CN205297334U - 用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置,包括地面连续油管装置和水力喷射钻孔工具总成；地面连续油管装置包括连续油管装置、防喷管、井口控制装置和辅助装置；辅助装置包括储液罐、高压泵和煤屑处理系统；水力喷射钻孔工具总成包括自上而下依次连接的连续油管连接器、安全释放装置、单流阀、转向器和水力喷射头；采用上述水力喷射钻孔装置解决了以往依靠斜向器转向的问题，降低了施工成本；并且使用高压射流束在煤层的不同方向及不同深度喷射，实现多层位、同层位多井眼钻进，以增加井眼在煤层气藏中的长度、扩大波及面积、提高气产量，对煤层气藏增产具有重要意义。

Description

用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置

技术领域

本实用新型涉及煤层气开发技术领域，特别涉及一种用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置。

背景技术

煤层气井(层)采用分支井及煤层内钻孔技术是增大煤层解析体积、增加有效渗流面积、提高导流能力的有效手段。目前用于煤层气井分支井钻进和煤层钻孔的工艺均为钻杆旋转钻进或螺杆钻钻进工艺，多采用斜向器等工具使侧孔喷射钻孔，并需要配备较多的地面专用设备和工具，存在设备动用量大，作业工艺复杂，成本高等局限性。

目前用于煤层气井分支井钻进工艺技术很多。已公开专利CN201020224036.5公开了一种零半径径向钻井开采煤层气的装置，该装置利用高压喷射软管和井下偏心导鞋等工具，高压喷射软管带射流喷嘴通过套管头侧翼口进入软管导向管，再进入井下偏心导鞋的偏心通道内，井下偏心导鞋内的偏心通道提供高压喷射软管从垂直转向水平，利用射流喷嘴进行径向水平方向钻井钻进；然而该工艺方法即具有如前所述局限性。此外，已公开专利CN201110123478.X和已授权专利CN200910220786.7分别公开了一种超短半径径向高压水射流复式钻井、完井工具及其工艺和一种超短半径径向钻井工具系统，该两项专利的技术方案均是由地面泵输送具有一定压力的液体，经过软管至井下，软管经过斜向器转向后，在地层中利用喷射钻头的高压喷射，进行非旋转的滑动钻进；然而，在钻进过程中，软管在内部液体高压的作用下刚性很强，并且转向器是居中式结构，软管与转向器之间产生的摩阻较大，钻进装置只具备非旋转的滑动钻进功能，所以其通过转向器时存在无法克服摩阻，难以实现长距离滑动钻进的困难；同时，高压喷射滑动钻进需要地面泵提供较高的液压力，因此对地面泵以及管汇的耐压能力要求很高，限制了该技术的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种直接在煤层气裸眼段或水平段井眼水力喷射钻孔，实现增大煤层解析体积、增加有效渗流面积、提高导流能力的用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置。

为此，本实用新型技术方案如下：

一种用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置，包括地面连续油管装置和水力喷射钻孔工具总成；其中：

地面连续油管装置包括连续油管装置、防喷管、井口控制装置和辅助装置；辅助装置包括储液罐、高压泵和煤屑处理系统；储液罐通过高压泵与连续油管装置内的油管连通；该地面连续油管装置功能是向目的井段提供输送井下喷射钻孔工具，并实现循环通道和进行井口出液控制、压力控制。

水力喷射钻孔工具总成包括自上而下依次连接的连续油管连接器、安全释放装置、单流阀、转向器和水力喷射头；连续油管连接器连接在连续油管装置底端；转向器为液压式流量控制转向器，通过向连续油管内打压使转向器本体在液压压力推动下弯曲至一定角度实现水力喷射头向井筒侧壁喷射钻孔；该水力喷射钻孔工具总成的功能是对煤层气井沿煤层(段)一定方向钻孔，形成一小直径长井筒，达到扩大流经面积、增大产量等目的。

