CN106321032B - 井下粒子射流射孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油钻完井领域，特别涉及一种井下粒子射流射孔装置，包括粒子注入罐、射孔短接、可伸缩式射孔喷嘴、固定式射孔喷嘴、领眼钻头。高压泥浆和粒子经过粒子注入罐混合后到达射孔短接，从可伸缩式射孔喷嘴和固定式射孔喷嘴以可调节角度高速喷出，快速穿透套管、水泥环和地层岩石，射孔短接下部安装领眼钻头。可伸缩式射孔喷嘴可实现大深度射孔，且射孔深度可调节，可伸缩式射孔喷嘴和固定式射孔喷嘴的位置、类型、数量可根据现场实际需要进行选择。本发明可有效提高井下射孔作业的效率，增加射孔深度和作用面积，增强地层流体流动能力，有效提高油层产能。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下粒子射流射孔装置，属于石油钻完井领域。
背景技术
钻井和固井作业完成后井筒和油藏之间是封闭的，通常采用射孔方法使油藏和井筒连通，射孔作业后形成的孔道可使油藏中油气流体进入到低压井筒中，最终被输送至井口采出。常规射孔作业将射孔枪下入到预定位置后，通过径向射孔子弹穿过套管和水泥环进入地层，通常射孔弹形成射孔孔道为锥形，越往地层内部孔道直径越小，由于射孔弹的能量有限，形成射孔孔道深度也有限，而且受到地层流体和上覆岩层压力影响，射孔弹运动阻力和地层强度均会增加，严重影响了射孔的效率和质量。
射孔深度对射孔质量影响较大，地面模拟测试结果表明射孔深度通常达不到预期深度，因此限制了地层流体快速流向井筒的能力，同时由于射孔的能量有限，射孔作业产生的岩石碎片颗粒通常较小，细小的岩石颗粒会进入地层裂缝中，堵塞裂缝，影响流体流动，降低了近井地带的渗透率。通常利用酸化方法来去除这些射孔碎片，但效果往往不很理想。现阶段射孔枪仍然是射孔作业的主要方式，而且射孔新技术的发展也克服了常规射孔枪作业的一些缺点，特别是军事领域炮弹技术的发展也加速了射孔作业技术的发展，但是随着地层深度的增加，射孔枪射孔的效果往往不是很好。
粒子冲击钻井技术可显著的提高坚硬岩石的机械钻速3～5倍，室内测试结果表明，粒子射流冲击也可快速穿透钢铁或者钢铁类材料，因此该技术可被应用到井下射孔作业中，利用高速粒子的冲击作用，快速实现套管、水泥环和地层岩石破碎，射孔深度和作用面积大，可显著提高油层产能。
本发明提出了一种井下粒子射流射孔装置，可快速穿透套管、水泥环和地层岩石，极大提高井下射孔作业效率，有效增加射孔深度和作用面积，增强地层流体的流动能力，有效提高油层产能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种高效快速完成井下射孔作业，增加射孔深度及作用面积，增强地层流体流动能力，有效提高油层产能的井下粒子射流射孔装置。
本发明所述的井下粒子射流射孔装置，包括泥浆泵、泥浆池、粒子注入罐、水龙头、钻台、钻杆、钻铤、射孔短接、可伸缩式射孔喷嘴、固定式射孔喷嘴、领眼钻头、粒子分离装置组成。泥浆泵设置在泥浆池前端，两者通过管线连接，泥浆泵经高压管线与粒子注入罐连接，粒子注入罐与水龙头通过高压管线连接，水龙头下部设置钻台，钻台驱动钻杆旋转，钻杆下部设置钻铤，钻铤下部连接射孔短接，射孔短接上设置可伸缩式射孔喷嘴和固定式射孔喷嘴，射孔短接的下部安装领眼钻头，粒子分离装置设置在井口泥浆返出位置。
