CN106917618B - 一种微型多分支井增产转向短节及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微型多分支井增产转向短节及方法。其技术方案是：包括尾端夹持器、中心主体、侧面片体、旋转射流喷嘴，所述中心主体的在长方体结构的外表面加工有内半圆形轨道；所述侧面片体的长方形表面加工有外半圆形轨道；二者相互配合，使内半圆形轨道和外半圆形轨道构成金属钻管转向轨道；金属钻管穿入，上部设有尾端夹持器，位于中心主体的上侧，在金属钻管的下端部设有旋转射流喷嘴。有益效果是：本发明针对不同的油层，可以选用不同的轨道来最大化泄油面积，使得油藏与井筒通过喷射孔道连通，油流经过喷射孔道进入井筒，实现增大产量的目的，并且作业时间短，可靠性高，经济性好，为枯竭油藏、低渗透油藏的增产提供了一种技术手段。

Description

一种微型多分支井增产转向短节及方法
技术领域
本发明涉及一种石油天然气油气藏增产装置，特别涉及一种微型多分支井增产转向短节及方法，适用于枯竭油气藏，低渗透油气藏的增产作业，能够实现单次作业同步打开多个孔道。
背景技术
OPEC成员国在拒绝减产的同时增加产量，加上美国页岩气的蓬勃发展，中国和欧洲放慢经济发展速度，导致全球石油产量供过于求，石油价格持续走低，我国面对上述严峻形式，迫切需要提高国内石油行业的整体水平来掌握主动权。随着已开发油气田能量的不断衰竭，加上现有各种增产工艺的缺陷，老油田需要高效的增产方法来提高产量，未开发动用的致密油层和低渗透油层成为提高产量的突破口，因此必须采取利用低成本高效益的增产方法来帮助解决目前油藏开采高成本低效益的现状的措施。
早期的径向水平井技术是指金属钻管在垂直井眼内实现90度转向，利用射流破岩技术沿径向钻出多个具有一定长度和直径的水平孔眼，强制改造地层渗流规律。转向器根据作用方式分为液压和机械两类，但均需先进行扩孔作业，导致工艺复杂，成本过高。后来径向水平井转而采用柔性钻管进行作业，虽然免去扩孔作业，但柔性钻管存在延伸距离不确定，孔眼轨迹不可控等问题，使其可行性大大下降。传统的径向水平井一次作业只能打出一个孔眼，作业效率低，完井周期长；没有针对油层特点设计合理的转向角度，比如倾斜油层不需90度转向，没有达到最大化泄油面积的目的；只能针对垂直井眼作业，在水平井和大斜度井中无法作业，应用目标单一，上述问题限制了该技术的推广应用。
鉴于此，融合多分支开采技术特点，以低成本高效益的开发枯竭油气藏和低渗透油气藏为目的，提出一种微型多分支井增产方法，并设计了转向短节，实现单次作业同步打开多个孔道的目的。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种微型多分支井增产转向短节及方法，克服传统径向水平井技术的缺陷，可实现对枯竭油气藏和低渗透油气藏的高效增产作业。
本发明提到的一种微型多分支井增产转向短节，其技术方案是：包括尾端夹持器（1）、一个中心主体（3）、多个侧面片体（4）、旋转射流喷嘴（5），所述中心主体（3）的上段和下段为圆筒形状，分别与油管活动连接，中间段为长方体结构，且在长方体结构的外表面加工有内半圆形轨道（3-4）；所述侧面片体（4）的内侧为长方形表面，长方形表面加工有外半圆形轨道（4-1）；所述中心主体（3）的长方体结构和侧面片体（4）内侧的长方形表面相互配合，使内半圆形轨道（3-4）和外半圆形轨道（4-1）构成金属钻管转向轨道；金属钻管（2）穿入所述金属钻管转向轨道中，上部设有尾端夹持器（1），位于中心主体（3）的上侧，在金属钻管（2）的下端部设有旋转射流喷嘴（5）。