具体地，转向器包括转向器本体和设置在转向器本体下方的转向接头，转向器本体和转向接头之间通过弯折机构连接，在转向器本体内自上而下设置有锥度节流嘴、第一垫片、弹簧、第二垫片和推杆；第一垫片和第二垫片中心设有通孔，且第一垫片和第二垫片分别压配并固定在弹簧顶端和底端，推杆一端固定在第二垫片底面上、另一端斜向延伸并固定在转向接头底端对侧内壁上，当通过锥度节流嘴进入转向器内的液压达到一定压力时，推动锥度节流嘴下方的第一垫片压缩弹簧并推动推杆以使转向接头底部受力弯曲成一定角度。

与现有技术相比，该用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置结构简单、体积小，使得其在实际井下作业使用过程中所需要钻井液总量较少，成本低；其中，连续油管本身所具有的刚度和挠性，能适应裸眼井工况且井眼井壁稳定；而装置中所使用转向器替代传统的定向造斜器，而采用液压式流量控制转向器，在钻孔作业中不仅无需套管并且可以通过控制液压压力使转向器的转向接头弯折至一定角度，实现水力喷射头抵在井筒侧壁预定位置上进行钻孔作业；此外，从工艺方法角度来说，采用连续油管输送、水力喷射钻孔，相对于传统的煤层气压裂工艺，更有利于在煤(层)中井眼周围地层形成长缝长洞，增大煤层解析体积、增加有效渗流面积、提高导流能力；且使用该工艺方法可以采用清水或低含量KCl溶液作为钻井液进行作业，不会对煤层造成伤害或较低伤害。

综上所述，采用上述水力喷射钻孔装置及其工艺方法，无须配备较多的地面专用设备和工具，降低了施工成本，且解决了以往依靠斜向器转向的问题；另外，使用高压射流束在煤层的不同方向及不同深度喷射，钻出多个小直径井眼，适合于煤层气井(层)长缝长洞钻进及能够多层位、同层位多井眼钻进，以增加井眼在煤层气藏中的长度、扩大波及面积、提高气产量，对煤层气藏增产具有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型的用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置未打压时的结构示意图；

图2为本实用新型的用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置经行打压时转向器发生转向进行分支井钻进的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。

该用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置，包括地面连续油管装置和水力喷射钻孔工具总成；地面连续油管装置用于向目的井段提供输送井下喷射钻孔工具，并实现循环通道和进行井口出液控制、压力控制；水力喷射钻孔工具总成用于对煤层气井沿煤层(段)一定方向钻孔，形成一小直径长井筒，以达到扩大流经面积、增大产量等目的。

地面连续油管装置包括连续油管装置、防喷管、井口控制装置和辅助装置；辅助装置包括储液罐、高压泵和煤屑处理系统；储液罐通过高压泵与连续油管装置内的连续油管形成连通，通过高压泵向连续油管内泵送液体并通过调节高压泵泵压对水力喷射钻孔工具总成内的压力进行调节；其中，井口控制装置、防喷管及煤屑处理系统均购自市场销售的现有设备进行地面连续油管装置的组装。

如图1～2所示，水力喷射钻孔工具总成包括自上而下依次螺纹连接的连续油管连接器2、安全释放装置3、单流阀4、转向器5和水力喷射头6；连续油管连接器2连接在连续油管装置的续油管1的底端。

其中，转向器5采用液压式流量控制转向器，包括转向器本体和设置在转向器本体下方的转向接头，转向器本体和转向接头之间通过弯折机构连接，具体地，弯折机构选用液体万向接头；在转向器本体内自上而下设置有锥度节流嘴、第一垫片、弹簧、第二垫片和推杆；第一垫片和第二垫片中心设有通孔且第一垫片和第二垫片分别压配并固定在弹簧顶端和底端，第一垫片的通孔孔径小于节流嘴底部内径，使液体进入转向器的液压可以通过第一垫片传递至弹簧转变成驱动推杆运动的推力，推杆一端固定在第二垫片且邻近转向器本体一侧侧壁的底面上、另一端斜向延伸并固定在转向接头底端对侧内壁上，当通过锥度节流嘴进入转向器内的液压达到一定压力时，推动第一垫片使弹簧压缩并推动推杆使转向接头与转向器本体形成15～30°的弯曲角度；而当体液压力减小后，在弹簧的作用下，推杆恢复到原始状态，此时转向接头与转向器本体回复到同轴状态。