泥浆泵吸入泥浆池泥浆后形成高压泥浆，高压泥浆经高压管线至粒子注入罐，粒子注入罐中粒子和泥浆混合后，继续被输送至水龙头，向下依次经过钻台、钻杆、钻铤后，达到射孔短接，射孔短接上设置可伸缩式射孔喷嘴和固定式射孔喷嘴。射孔距离较深时，可使用可伸缩式射孔喷嘴，粒子和泥浆由射孔短接进入可伸缩式射孔喷嘴固定套内流道，由可伸缩式射孔喷嘴固定套的内流道进入可伸缩式射孔喷嘴滑动套，可伸缩式射孔喷嘴滑动套在文丘里效应作用下开始向外滑动，当可伸缩式射孔喷嘴滑动套滑动至可伸缩式射孔喷嘴固定套末端时达到最大滑动距离，此时射孔深度最大，高速粒子射流依次破碎套管、水泥环和地层岩石，可伸缩式射孔喷嘴滑动套边滑动边进行射孔，粒子和泥浆进入可伸缩式射孔喷嘴滑动套内部后从可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴喷出，可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴可调节粒子射流喷射角度，可伸缩式射孔喷嘴保护套设置在可伸缩式射孔喷嘴滑动套的外部，可伸缩式射孔喷嘴保护套可保证内部结构在起下钻过程中的安全。射孔深度较浅时，可使用固定式射孔喷嘴，粒子和泥浆和混合液从射孔短接进入固定式射孔喷嘴内流道，到达固定式射孔喷嘴的内喷嘴，从固定式射孔喷嘴内喷嘴喷出，形成高速粒子射流，快速破碎套管、水泥环和地层岩石，在地层岩石内部形成较大的冲击破碎坑区域。固定式射孔喷嘴内喷嘴外部具有倾斜的台阶面与固定式射孔喷嘴外套连接，同时在连接区域设置两道固定式射孔喷嘴密封圈，固定式射孔喷嘴保护套设置在固定式射孔喷嘴外套外部，可保证内部结构在起下钻过程中的安全性，固定式射孔喷嘴内喷嘴可调节粒子射流喷射角度，可伸缩式射孔喷嘴和固定式射孔喷嘴的位置、类型、数量可根据现场实际需要进行选择。领眼钻头安装在射孔短接下部，可保证射孔管柱的顺利下入。
本发明的有益效果是：
粒子射流从射孔喷嘴以可调节角度高速喷出，可快速穿透套管、水泥环和地层岩石，有效提高井下射孔作业的效率，增加射孔深度和作用面积，增强地层流体的流动能力，有效提高油层产能，可伸缩式射孔喷嘴可实现大深度射孔，且射孔深度可调节，喷嘴流道为圆弧-斜面-圆柱结构更利于粒子射流的加速。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、泥浆泵 2、泥浆池 3、粒子注入罐 4、水龙头 5、方钻杆 6、钻台 7、地层8、水泥环 9、套管 10、1#可伸缩式射孔喷嘴 11、固定式射孔喷嘴 12、钻杆 13、钻铤 14、射孔短接 15、2#可伸缩式射孔喷嘴 16、领眼钻头 17、粒子分离装置。
图2为本发明1#可伸缩式射孔喷嘴的剖面示意图。
图中：10-1、可伸缩式射孔喷嘴滑动套 10-2、可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴 10-3、可伸缩式射孔喷嘴保护套 10-4、可伸缩式射孔喷嘴固定套 10-5、可伸缩式射孔喷嘴密封圈。
图3为固定式射孔喷嘴的剖面示意图。