优选的，上述的中心主体（3）的上段圆筒内均布有多个孔眼（3-1），各个孔眼（3-1）内布置有密封槽（3-2），所述孔眼（3-1）与内半圆形轨道（3-4）连通；在中心主体（3）的上段圆筒内的中间留有中心通孔（3-6），为下面的多个转向短节提供作业流体通道。
优选的，上述的中心主体（3）的长方体结构表面设有螺纹孔（3-5），通过螺栓将侧面片体（4）与长方体结构固定在一起。
优选的，上述的内半圆形轨道（3-4）和外半圆形轨道（4-1）为螺旋形状。
优选的，上述侧面片体（4）的内侧为长方形表面，外侧为弧形表面，四组侧面片体（4）与中心主体（3）的长方体结构相配合组成圆柱形结构。
优选的，上述的侧面片体（4）的内侧长方体表面设有螺旋形的外半圆形轨道（4-1），在长方体表面的下部设有一个轨道出口段（4-2），针对不同的油层可选择不同的轨道出口角度；在长方体表面的右端设有一条定位键（4-3），在另一端设有凹下的键槽（4-4），定位键（4-3）的长度与键槽（4-4）的长度相匹配，在长方体表面的中部上下设有两个沉孔（4-5），与中心主体（3）中间段的螺纹孔（3-5）相配合，通过螺钉将侧面片体（4）和中心主体（3）连接。
优选的，上述旋转射流喷嘴（5）由外套（5-2）和叶轮（5-1）组成，外套内置有叶轮（5-1），所述旋转射流喷嘴（5）与金属钻管（2）通过焊接方式相连。
优选的，上述尾端夹持器（1）由连杆（6-1）和套管（6-2）组成，所述套管（6-2）的外侧焊接有连杆（6-1），通过四个连杆将四个套管连接在一起，金属钻管穿过套管（6-2）且被固定。
优选的，上述中心主体（3）的密封槽（3-2）内设有密封圈（3-3）。
本发明提到的一种微型多分支井增产转向短节的使用方法，包括以下步骤：
一、油气井作业前，首先根据目标层增产优化方案确定转向短节的个数，原则是n个薄油层同时开采即下入n个转向短节，根据油层厚度确定金属钻管的穿出角度，达到控制金属钻管在油层中的延伸轨迹的目的；若包含厚油层，则根据其厚度确定转向短节的个数，达到最大化泄油面积的目的；每个转向短节内预置有数根金属钻管，转向短节只需要依次串联到油管通过修井机下入井内，转向短节之间可任意加减封隔器以达到分层的目的；
二、送达预定深度后，首先坐封悬挂器及附属封隔器，通过对转向短节开泵增压，开始水力喷射作业，高压作业流体流过金属钻管通过旋转射流喷嘴喷射在地层岩石上形成孔道，同时高压作业流体在金属钻管后端端面和喷嘴收缩段产生自进力以不同的角度伸入匹配厚度的油层；
其中，转向短节为两端带有螺纹的圆柱段和中间带有半圆形截面轨道的组合体；转向短节中心主体开有中心通孔，为下级转向短节的金属钻管自进和破岩提供能量；转向短节上部为金属钻管导向段，均布多个孔眼，孔眼内布置数个密封槽，金属钻管插入导向段，密封圈保证流体只能通过钻管喷嘴流出，进而实现自进和破岩的目的；
转向短节中间段设有内半圆形轨道（3-4），该内半圆形轨道（3-4）与侧面片体的外半圆形轨道（4-1）相互配合构成金属钻管转向轨道；侧面片体上布置有用于安装的定位键和键槽；
三、待所有金属钻管伸入地层预定距离后，喷射作业结束；下入打捞工具依次将金属钻管拉回转向短节内，上提油管柱即完成回收转向短节。
