CN108952665B - 一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，包括套管，所述套管内下入有钻杆、水力锚、清砂钻头和水力割缝工具；所述水力锚包括具有水力锚中通孔的水力锚本体，所述钻杆分别与所述水力锚和清砂钻头连接，所述水力锚本体内设置有多个卡瓦空腔和完井液压力通道，所述卡瓦空腔内设置有卡瓦、复位弹簧和复位弹簧压板；所述复位弹簧的一端与所述卡瓦连接，另一端与所述复位弹簧压板连接，所述复位弹簧压板与所述水力锚本体固定连接，所述卡瓦空腔通过所述完井液压力通道与所述钻杆连通，所述完井液压力通道内设置有滤砂部件，所述卡瓦沿水力锚本体的径向方向在第一位置和第二位置之间活动。
Description
技术领域
本发明涉及一种水力割缝装置，尤其涉及一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置。
背景技术
天然气水合物试采工程为中国地质调查局重点项目，位于南海神狐海域，距离深圳约300km，水深1300米左右，目标区块的储层岩性以泥质粉砂岩为主，埋藏浅、储层渗透率差且试采难度大，为充分配合降压抽吸法开采水合物，需要扩大与水合物的接触面积。
水力割缝工艺是采用水力射流的原理，通过地面泵注高压流体经过井下割缝工具后，形成高速射流，在水流和研磨材料的作用下，将生产套管及周围岩层沿轴向切开，最后在近井地带形成多条互成角度，具有一定的宽度和深度的物理性空隙，水力喷砂割缝后，油水井井筒周围岩层的几何形态发生了巨大变化，打破了原来地层的平衡状态，近井带应力重新分布，形成一对相对较深的缝隙，从而调整了原来的应力场，使压实带的岩层发生疏松并产生新的裂纹，从而有效提高地层的渗透率。
利用水力割缝技术打开生产套管并深入储层，起到沟通并改造储层的作用，对储层段进行改造，改变近井筒周围岩层的几何形态，改变了近井筒的应力场，增加井筒周围地层渗透率、增加储层动用面积，提高水合物分解速度，改善近井带的渗流阻力，以实现该海域首次水合物试采的目标。
水力割缝依靠高速水流携砂切割生产套管开缝，实现井筒与储层的连通，同时进行储层改造，实现渗透性改善。水力割缝期间，喷嘴能量高度集中切割生产套管，割缝喷嘴必须相对静止，不能出现上下升沉和相对转动，常规使用BOP(防喷器)夹持连续油管或钻杆，从而消除深水平台受海浪流影响造成钻杆周期性运动及钻杆拉伸变形造成割缝深度变化，使水力割缝工具保持严格静止，如中国公开号为CN201710671958.7的专利，该专利通过半潜式钻井平台或钻井船的连续油管或钻杆将水力割缝工具进行输送，以使所述水力割缝工具依次穿过防喷器、井筒结构到达所述井筒结构内的指定深度；启动半潜式钻井平台或钻井船的升沉补偿系统，并关闭防喷器的万能防喷器或闸板防喷器，以使所述万能防喷器或闸板防喷器夹持所述连续油管或钻杆；通过所述连续油管或钻杆输送携砂液至所述水力割缝工具的喷嘴，以完成割缝作业。该专利的技术方案很好地消除深水平台受海浪流影响造成钻杆周期性运动及钻杆拉伸变形造成割缝深度变化，使水力割缝工具保持严格静止，但由于BOP(防喷器)需要频繁开闭，严重影响了BOP(防喷器)的安全性能。
此外，还可以使用水力锚卡紧套管，但由于水力割缝依靠高速水流携砂的完井液切割生产套管开缝，携砂的完井液会进入卡瓦空腔内，砂会卡住卡瓦与卡瓦空腔的缝隙，导致卡瓦无法回缩。水力割缝高速携砂的完井液切割生产套管开缝的过程中，会产生大量的砂，如果割缝期间排量不足，会导致砂累积在一起无法排出，造成堵塞，严重影响水力割缝的工作效率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，其设置有滤砂部件，使卡瓦空腔只能进出完井液，避免完井液携砂进入卡瓦空腔内，避免卡瓦伸出后卡瓦与卡瓦空腔的缝隙被砂填满，导致卡瓦无法回缩；此外还可以快速清砂，使砂能够在清砂钻头的作用下快速向上排出，避免批量割缝，孔底大量沉砂，同时也可以通过清砂钻头探砂底。