图中：11-1、固定式射孔喷嘴保护套 11-2、固定式射孔喷嘴外套 11-3、固定式射孔喷嘴内喷嘴 11-4、固定式射孔喷嘴密封圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明所述的井下粒子射流扩孔装置，包括：泥浆泵1、泥浆池2、粒子注入罐3、水龙头4、方钻杆5、钻台6、地层岩石7、水泥环8、套管9、1#可伸缩式射孔喷嘴10、固定式射孔喷嘴11、钻杆12、钻铤13、射孔短接14、2#可伸缩式射孔喷嘴15、领眼钻头16、粒子分离装置17。泥浆泵1吸入泥浆池2内泥浆后形成高压泥浆，高压泥浆经高压管线被输送至粒子注入罐3，粒子注入罐3中粒子和高压泥浆混合后，形成粒子与泥浆的混合物，继续输送至水龙头4，往下经过方钻杆5、钻台6、钻杆12、钻铤13后，达到射孔短接14。射孔短接14上设置1#可伸缩式射孔喷嘴10、2#可伸缩式射孔喷嘴15和固定式射孔喷嘴11，1#可伸缩式射孔喷嘴10和2#可伸缩式射孔喷嘴15结构相同但扩孔深度要大于2#可伸缩式射孔喷嘴15，1#可伸缩式射孔喷嘴10、2#可伸缩式射孔喷嘴和固定式射孔喷嘴11的位置、类型、数量可根据现场实际需要进行选择，领眼钻头16安装在射孔短接14下部，可保证射孔管柱的顺利下入。
如图2所示，1#可伸缩式射孔喷嘴的内部结构，包括可伸缩式射孔喷嘴滑动套10-1、可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴10-2、可伸缩式射孔喷嘴保护套10-3、可伸缩式射孔喷嘴固定套10-4、可伸缩式射孔喷嘴密封圈10-5。当射孔距离较深时，可使用1#可伸缩式射孔喷嘴10或2#可伸缩式射孔喷嘴15，粒子和泥浆由射孔短接14进入可伸缩式射孔喷嘴固定套10-4内流道后，再进入可伸缩式射孔喷嘴滑动套10-1，可伸缩式射孔喷嘴滑动套10-1在文丘里效应作用下开始向外滑动，当可伸缩式射孔喷嘴滑动套10-1滑动至可伸缩式射孔喷嘴固定套10-4末端时达到最大滑动距离，此时射孔深度最大，高速粒子射流依次冲击破碎套管9、水泥环8和地层岩石7，可伸缩式射孔喷嘴滑动套10-1边滑动边进行射孔作业，粒子和泥浆进入可伸缩式射孔喷嘴滑动套10-1内部后从可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴10-2喷出，可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴10-2可调节粒子射流的喷嘴角度，可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴10-2外部具有倾斜台阶面与可伸缩式射孔喷嘴滑动套10-1连接，同时在连接区域设置两道可伸缩式射孔喷嘴密封圈10-5，可伸缩式射孔喷嘴保护套10-3设置在可伸缩式射孔喷嘴滑动套10-1的外部，可保证内部结构在起下钻过程中的安全性。
如图3所示，固定式射孔喷嘴的内部结构，包括：固定式射孔喷嘴保护套11-1、固定式射孔喷嘴外套11-2、固定式射孔喷嘴内喷嘴11-3、固定式射孔喷嘴密封圈11-4。射孔深度较浅时，可使用固定式射孔喷嘴10，粒子和泥浆从射孔短接14进入固定式射孔喷嘴外套11-2内流道，到达固定式射孔喷嘴内喷嘴11-3，从固定式射孔喷嘴内喷嘴11-3喷出，形成高速粒子射流，快速破碎套管9、水泥环8和地层岩石7，在地层岩石7内部形成较大的冲击破碎坑区域，固定式射孔喷嘴内喷嘴11-3可调节粒子射流喷射角度。固定式射孔喷嘴内喷嘴11-3外部具有倾斜的台阶面与固定式射孔喷嘴外套11-2连接，同时在连接区域设置两道固定式射孔喷嘴密封圈11-4，固定式射孔喷嘴保护套11-1设置在固定式射孔喷嘴外套11-2外部，可保证内部结构在起下钻过程中的安全性。
Claims (5)