本发明的有益效果是：本发明通过金属钻管穿过带有轨道的转向短节实现以一定的角度伸入油层，钻出多个具有一定长度最大化泄油面积的孔眼的技术；另外，根据目标油层增产优化方案确定转向短节的个数；转向短节只需要简单的依次串联到油管通过修井机下入井内，转向短节之间可任意加减封隔器实现分层开采；金属钻管以不同的角度伸入与之相匹配的油层，实现单次作业同步打开多个孔道的目的；
本发明针对不同的油层，可以选用不同的轨道来最大化泄油面积，使得油藏与井筒通过喷射孔道连通，油流经过喷射孔道进入井筒，实现增大产量的目的，并且作业时间短，可靠性高，经济性好，为枯竭油藏、低渗透油藏的增产提供了一种技术手段。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为中心主体的结构示意图；
图3为中心主体的俯视图；
图4为中心主体的A-A剖视图；
图5为侧面片体的结构示意图；
图6为侧面片体的俯视图；
图7为喷嘴的外套的结构示意图；
图8为喷嘴的叶轮的结构示意图；
图9为尾端夹持器的结构示意图；
上图中：尾端夹持器1、金属钻管2、中心主体3、多个侧面片体4、旋转射流喷嘴5，孔眼3-1、密封槽3-2、密封圈3-3、内半圆形轨道3-4、螺纹孔3-5、外半圆形轨道4-1、轨道出口段4-2、定位键4-3、键槽4-4、沉孔4-5、叶轮5-1、外套5-2、连杆6-1和套管6-2。
具体实施方式
结合附图，对本发明作进一步的描述：
参照附图1，本发明提到的一种微型多分支井增产转向短节，包括尾端夹持器1、一个中心主体3、多个侧面片体4、旋转射流喷嘴5，所述中心主体3的上段和下段为圆筒形状，分别与油管活动连接，中间段为长方体结构，且在长方体结构的外表面加工有内半圆形轨道3-4；所述侧面片体4的内侧为长方形表面，长方形表面加工有外半圆形轨道4-1；所述中心主体3的长方体结构和侧面片体4内侧的长方形表面相互配合，使内半圆形轨道3-4和外半圆形轨道4-1构成金属钻管转向轨道；金属钻管2穿入所述金属钻管转向轨道中，上部设有尾端夹持器1，位于中心主体3的上侧，在金属钻管2的下端部设有旋转射流喷嘴5；
使用时，在液压作用下，旋转射流喷嘴5和金属钻管2后端截面产生自进力，金属钻管2穿出轨道，破碎套管和岩石，以预定的角度进入地层形成孔道。通过室内全尺寸实验，掌握岩石影响下的金属钻管2的准确形态，实现精确控制钻管的垂直延伸距离和水平延伸距离。作业完成后，可根据设计方案作为固井方式留在井下起支撑孔道的作用，或者进行回收作业以方便后期其他作业。
参照附图2-4，本发明的中心主体3的上段圆筒内均布有多个孔眼3-1，各个孔眼3-1内布置有密封槽3-2，所述孔眼3-1与内半圆形轨道3-4连通；在中心主体3的上段圆筒内的中间留有中心通孔3-6，为下面的多个转向短节提供作业流体通道；优选的，上述中心主体3的密封槽3-2内设有密封圈3-3，下井作业之前金属钻管4预先插入导向段，与密封圈3-3构成液压缸，下入井内预定位置后，开泵增压，流体只能通过金属钻管前端喷嘴5流出，当压力升高到一定值后，金属钻管自进力克服摩擦阻力和变形阻力，同时实现穿出轨道伸入地层，破碎套管岩石的目的。金属钻管2的速度可通过密封圈的摩擦阻力来控制，简单可靠易实现。
另外，中心主体3的长方体结构表面设有螺纹孔3-5，通过螺栓将侧面片体4与长方体结构固定在一起；上述的内半圆形轨道3-4和外半圆形轨道4-1为螺旋形状。
参照附图5-6，本发明的上述侧面片体4的内侧为长方形表面，外侧为弧形表面，四组侧面片体4与中心主体3的长方体结构相配合组成圆柱形结构。
