CN108868614B - 一种高压软管及水力喷射径向钻孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压软管，包括软管本体和外套管；外套管由若干单节依次连接而成，在所述软管本体弯折时，高压水流可以从相邻单节间喷出。及一种水力喷射径向钻孔方法，该方法利用高压软管，在钻进动力不足，将高压软管弯折形成弯段，在弯段处的高压水流喷射在管壁上，形成反向推力，推动弯段沿所述软管本体递进，直至最后形成的弯段到达水力喷射钻头，从而增加所述水力喷射钻头的钻进深度。解决目前自进式水力喷射钻头在摩阻增大，自进力不足的情况下，难以钻入更深地层的问题。

Description

一种高压软管及水力喷射径向钻孔方法

技术领域

本发明涉及非常规油气开采（如煤岩）中的径向钻孔技术，具体的是一种水力喷射径向钻孔技术。

背景技术

目前，水力压裂技术是非常规油气开采中最常用的增产措施，可以极大的提高油气资源的开采效率与采收程度。但是对于某些特殊物性的岩层，如煤岩(泊松比高，杨氏模量低，强度低，塑性大，天然裂隙发育)，易在井筒附近形成短而宽的裂缝形态，按照传统压裂方式很难形成高导流稳定长裂缝，因而沟通能力有限。

水力喷射径向钻孔技术能够垂直于主井眼沿径向钻出呈辐射状分布的一口或多口水平孔眼。将该技术应用石油天然气开发，不存在压实作用，保持了储层原始的裂隙结构；辐射状的分支水平孔眼与原始裂隙在储层中形成相互连通的网络，更大限度地沟通储层原生裂缝和裂隙系统，大大降低了裂隙内流体的流动阻力，极大地提高油气藏开发效益。

但目前的径向钻孔技术是采用常规高压软管或者连续油管来连接自进式水力喷射钻头，在径向钻入一定深度后，由于常规高压软管或者连续油管的弯曲使摩阻增大，自进力不足，难以钻入更深的地层，只能够达到100m左右，严重制约了压裂可控井段的长度，所以需要对已有工艺进行改进，以实现更长距离的径向孔道钻进。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高压软管及应用该高压软管进行水力喷射径向钻孔的方法，解决目前自进式水力喷射钻头在摩阻增大，自进力不足的情况下，难以钻入更深地层的问题。

第一方面，所述的一种高压软管，包括：

软管本体和外套管；

所述软管本体的侧壁上具有若干通孔；

所述外套管，套箍在所述软管本体上；

所述外套管，由若干单节依次连接而成；

所述单节，其内壁上设置若干凹槽结构；

所述凹槽结构，其高度小于所述内壁的高度，并与所述通孔连通；

所述若干单节，在所述软管本体弯折时，用于与所述软管本体的弯折结构相配合；并在所述弯折结构处，所述软管本体内的水流从所述通孔及所述凹槽结构流经后喷出。

优选地，所述凹槽结构为V型槽；

所述V型槽的尖部与所述水流的方向一致。

优选地，所述单节的端口具有凹凸结构；

所述凹凸结构，用于相邻的所述单节之间进行插接。

优选地，所述V型槽具有4个，且分别沿所述单节的内壁周向均布。

优选地，所述软管本体，包括：

内管和外管；

所述内管的侧壁上具有若干第一通孔；

所述外管的侧壁上具有与所述第一通孔连通的第二通孔；

所述内管与所述外管套接为一体。

优选地，所述外管，包括：

内层胶筒和外层胶筒；

所述内层胶筒和所述外层胶筒的侧壁上均具有所述第二通孔；

所述内层胶筒和所述外层胶筒之间包括纤维网层；

所述内层胶筒、所述纤维网层及所述外层胶筒胶结为一体。

优选地，所述内管，其上端口具有扩口结构；

所述扩口结构，用于加大所述水流的动能。

第二方面，一种水力喷射径向钻孔方法，利用高压水流为水力喷射钻头提供旋转破岩钻孔动力，其特征在于：

所述水力喷射钻头上方连接所述第一方面中任一所述的高压软管；

在所述动力不足以支持所述旋转破岩钻孔的进程时，向所述高压软管施加轴向力；

所述轴向力，用于推动所述高压软管弯折形成初始弯段，在所述初始弯段处，所述高压水流从所述凹槽结构中喷出并喷射在管壁上，形成反向推力；

所述反向推力，用于推动所述初始弯段伸直的同时形成新的弯段，同理，不断形成的弯段沿所述软管本体递进，直至最后形成的弯段到达所述水力喷射钻头，所述高压软管伸直，同时增加所述水力喷射钻头的钻进深度。