1.一种井下粒子射流射孔装置，包括泥浆泵(1)、泥浆池(2)、粒子注入罐(3)、水龙头(4)、方钻杆(5)、钻台(6)、地层岩石(7)、水泥环(8)、套管(9)、1#可伸缩式射孔喷嘴(10)、固定式射孔喷嘴(11)、钻杆(12)、钻铤(13)、射孔短接(14)、2#可伸缩式射孔喷嘴(15)、领眼钻头(16)、粒子分离装置(17)，泥浆泵(1)吸入泥浆池(2)内泥浆后形成高压泥浆，高压泥浆经高压管线被输送至粒子注入罐(3)，粒子与泥浆继续被输送至水龙头(4)，往下经过方钻杆(5)、钻台(6)、钻杆(12)、钻铤(13)后，达到射孔短接(14)，射孔短接(14)上设置1#可伸缩式射孔喷嘴(10)、2#可伸缩式射孔喷嘴(15)和固定式射孔喷嘴(11)，领眼钻头(16)安装在射孔短接(14)下部。
2.根据权利要求1所述的井下粒子射流射孔装置，其特征在于：射孔时使用1#可伸缩式射孔喷嘴(10)和2#可伸缩式射孔喷嘴(15)，粒子和泥浆由射孔短接(14)进入可伸缩式射孔喷嘴固定套(10-4)内流道后，再进入可伸缩式射孔喷嘴滑动套(10-1)，可伸缩式射孔喷嘴滑动套(10-1)在文丘里效应作用下开始向外滑动，高速粒子射流依次冲击破碎套管(9)、水泥环(8)和地层岩石(7)，在地层岩石(7)内部形成较大的冲击破碎坑区域，粒子和泥浆进入可伸缩式射孔喷嘴滑动套(10-1)内部后从可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴(10-2)喷出，可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴(10-2)外部具有倾斜台阶面与可伸缩式射孔喷嘴滑动套(10-1)连接，同时在连接区域设置两道可伸缩式射孔喷嘴密封圈(10-5)，通过调节可伸缩式射孔喷嘴固定套(10-4)长度，可控制射孔深度。
3.根据权利要求1所述的井下粒子射流射孔装置，其特征在于：射孔时使用固定式射孔喷嘴(10)，粒子和泥浆从射孔短接(14)进入固定式射孔喷嘴外套(11-2)内流道，到达固定式射孔喷嘴内喷嘴(11-3)，从固定式射孔喷嘴内喷嘴(11-3)喷出，形成高速粒子射流，快速破碎套管(9)、水泥环(8)和地层岩石(7)，固定式射孔喷嘴内喷嘴(11-3)外部具有倾斜台阶面与固定式射孔喷嘴外套(11-2)连接，同时在连接区域设置两道固定式射孔喷嘴密封圈(11-4)。
4.根据权利要求1所述的井下粒子射流射孔装置，其特征在于：可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴(10-2)调节粒子射流喷射角度范围为0～60°，可伸缩式射孔喷嘴保护套(10-3)设置在可伸缩式射孔喷嘴滑动套(10-1)外部，可保证内部结构在起下钻过程中的安全性，固定式射孔喷嘴内喷嘴(11-3)调节粒子射流喷射角度范围为0～60°，固定式射孔喷嘴保护套(11-1)设置在固定式射孔喷嘴外套(11-2)外部，可保证内部结构在起下钻过程中的安全性。
5.根据权利要求1所述的井下粒子射流射孔装置，其特征在于：可伸缩式射孔喷嘴内喷嘴(10-2)和固定式射孔喷嘴内喷嘴(11-3)流道为圆弧-斜面-圆柱结构，圆弧段和斜面段引导粒子顺利进入喷嘴流道，粒子从圆柱段充分加速喷出。
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