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，包括套管，所述套管内下入有钻杆、水力锚、清砂钻头和水力割缝工具；所述清砂钻头与所述水力割缝工具连接；所述水力割缝工具内设置有水力割缝喷枪，所述水力锚包括具有水力锚中通孔的水力锚本体，所述钻杆分别与所述水力锚和清砂钻头连接，所述水力锚本体内设置有多个卡瓦空腔和完井液压力通道，所述卡瓦空腔内设置有卡瓦、复位弹簧和复位弹簧压板；所述复位弹簧的一端与所述卡瓦连接，另一端与所述复位弹簧压板连接，所述复位弹簧压板与所述水力锚本体固定连接，所述卡瓦空腔通过所述完井液压力通道与所述钻杆连通，所述完井液压力通道内设置有滤砂部件，所述卡瓦沿水力锚本体的径向方向在第一位置和第二位置之间活动；所述第一位置为：复位弹簧处于自然状态，所述卡瓦远离所述套管的内壁；所述第二位置为：完井液通过完井液压力通道进入卡瓦空腔，复位弹簧处于压缩状态，复位弹簧的回复力小于完井液的推力，完井液推动卡瓦向外伸出，以使卡瓦与套管的内壁卡合。
进一步地，所述水力割缝工具还包括水力割缝喷枪短节和水力割缝喷枪短节座落接头，所述水力锚与所述水力割缝喷枪短节之间通过转换接头连接，所述转换接头上设置有第一密封圈，所述水力割缝喷枪短节与所述水力割缝喷枪短节座落接头卡合连接，所述水力割缝喷枪短节座落接头与所述水力割缝喷枪之间通过动力总成连接。
进一步地，所述水力割缝喷枪短节设置有贯穿其顶部和底部的短节中通孔，所述短节中通孔的内壁由上至下依次形成收拢部、打捞弹卡腔室和坐落台阶，所述收拢部与所述钻杆连通，所述收拢部的内径小于所述打捞弹卡腔室的内径，所述打捞弹卡腔室的内径大于所述坐落台阶的内径。
进一步地，所述水力割缝装置还包括水力割缝短节打捞装置，所述水力割缝短节打捞装置包括打捞器和绳索，所述打捞器与所述绳索连接，所述打捞器上设置有打捞器弹卡，所述打捞器弹卡依次通过钻杆、收拢部后静置于所述坐落台阶上，且所述打捞器弹卡与所述打捞弹卡腔室卡合连接；打捞器通过绳索下放，直至坐落在水力割缝短节的坐落台阶上，打捞器弹卡卡住水力割缝喷枪短节的打捞弹卡腔室后，提拉绳索即可把水力割缝喷枪短节打捞出井口，能快速实现不起请砂钻头的情况下更换水力割缝喷枪短节，解决在大批量水力割缝作业时水力割缝喷枪的喷嘴在磨损下更换的工作效率问题。
进一步地，所述卡瓦空腔的内壁与所述卡瓦之间设置有第二密封圈，设置有第二密封圈能使卡瓦空腔的水密性更好。
进一步地，所述水力割缝喷枪上均匀设置有多个喷嘴。
进一步地，所述半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置还包括防喷器和井筒，所述防喷器设置于所述井筒的顶部，所示套管位于所述井筒的下方。
进一步地，所述防喷器内设置有万能防喷器和闸板防喷器。
进一步地，所述闸板防喷器为可变闸板防喷器或固定闸板防喷器。
进一步地，所述半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置还包括节流管线和压井管线，所述节流管线和压井管线分别与所述防喷器连接。
相比现有技术，本发明的有益效果在于，所述卡瓦空腔内设置有卡瓦、复位弹簧和复位弹簧压板；所述复位弹簧的一端与所述卡瓦连接，另一端与所述复位弹簧压板连接，所述卡瓦在压力作用下会向外伸出卡紧所述套管，所述卡瓦空腔通过完井液压力通道与所述钻杆连接，所述完井液压力通道内设置有滤砂部件，水力割缝工具作业时，通过完井液携砂进行水力割缝，通过设置有滤砂部件，使卡瓦空腔只能进出完井液，避免完井液携砂进入卡瓦空腔内，卡瓦伸出后卡瓦与卡瓦空腔的缝隙被砂填满，导致卡瓦无法回缩；此外，本装置还设置有清砂钻头，可以实现水力割缝工具与钻杆内清砂的两种工况的快速转换，避免钻杆内大量积砂，使砂能够在清砂钻头的作用下快速向上排出，避免批量割缝，孔底大量沉砂，同时也可以通过清砂钻头探砂底，更好地提高本装置的工作效率。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明所述的一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置的结构示意图。
图2是图1的A区域的局部放大图。
图3为本发明所述的一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置与水力割缝喷枪短节打捞装置的结构示意图。