优选地，所述水力喷射钻头，包括：

旋转喷头及钻头盖帽；

所述旋转喷头与所述钻头盖帽之间通过轴承连接；

所述旋转喷头具有内喷腔；

所述内喷腔的侧壁上设置前喷射孔眼及后喷射孔眼；所述内喷腔中具有旋转叶轮和叶轮中心轴；

所述高压水流冲击所述旋转叶轮通过所述叶轮中心轴带动所述旋转喷头旋转破岩钻孔；

所述高压水流通过所述后喷射孔眼喷射到周围岩壁上，及通过所述前喷射孔眼冲刷前方岩石辅助破岩。

优选地，在所述高压软管与所述水力喷射钻头的连接处设置导向器；

所述导向器，内部具有孔道；

所述孔道，用于导引所述高压软管在所述孔道内弯折。

本发明具有如下有益效果：

①可实现钻进过程中提供地面推力：当钻进至一定深度时，钻头提供的动力不足，此时地面提供向下的推力。连续油管向下施压，该动力经过导向器变成水平的推力。由于高压软管无法传递轴向力，当水平推力达到一定大小时，高压软管在孔道内弯折形成弯段，此时高压软管的外套管单节在弯折的连接处张开，高压水从单节内部的凹槽处向后喷射，喷射在孔壁上，形成反冲力推动弯段伸直，从而将这个弯段推向高压软管的下一段，下一弯段同样通过向后的喷射水流提供的反向推力将弯段向后传递，直至这个弯段传递到前端的水力喷射钻头处，弯段部分完全伸直，水力喷射钻头得以向前移动破岩，钻进深度增加；

②有利于减小高压软管在导向器内的阻力：在正常工作压力条件下，高压软管通过导向器的摩擦阻力占自进力的一半左右，而此新型高压软管在导向器内发生弯折，金属铠甲中喷射向后水流冲击导向器可抵消部分由于摩擦产生的阻力，且在整个钻进过程中，软管一直有一段弯折部分，这样就可以很大程度上减小导向器内摩阻的影响，实现钻进深度的增加；

③携带岩屑离开孔道：新型高压软管在弯折-伸直这个逐渐在孔道内向前推进的过程中会将大部分岩屑向后冲击离开孔道，从而有效降低新型高压软管与孔道的摩阻，增进钻进速度。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的水力喷射径向钻孔整体施工示意图；

图2是图1中I部的局部放大图；

图3是本发明实施例的高压软管的结构示意图；

图4A是本发明实施例的内部胶筒的立体结构示意图；

图4B是本发明实施例的内部胶筒的纵向剖视图；

图5是本发明实施例的内管的结构示意图；

图6是本发明实施例的外套管的一个单节的结构示意图；

图7是本发明实施例的水力喷射钻头的结构示意图；

图8是本发明实施例的弯段行进状态示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图3是本发明实施例的高压软管的结构示意图。图4A是本发明实施例的内部胶筒的立体结构示意图；图4B是本发明实施例的内部胶筒的纵向剖视图；图5是本发明实施例的内管的结构示意图。

由图3所示：一种高压软管，包括软管本体和外套管13，软管本体，包括内管11和外管12，内管11和外管12套在一起后胶结而成为一体，胶结后二者的接触面间没有空隙。之后，将外套管13包裹在胶结为一体的软管本体外，外套管13与软管本体的接触面间，在软管本体处于伸直状态下是相互密封的。

由图5所示：内管11的侧壁上具有若干第一通孔，其上端口具有扩口结构，该扩口结构用于加大通过水流的动能。

由图4A及图4B所示：外管12的侧壁上具有第二通孔。外管12包括内层胶筒14和外层胶筒16；内层胶筒14和外层胶筒16的侧壁上均具有第二通孔；内层胶筒14和外层胶筒16之间包括纤维网层15；内层胶筒14、纤维网层15及外层胶筒16胶结为一体。其中纤维网层15可以增加外管12的强度。

