槽，高压钻井液进入该凹槽后，产生振荡回流作用，从而增加后向喷嘴的喷射能量，提高喷头的自进能力；前向喷嘴少于后向喷嘴的数目，保证产生向前推进的合力，确保喷头顺利钻进。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，其特征在于，所述径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头设置有壳体，所述壳体与内凹式引流板之间通过螺纹进行连接，壳体内壁加工球形凹槽，水平轴两端带有耐磨钢球并分别卡入壳体内壁的球形凹槽内；翻转板中空设置，水平轴穿过中心。

2.如权利要求1所述的径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，其特征在于，所述壳体上前端面设置有前向主喷嘴和前向副喷嘴，前向主喷嘴周向均匀布置前向副喷嘴。

3.如权利要求2所述的径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，其特征在于，所述前向主喷嘴和前向副喷嘴直径为3mm～9mm。

4.如权利要求2所述的径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，其特征在于，所述前向主喷嘴和前向副喷嘴设置为5个，前向主喷嘴1个，前向副喷嘴4个。

5.如权利要求1所述的径向水平井用自进式断续脉冲高压喷头，其特征在于，所述壳体后部设置有6～12个后向喷嘴。