图4是图3的B区域的局部放大图。
图中：1-套管、2-钻杆、3-水力锚、4-清砂钻头、6-防喷器、7-井筒、8-节流管线、9-压井管线、31-卡瓦空腔、32-卡瓦、33-复位弹簧、34-复位弹簧压板、35-完井液压力通道、36-第二密封圈、51-水力割缝喷枪、52-水力割缝喷枪短节、53-水力割缝喷枪短节座落接头、54-转换接头、55-动力总成、61-万能防喷器、62-闸板防喷器、101-打捞器、102-绳索、351-滤砂部件、511-喷嘴、521-打捞弹卡腔室、522-坐落台阶、523-收拢部、1011-打捞器弹卡、1012-左弹卡、1013-右弹卡、1014-扭簧。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-2所示，一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，包括套管1、防喷器6、井筒7、节流管线8和压井管线9，所述防喷器6设置于所述井筒7的顶部，所述套管1设置于所述井筒7的下方，所述节流管线8和压井管线9分别与所述防喷器6连接。
具体地，所述套管1内下入有钻杆2、水力锚3、清砂钻头4和水力割缝工具，所述钻杆2与所述水力锚3连接，所述清砂钻头4与所述钻杆2固定连接，所述清砂钻头4与所述水力割缝工具连接。
通过半潜式钻井平台或钻井船的钻杆2将水力割缝工具进行输送，以使所述水力割缝工具依次穿过防喷器6和井筒7到达所述井筒7内的指定深度。
具体地，所述水力锚3包括具有水力锚中通孔的水力锚本体，所述钻杆2穿过所述水力锚中通孔与与所述清砂钻头4固定连接，所述水力锚本体内设置有多个卡瓦空腔31和完井液压力通道35，所述卡瓦空腔31内设置有卡瓦32、复位弹簧33和复位弹簧压板34；所述复位弹簧33的一端与所述卡瓦32连接，另一端与所述复位弹簧压板34连接，所述卡瓦空腔31通过完井液压力通道35与所述钻杆2连接，所述完井液压力通道35内设置有滤砂部件351，所述卡瓦32沿水力锚本体的径向方向在第一位置和第二位置之间活动；所述第一位置为：复位弹簧33处于自然状态，所述卡瓦32远离所述套管1的内壁；所述第二位置为：完井液通过完井液压力通道35进入卡瓦空腔31，复位弹簧33处于压缩状态，复位弹簧33的回复力小于完井液的推力，完井液推动卡瓦32向外伸出，以使卡瓦32与套管1的内壁卡合。
水力割缝作业时，通过完井液携砂进行水力割缝，完井液从钻杆2通过完井液压力通道35进入卡瓦空腔31内，完井液进入卡瓦空腔31后推动卡瓦32向外伸出卡紧套管1，卡瓦32此时压紧复位弹簧33，水力割缝作业结束后，卡瓦空腔31内的完井液通过完井液压力通道35返回钻杆2内，卡瓦32在复位弹簧33的作用下复位，卡瓦32松开卡紧套管1，从而完成一个完整的水力割缝工作。
水力割缝作业时，通过完井液携砂进行水力割缝，通过设置有滤砂部件351，使卡瓦空腔31只能进出完井液，避免完井液携砂进入卡瓦空腔31内，卡瓦32伸出后卡瓦32与卡瓦空腔31的缝隙被砂填满，导致卡瓦32无法回缩；清砂钻头4可以实现水力割缝工具与钻杆2内清砂的两种工况的快速转换，避免钻杆2内大量积砂，使砂能够在清砂钻头4的作用下快速向上排出，避免堵塞钻杆2，更好地提高本装置的工作效率。
本实施例中水力锚的工作原理：
水力割缝时钻杆2内的压力比钻杆2外的压力高，完井液进入卡瓦空腔31，推动卡瓦32向外伸出，从而卡紧套管1，从而消除深水平台受海浪流影响造成钻杆2周期性运动及钻杆2拉伸变形造成割缝深度变化，使水力割缝工具保持严格静止，割缝作业条件与陆地保持一致；停止水力割缝后，钻杆2内外的压力一致，卡瓦32在复位弹簧33的作用缩回原位，完井液排出卡瓦空腔31。
具体地，所述水力割缝工具包括水力割缝喷枪51、水力割缝喷枪短节52和水力割缝喷枪短节座落接头53，所述水力锚3与所述水力割缝喷枪短节52之间通过转换接头54连接，所述转换接头54上设置有第一密封圈，所述水力割缝喷枪短节52与所述水力割缝喷枪短节座落接头53卡合连接，所述水力割缝喷枪短节座落接头53与所述水力割缝喷枪51之间通过动力总成55连接。