进一步地，套接为一体的内管11和外管12，其中内管11上的第一通孔和外管12上的第二通孔是相互连通的。

软管本体采用内管11和外管12两层一体的原因是上部连接的连续油管管壁较薄，而高压软管的管壁较厚，这也是内管11的上端口做成扩口结构的原因之一；因为软管本体需要弯折，所以内管11采用橡胶材质，强度不够，高压流体容易使内管11涨裂，所以需要一层外管12来增加强度。

继续由图3所示：外套管13，套箍在软管本体上；外套管13，由若干单节依次连接而成。每一个单节的端口具有凹凸结构，该凹凸结构用于相邻的单节之间进行插接。

外套管13的单节，其内壁上设置四个凹槽结构，且分别沿单节的内壁周向均布；凹槽结构的高度小于内壁的高度。

进一步地，由图6所示：该凹槽结构为V型槽，V型槽的尖部与通过软管本体内部水流的方向一致。

高压软管处于伸直状态时，由于相邻的外套管13的单节之间是紧密堆积的，相互间的缝隙很小，使得V型槽处于相对密闭的状态，通过高压软管的高压水流，虽然从第一通孔、第二通孔会流入V型槽，但并不能够从此处喷出。

当高压软管8发生弯折形成弯段时，弯段的弯曲部分的外表面受到拉伸，该弯段外的若干个相邻单节之间会产生间隙，使得V型槽由伸直时的封闭状态变为非密闭状态；这样，由于内管11的第一通孔、外管12的第二通孔与V型槽是对应连通的，所以，高压水流就可以通过内管11的第一通孔、外管12的第二通孔及V型槽从软管本体内部喷射出来。

图7是本发明实施例的水力喷射钻头的结构示意图；由图7所示：水力喷射钻头，包括旋转喷头18及钻头盖帽17；旋转喷头18与钻头盖帽17之间通过轴承21连接；旋转喷头具有内喷腔，该内喷腔的侧壁上设置前喷射孔眼22及后喷射孔眼19；内喷腔中具有旋转叶轮23和叶轮中心轴20，叶轮中心轴20焊接在旋转喷头18的内喷腔中。

进一步地，高压水流冲击旋转叶轮23时，会通过叶轮中心轴20带动旋转喷头18旋转破岩钻孔；同时，高压水流通过后喷射孔眼19喷射到周围岩壁上，及通过前喷射孔眼22冲刷前方岩石辅助破岩。

下面对使用高压软管和水力喷射钻头进行水力喷射径向钻孔，进行概括说明，既：

利用高压水流为水力喷射钻头提供旋转破岩钻孔动力；水力喷射钻头上方高压软管；在动力不足以支持旋转破岩钻孔的进程时，向高压软管施加轴向力，推动高压软管弯折形成初始弯段，在弯段处，高压水流从凹槽结构中喷出并喷射在管壁上，形成反向推力；反向推力推动初始弯段伸直的同时形成新的弯段，同理，不断形成的弯段沿软管本体递进，直至最后形成的弯段到达水力喷射钻头，此时，高压软管伸直，同时增加了水力喷射钻头的钻进深度。

具体地，结合图1、图2及图7对水力喷射径向钻孔方法进行详细说明：

连接径向钻孔工具，从上到下依次接上连续油管3、高压软管8以及水力喷射钻头10，连续油管3和高压软管8通过接箍7连接而成，高压软管8和水力喷射钻头10通过轴承连接。利用套管开窗工具在套管指定深度处钻开一个一定孔径的圆形孔洞，然后提出套管开窗工具，下入导向器9，使径向钻孔工具通过井口装置4经过孔洞进入地层。导向器（9）内部具有孔道；该孔道导引高压软管（8）在孔道内弯折。

开启连续油管作业车1上的地面泵向连续油管3内注入高压清洁水，水流经过连续油管3和高压软管8从水力喷射钻头10喷射而出，此时仅仅依靠钻头提供的自进力进行钻进，根据钻进速度，通过连续油管作业车1在套管内将径向钻孔工具缓慢下入。

当自进力不足以提供继续钻进的动力时，下放连续油管3下压高压软管8，使其转化为一个径向的压力，使得高压软管8在孔道内造成弯折形成一个弯段，该弯段的相邻两个单节之间产生空隙，使V型槽由封闭状态变为非密闭状态，因此高压软管8里的高压水流在弯折处向斜后方喷出，产生推力的分力迫使高压软管8伸直同时将弯段向前推移形成新的弯段，直至最后形成的弯段前移至水力喷射钻头10，此时，弯段伸直，水力喷射钻头10前移，从而实现钻进深度增加。由于水流的喷射、携带和润滑作用，使得钻进深度可达到500米甚至是1千米。