另外，侧面片体4的内侧长方体表面设有螺旋形的外半圆形轨道4-1，在长方体表面的下部设有一个轨道出口段4-2，针对不同的油层可选择不同的轨道出口角度，用于调节金属钻管5伸入地层的水平延伸距离和垂直延伸距离，该部分对钻管伸入地层的形态具有重要影响。轨道的类型，出口角度等参数根据目标油层的厚度，倾角等参数确定，保证最大化泄油面积。
在长方体表面的右端设有一条定位键4-3，在另一端设有凹下的键槽4-4，定位键4-3的长度与键槽4-4的长度相匹配，在长方体表面的中部上下设有两个沉孔4-5，与中心主体3中间段的螺纹孔3-5相配合，通过螺钉将侧面片体4和中心主体3连接。
参照附图7-8，本发明的旋转射流喷嘴5由外套5-2和叶轮5-1组成，外套内置有叶轮5-1，所述旋转射流喷嘴5与金属钻管2通过焊接方式相连；高压流体流过时产生切向速度，从而改变传统直射流破坏岩石的方式，提高破碎岩石的效率。
参照附图9，本发明的尾端夹持器1由连杆6-1和套管6-2组成，所述套管6-2的外侧焊接有连杆6-1，通过四个连杆将四个套管连接在一起，金属钻管穿过套管6-2且被固定；保证开泵增压时多根金属钻管2以相同速度同步钻进，同时若按照设计要求作业完成后需回收金属钻管2时，可下入专用的打捞器，抓住金属钻管尾端夹持器1即可将所有金属钻管2收回到井筒内，最后上提油管即可完成回收作业。
本发明提到的一种微型多分支井增产转向短节的使用方法，包括以下步骤：
一、油气井作业前，首先根据目标层增产优化方案确定转向短节的个数，原则是n个薄油层同时开采即下入n个转向短节，根据油层厚度确定金属钻管的穿出角度，达到控制金属钻管在油层中的延伸轨迹的目的；若包含厚油层，则根据其厚度确定转向短节的个数，达到最大化泄油面积的目的；每个转向短节内预置有数根金属钻管，转向短节只需要依次串联到油管通过修井机下入井内，转向短节之间可任意加减封隔器以达到分层的目的；
二、送达预定深度后，首先坐封悬挂器及附属封隔器，通过对转向短节开泵增压，开始水力喷射作业，高压作业流体流过金属钻管通过旋转射流喷嘴喷射在地层岩石上形成孔道，同时高压作业流体在金属钻管后端端面和喷嘴收缩段产生自进力以不同的角度伸入匹配厚度的油层；
其中，转向短节为两端带有螺纹的圆柱段和中间带有半圆形截面轨道的组合体；转向短节中心主体开有中心通孔，为下级转向短节的金属钻管自进和破岩提供能量；转向短节上部为金属钻管导向段，均布多个孔眼，孔眼内布置数个密封槽，金属钻管插入导向段，密封圈保证流体只能通过钻管喷嘴流出，进而实现自进和破岩的目的；
转向短节中间段设有内半圆形轨道3-4，该内半圆形轨道3-4与侧面片体的外半圆形轨道4-1相互配合构成金属钻管转向轨道；侧面片体上布置有用于安装的定位键和键槽；
三、待所有金属钻管伸入地层预定距离后，喷射作业结束；下入打捞工具依次将金属钻管拉回转向短节内，上提油管柱即完成回收转向短节。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种微型多分支井增产转向短节，其特征是：包括尾端夹持器（1）、一个中心主体（3）、多个侧面片体（4）、旋转射流喷嘴（5），所述中心主体（3）的上段和下段为圆筒形状，分别与油管活动连接，中间段为长方体结构，且在长方体结构的外表面加工有内半圆形轨道（3-4）；所述侧面片体（4）的内侧为长方形表面，长方形表面加工有外半圆形轨道（4-1）；所述中心主体（3）的长方体结构和侧面片体（4）内侧的长方形表面相互配合，使内半圆形轨道（3-4）和外半圆形轨道（4-1）构成金属钻管转向轨道；金属钻管（2）穿入所述金属钻管转向轨道中，上部设有尾端夹持器（1），位于中心主体（3）的上侧，在金属钻管（2）的下端部设有旋转射流喷嘴（5）；