具体地，所述卡瓦空腔31的内壁与所述卡瓦32之间设置有第二密封圈36，设置有第二密封圈36能使卡瓦空腔31的水密性更好。
具体地，所述水力割缝喷枪51上均匀设置有多个喷嘴511，设置有多个喷嘴511能更好地提高工作效率。
具体地，所述防喷器6内设置有万能防喷器61和闸板防喷器62；防喷器6是用于试油、修井、完井等作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生，将全封和半封两种功能合为一体，具有结构简单，易操作，耐高压等特点，是油田常用的防止井喷的安全密封井口装置；石油钻井时，安装在井口的套管1头上，用来控制高压油、气、水的井喷装置。在井内油气压力很高时，防喷器6能把井口封闭(关死)，从钻杆2内压入重泥浆时，其闸板下有四通，可替换出受气侵的泥浆，增加井内液柱的压力，以压住高压油气的喷出；万能防喷器61是可以在紧急情况下启动，应付任何尺寸的钻具和空井；旋转防喷器是可以实现边喷边钻作业。
具体地，所述闸板防喷器62为可变闸板防喷器或固定闸板防喷器。
具体地，所述水力割缝喷枪短节52设置有贯穿其顶部和底部的短节中通孔，所述短节中通孔的内壁由上至下依次形成收拢部523、打捞弹卡腔室521和坐落台阶522，所述收拢部523与所述钻杆2连通，所述收拢部523的内径小于所述打捞弹卡腔室521的内径，所述打捞弹卡腔室521的内径大于所述坐落台阶522的内径。
如图3-图4所示，所述水力割缝装置还包括水力割缝喷枪短节打捞装置，所述水力割缝喷枪短节打捞装置包括打捞器101和绳索102，所述打捞器101与所述绳索102连接，所述打捞器101上设置有打捞器弹卡1011，所述打捞器弹卡1011与所述打捞弹卡腔室521卡合连接；打捞器弹卡1011包括左弹卡1012、右弹卡1013和扭簧1014，所述左弹卡1012的一端与所述右弹卡1013的一端通过扭簧1014连接，左弹卡1012另一端和右弹卡1013的另一端均为自由端，所述扭簧1014用于控制左弹卡1012的另一端和右弹卡1013的另一端之间形成的夹角；打捞器101通过绳索102下放，直至坐落在水力割缝喷枪短节52的坐落台阶522上，打捞器弹卡1011卡住水力割缝喷枪短节52的打捞弹卡腔室521后，提拉绳索102即可把水力割缝喷枪短节52打捞出井口，能快速实现不起清砂钻头4的情况下更换水力割缝喷枪短节52，解决在大批量水力割缝作业时水力割缝喷枪51的喷嘴511在磨损下更换的工作效率问题。
所述水力割缝喷枪短节52设置有贯穿其顶部和底部的短节中通孔，所述短节中通孔的内壁由上至下依次形成收拢部523、打捞弹卡腔室521和坐落台阶522，所述收拢部523与所述钻杆2连通，所述收拢部523的内径小于所述打捞弹卡腔室521的内径，所述打捞弹卡腔室521的内径大于所述坐落台阶522的内径。
水力割缝喷枪短节打捞装置工作时，打捞器101通过绳索102下放，从钻杆2内一直下放至水力割缝喷枪短节52上，收拢部523的内径较小，打捞器101上的打捞器弹卡1011通过水力割缝喷枪短节52的收拢部523时，左弹卡1012和右弹卡1013向内收缩，扭簧1014处于压缩状态，打捞器弹卡1011到达打捞弹卡腔室521后，在扭簧1014的弹力作用下，左弹卡1012和右弹卡1013同时向外弹开，使打捞器弹卡1011卡住打捞弹卡腔室521，然后提拉绳索102即可将水力割缝喷枪短节52打捞出井口。
本实施例的工作原理：
通过钻杆2输送携砂的完井液至所述水力割缝喷枪51的喷嘴511，以完成割缝作业，即水力割缝的携砂的完井液通过钻杆2输送至水力割缝喷枪51的喷嘴511高速喷出，形成高速含砂射流，高速含砂射流喷射切割套管1，在水流和研磨材料的作用下，割穿套管1后，高速含砂射流继续喷射切割储层，实现套管1及周围岩层沿轴向切开，最后在近井地带形成多条互成角度，具有一定的宽度和深度的物理性空隙。