其中，该转向接头的实际弯曲角度可以根据实际井下作业要求通过选用弹簧的弹性系数和第一垫片的厚度进行调整。

在进行分支井的井眼钻进过程中，连续油管连接器2用于将连续油管连接到工具或工作管柱的一端，并能承受相应的拉力、压力和扭矩力，通过收放连续油管将其所带的工具或管柱下至目的井段，完成相应的功能操；安全释放装置3安装在井下工具和连续油管连接头之间，用于在出现问题时，释放井内钻具；单流阀4用于防止从连续油管内出现井喷井涌；水力喷射头6用于喷射钻孔，根据动能-压能转化原理，利用高压射流冲击岩层，当高速流体束冲击接触到岩石后速度突然降为零，其动能转化为水压能，引起岩层破碎应力，继续冲击则达到钻孔的目的。其中，连续油管连接器2、安全释放装置3、单流阀4和水力喷射头6均为从市场采购来的目前井下作业常规装置。

一种使用上述用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置实现水力喷射钻孔的工艺方法，其包括如下步骤：

S1、井筒前期作业准备，即完成井下作业前的常规准备工作；

S2、在井口安装地面连续油管装置并试压至合格，将水力喷射钻孔工具总成安装在连续油管装置中连续油管的底端，并利用地面连续油管装置带动水力喷射钻孔工具总成下入井内指定位置；

S3、启动设置在地面上的高压泵向连续油管内进行打压，通过连续油管传递压力至水力喷射钻孔工具总成，当液压传递至转向器时，在液压作用下转向器弯曲成一定角度，此时水力喷射钻孔工具总成发生弯曲一侧抵靠在井壁上，水力喷射头则抵在对侧井壁上并对准待开孔位置；

S4、继续打压，具有一定压力的液体经水力喷射头喷嘴向前喷出，高速射流与煤层井壁间产生作用力，喷射钻进钻孔；当开始钻孔后，水力喷射钻孔工具总成发生弯曲一侧因失去井壁的抵靠力而导致液压降低，水力喷射头排量降低，此时，通过连续油管为水力喷射头送进加压钻压钻进，并通过水力喷射头喷嘴形成高速射流束破碎、切割煤地层并钻进形成小直径井眼；

S5、提放连续油管，使水力喷射钻孔工具总成变换井下深度；重复步骤S3和S4进行第二个至第N个(N＞2)个井眼钻进作业。

该工艺方法修正和克服现有工艺技术存在的问题、缺陷和不足，适应在煤层气井(层)钻进，形成长缝长洞，增大煤层解析体积、增加有效渗流面积、提高导流能力。

Claims (2)

1.一种用于煤层气井连续油管输送的水力喷射钻孔装置，其特征在于，包括地面连续油管装置和水力喷射钻孔工具总成；其中，地面连续油管装置包括连续油管装置、防喷管、井口控制装置和辅助装置；辅助装置包括储液罐、高压泵和煤屑处理系统；储液罐通过高压泵与连续油管装置内的油管连通；水力喷射钻孔工具总成包括自上而下依次连接的连续油管连接器、安全释放装置、单流阀、转向器和水力喷射头；连续油管连接器连接在连续油管装置底端；转向器为液压式流量控制转向器，通过向连续油管内打压使转向器本体在液压压力推动下弯曲至一定角度实现水力喷射头向井筒侧壁喷射钻孔。

2.根据权利要求1所述的用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置，其特征在于，转向器包括转向器本体和设置在转向器本体下方的转向接头，转向器本体和转向接头之间通过弯折机构连接，在转向器本体内自上而下设置有锥度节流嘴、第一垫片、弹簧、第二垫片和推杆；第一垫片和第二垫片中心设有通孔，且第一垫片和第二垫片分别压配并固定在弹簧顶端和底端，推杆一端固定在第二垫片底面上、另一端斜向延伸并固定在转向接头底端对侧内壁上，当通过锥度节流嘴进入转向器内的液压达到一定压力时，推动锥度节流嘴下方的第一垫片压缩弹簧并推动推杆以使转向接头底部受力弯曲成一定角度。