所述的中心主体（3）的上段圆筒内均布有多个孔眼（3-1），各个孔眼（3-1）内布置有密封槽（3-2），所述孔眼（3-1）与内半圆形轨道（3-4）连通；在中心主体（3）的上段圆筒内的中间留有中心通孔（3-6），为下面的多个转向短节提供作业流体通道；
所述的中心主体（3）的长方体结构表面设有螺纹孔（3-5），通过螺栓将侧面片体（4）与长方体结构固定在一起；
所述的内半圆形轨道（3-4）和外半圆形轨道（4-1）为螺旋形状；
所述侧面片体（4）的内侧为长方形表面，外侧为弧形表面，四组侧面片体（4）与中心主体（3）的长方体结构相配合组成圆柱形结构；
所述的侧面片体（4）的内侧长方体表面设有螺旋形的外半圆形轨道（4-1），在长方体表面的下部设有一个轨道出口段（4-2），针对不同的油层可选择不同的轨道出口角度；在长方体表面的右端设有一条定位键（4-3），在另一端设有凹下的键槽（4-4），定位键（4-3）的长度与键槽（4-4）的长度相匹配，在长方体表面的中部上下设有两个沉孔（4-5），与中心主体（3）中间段的螺纹孔（3-5）相配合，通过螺钉将侧面片体（4）和中心主体（3）连接；
应用该微型多分支井增产转向短节的使用方法，包括以下步骤：
一、油气井作业前，首先根据目标层增产优化方案确定转向短节的个数，原则是n个薄油层同时开采即下入n个转向短节，根据油层厚度确定金属钻管的穿出角度，达到控制金属钻管在油层中的延伸轨迹的目的；若包含厚油层，则根据其厚度确定转向短节的个数，达到最大化泄油面积的目的；每个转向短节内预置有数根金属钻管，转向短节只需要依次串联到油管通过修井机下入井内，转向短节之间可任意加减封隔器以达到分层的目的；
二、送达预定深度后，首先坐封悬挂器及附属封隔器，通过对转向短节开泵增压，开始水力喷射作业，高压作业流体流过金属钻管通过旋转射流喷嘴喷射在地层岩石上形成孔道，同时高压作业流体在金属钻管后端端面和喷嘴收缩段产生自进力以不同的角度伸入匹配厚度的油层；
其中，转向短节为两端带有螺纹的圆柱段和中间带有半圆形截面轨道的组合体；转向短节中心主体开有中心通孔，为下级转向短节的金属钻管自进和破岩提供能量；转向短节上部为金属钻管导向段，均布多个孔眼，孔眼内布置数个密封槽，金属钻管插入导向段，密封圈保证流体只能通过钻管喷嘴流出，进而实现自进和破岩的目的；
转向短节中间段设有内半圆形轨道（3-4），该内半圆形轨道（3-4）与侧面片体的外半圆形轨道（4-1）相互配合构成金属钻管转向轨道；侧面片体上布置有用于安装的定位键和键槽；
三、待所有金属钻管伸入地层预定距离后，喷射作业结束；下入打捞工具依次将金属钻管拉回转向短节内，上提油管柱即完成回收转向短节。
2.根据权利要求1所述的微型多分支井增产转向短节，其特征是：所述旋转射流喷嘴（5）由外套（5-2）和叶轮（5-1）组成，外套内置有叶轮（5-1），所述旋转射流喷嘴（5）与金属钻管（2）通过焊接方式相连。
3.根据权利要求1所述的微型多分支井增产转向短节，其特征是：所述尾端夹持器（1）由连杆（6-1）和套管（6-2）组成，所述套管（6-2）的外侧焊接有连杆（6-1），通过四个连杆将四个套管连接在一起，金属钻管穿过套管（6-2）且被固定。
4.根据权利要求2所述的微型多分支井增产转向短节，其特征是：所述中心主体（3）的密封槽（3-2）内设有密封圈（3-3）。
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