水力破碎岩石的同时将碎屑冲走。钻进过程中的碎屑随水流从套管与高压软管8中间的环空，通过井口装置4返排出。

返排出的水相在废液池6中收集，流经水管2到达水处理装置5处理后循环到作业车1上的水箱中。

完成钻进后，上提水力喷射钻头10至井口装置总阀门以上，在地面关井，将水力喷射钻头10由井口装置4上端取出。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高压软管，其特征在于，包括：

软管本体和外套管（13）；

所述软管本体的侧壁上具有若干通孔；

所述外套管（13），套箍在所述软管本体上；

所述外套管（13），由若干单节依次连接而成；

所述单节，其内壁上设置若干凹槽结构；

所述凹槽结构，其高度小于所述内壁的高度，并与所述通孔连通；

所述若干单节，在所述软管本体弯折时，用于与所述软管本体的弯折结构相配合；并在所述弯折结构处，所述软管本体内的水流从所述通孔及所述凹槽结构流经后喷出。

2.根据权利要求1所述的高压软管，其特征在于：

所述凹槽结构为V型槽；

所述V型槽的尖部与所述水流的方向一致。

3.根据权利要求1所述的高压软管，其特征在于：

所述单节的端口具有凹凸结构；

所述凹凸结构，用于相邻的所述单节之间进行插接。

4.根据权利要求2所述的高压软管，其特征在于：

所述凹槽结构具有4个，且分别沿所述单节的内壁周向均布。

5.根据权利要求1所述的高压软管，其特征在于，所述软管本体，包括：

内管（11）和外管（12）；

所述内管（11）的侧壁上具有若干第一通孔；

所述外管（12）的侧壁上具有与所述第一通孔连通的第二通孔；

所述内管（11）与所述外管（12）套接为一体。

6.根据权利要求5所述的高压软管，其特征在于，所述外管（12），包括：

内层胶筒（14）和外层胶筒（16）；

所述内层胶筒（14）和所述外层胶筒（16）的侧壁上均具有所述第二通孔；

所述内层胶筒（14）和所述外层胶筒（16）之间包括纤维网层（15）；

所述内层胶筒（14）、所述纤维网层（15）及所述外层胶筒（16）胶结为一体。

7.根据权利要求5所述的高压软管，其特征在于：

所述内管（11），其上端口具有扩口结构；

所述扩口结构，用于加大所述水流的动能。

8.一种水力喷射径向钻孔方法，利用高压水流为水力喷射钻头提供旋转破岩钻孔动力，其特征在于：

所述水力喷射钻头上方连接权利要求1-7中任一所述的高压软管；

在所述动力不足以支持所述旋转破岩钻孔的进程时，向所述高压软管施加轴向力；

所述轴向力，用于推动所述高压软管弯折形成初始弯段，在所述初始弯段处，所述高压水流从所述凹槽结构中喷出并喷射在管壁上，形成反向推力；

所述反向推力，用于推动所述初始弯段伸直的同时形成新的弯段，同理，不断形成的弯段沿所述软管本体递进，直至最后形成的弯段到达所述水力喷射钻头，所述高压软管伸直，同时增加所述水力喷射钻头的钻进深度。

9.根据权利要求8所述的水力喷射径向钻孔方法，其特征在于，所述水力喷射钻头，包括：

旋转喷头（18）及钻头盖帽（17）；

所述旋转喷头（18）与所述钻头盖帽（17）之间通过轴承（21）连接；

所述旋转喷头具有内喷腔；

所述内喷腔的侧壁上设置前喷射孔眼（22）及后喷射孔眼（19）；所述内喷腔中具有旋转叶轮（23）和叶轮中心轴（20）；

所述高压水流冲击所述旋转叶轮（23）通过所述叶轮中心轴（20）带动所述旋转喷头（18）旋转破岩钻孔；

所述高压水流通过所述后喷射孔眼（19）喷射到周围岩壁上，及通过所述前喷射孔眼（22）冲刷前方岩石辅助破岩。

10.根据权利要求8所述的水力喷射径向钻孔方法，其特征在于：

在所述高压软管（8）与所述水力喷射钻头的连接处设置导向器（9）；

所述导向器（9），内部具有孔道；

所述孔道，用于导引所述高压软管（8）在所述孔道内弯折。

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