需要说明的是，水力割缝工具的高速含砂射流切割套管1和储层后，返出液从节流管线8或者压井管线9循环到地面，从而完成一组水力割缝作业。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，其特征在于：包括套管(1)、水力割缝喷枪短节(52)、水力割缝喷枪短节座落接头(53)和水力割缝短节打捞装置，所述套管(1)内下入有钻杆(2)、水力锚(3)、清砂钻头(4)和水力割缝工具；所述清砂钻头(4)与所述水力割缝工具连接；所述水力割缝工具内设置有水力割缝喷枪(51)，所述水力锚(3)包括具有水力锚中通孔的水力锚本体，所述钻杆(2)分别与所述水力锚(3)和清砂钻头(4)连接，所述水力锚本体内设置有多个卡瓦空腔(31)和完井液压力通道(35)，所述卡瓦空腔(31)内设置有卡瓦(32)、复位弹簧(33)和复位弹簧压板(34)；所述复位弹簧(33)的一端与所述卡瓦(32)连接，另一端与所述复位弹簧压板(34)连接，所述复位弹簧压板(34)与所述水力锚本体固定连接，所述卡瓦空腔(31)通过所述完井液压力通道(35)与所述钻杆(2)连通，所述完井液压力通道(35)内设置有滤砂部件(351)；所述卡瓦(32)沿水力锚本体的径向方向在第一位置和第二位置之间活动；所述第一位置为：复位弹簧(33)处于自然状态，所述卡瓦(32)远离所述套管(1)的内壁；所述第二位置为：完井液通过完井液压力通道(35)进入卡瓦空腔(31)，复位弹簧(33)处于压缩状态，复位弹簧(33)的回复力小于完井液的推力，完井液推动卡瓦(32)向外伸出，以使卡瓦(32)与套管(1)的内壁卡合；
所述水力锚(3)与所述水力割缝喷枪短节(52)之间通过转换接头(54)连接，所述转换接头(54)上设置有第一密封圈，所述水力割缝喷枪短节(52)与所述水力割缝喷枪短节座落接头(53)卡合连接，所述水力割缝喷枪短节座落接头(53)与所述水力割缝喷枪(51)之间通过动力总成(55)连接；
所述水力割缝喷枪短节(52)设置有贯穿其顶部和底部的短节中通孔，所述短节中通孔的内壁由上至下依次形成收拢部(523)、打捞弹卡腔室(521)和坐落台阶(522)，所述收拢部(523)与所述钻杆(2)连通，所述收拢部(523)的内径小于所述打捞弹卡腔室(521)的内径，所述打捞弹卡腔室(521)的内径大于所述坐落台阶(522)的内径；
所述水力割缝短节打捞装置包括打捞器(101)和绳索(102)，所述打捞器(101)与所述绳索(102)连接，所述打捞器(101)上设置有打捞器弹卡(1011)，所述打捞器弹卡(1011)依次通过钻杆(2)、收拢部(523)后静置于所述坐落台阶(522)上，且所述打捞器弹卡(1011)与所述打捞弹卡腔室(521)卡合连接。
2.根据权利要求1所述的一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，其特征在于：所述卡瓦空腔(31)的内壁与所述卡瓦(32)之间设置有第二密封圈(36)。
3.根据权利要求1所述的一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，其特征在于：所述水力割缝喷枪(51)上均匀设置有多个喷嘴(511)。
4.根据权利要求1所述的一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，其特征在于：还包括防喷器(6)和井筒(7)，所述防喷器(6)设置于所述井筒(7)的顶部，所示套管(1)位于所述井筒(7)的下方。
5.根据权利要求4所述的一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，其特征在于：所述防喷器(6)内设置有万能防喷器(61)和闸板防喷器(62)。
6.根据权利要求5所述的一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，其特征在于：所述闸板防喷器(62)为可变闸板防喷器或固定闸板防喷器。
7.根据权利要求6所述的一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置，其特征在于：还包括节流管线(8)和压井管线(9)，所述节流管线(8)和压井管线(9)分别与所述防喷器(6)连接。
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