[发明专利]一种径向水平井钻井用自进式高压射流喷头

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用高压射流高效快速破碎岩石的钻井工具，特别是一种径向水平井钻井用自进式高压射流喷头。

背景技术

随着石油勘探开发的不断深入，国内大部分油田已进入生产中后期，油井产能下降，开采难度大，采收率低，开发成本高。目前开发老油田采用常规侧钻水平井技术：先通过斜向器引导开窗工具如铣锥等对套管侧面开窗，后用侧钻钻具如单牙轮钻头或PDC钻头等通过所开窗口进行机械钻进水平井来恢复老井产能。但由于采用该技术所需钻机等地面设备多，钻井周期长，设备费用高等缺点，使老油田开发综合经济效益受到严重影响，急待用一种更加高效经济的技术手段来解决这些问题。

针对采用现有侧钻方式进行老井开窗侧钻水平井费用高，经济性差的问题，提出一种采用高压水力射流为破岩主要动力的径向水平井技术：在一口垂直套管井中，用径向开孔工具在所需套管位置钻出所需尺寸引导孔，然后将高压水力喷射径向钻井系统专用工具下入套管井眼和所开引导孔中，地面高压泵车向工作管柱中注入高压钻井液，并从喷头射出而破碎地层岩石，实现高压水力喷射径向水平钻井，达到增大油层裸露面积的目的，采用该方式可以大大减少所需地面设备和井下钻具，从而可高效经济开采地下油气资源。其关键技术之一是采用一种高压射流喷头，在高压射流喷射作用下破岩钻进径向水平井。

发明内容

本发明的目的是：为了解决现有侧钻水平井技术成本高，经济性差等问题，提出一种采用高压水力射流为破岩主要动力的径向水平井技术，特别提出一种径向水平井钻井用自进式高压射流喷头。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题采用的技术方案是：一种径向水平井钻井用自进式高压射流喷头，主要包括壳体1、涡轮转子2、上耐磨钢球13、下耐磨钢球3、挡板4等。其技术特征是：壳体1上加工有顶尖8，3~6个直径为3~7mm的前向喷嘴6和3~6个直径为3~7mm的后向喷嘴7，其中前向喷嘴6的数目少于后向喷嘴7的数目，前、后喷嘴直径相同，并在壳体1外表面敷焊硬质合金；壳体1内部装有涡轮转子2，涡轮转子2上端加工有球形凹槽14，下端沿圆周均匀加工有涡轮叶片9和一球形凹槽10，其本体为半圆柱结构，通过上、下两个耐磨钢球定位；上耐磨钢球13放置在壳体内部球形凹槽12与涡轮转子上端面球形凹槽14之间，下耐磨钢球3放置在涡轮转子下端面球形凹槽10与挡板端部球形凹槽11之间，涡轮转子2可在两钢球之间绕自身轴线自由旋转；壳体1与挡板4通过螺纹连接在一起，挡板4上均匀分布4~6个注水孔5。

本发明的优点：①涡轮转子具有半圆柱体结构，质量分布不均匀，旋转的同时带动喷头及后面喷管连续跳动，有利扩大井眼直径，减小射流喷头引导喷管前进阻力；②高压钻井液在涡轮叶片作用下形成涡流，使从喷嘴喷出的流体具有旋转射流的特性，可以提高破岩速度；③顶尖结构可以插入地层，在喷头前进中不仅起到稳定作用，还强化了破岩效果，进一步提高破岩速度；④本发明结构简单，工作可靠，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明一种径向水平井用自进式高压射流喷头的结构示意图；

图2是本发明一种径向水平井用自进式高压射流喷头的壳体示意图；

图3是本发明一种径向水平井用自进式高压射流喷头的挡板示意图；

图4是本发明一种径向水平井用自进式高压射流喷头的涡轮转子示意图。

图中：1.壳体，2.涡轮转子，3.下耐磨钢球，4.挡板，5.注水孔，6.前向喷嘴，7.后向喷嘴，8.顶尖，9.涡轮叶片，10.涡轮转子下端面球形凹槽，11.挡板端部球形凹槽，12.壳体内部球形凹槽，13.上耐磨钢球，14.涡轮转子上端面球形凹槽。

具体实施方式

按照图1~图4所示，一种径向水平井钻井用自进式高压射流喷头，主要包括壳体1、涡轮转子2、上耐磨钢球13、下耐磨钢球3、挡板4等。其技术特征是：壳体1上加工有顶尖8，3~6个直径为3~7mm的前向喷嘴6和3~6个直径为3~7mm的后向喷嘴7，其中前向喷嘴6的数目少于后向喷嘴7的数目，前、后喷嘴直径相同，并在壳体1外表面敷焊硬质合金提高耐磨性；壳体1内部装有涡轮转子2，涡轮转子2上端加工有球形凹槽14，下端沿圆周均匀加工有涡轮叶片9和一球形凹槽10，其本体为半圆柱结构，通过上、下两个耐磨钢球定位；上耐磨钢球13放置在壳体内部球形凹槽12与涡轮转子上端面球形凹槽14之间，下耐磨钢球3放置在涡轮转子下端面球形凹槽10与挡板端部球形凹槽11之间，涡轮转子2可在两钢球之间绕自身轴线自由旋转；壳体1与挡板4通过螺纹连接在一起，挡板4上均匀分布4~6个注水孔5。

在径向水平井钻井作业过程中，高压钻井液经注水孔5进入壳体1内部，驱动涡轮转子2旋转，由于涡轮转子2本体为半圆柱结构，质量分布不均匀，在转动中产生震动，带动射流喷头及后面喷管在径向井孔内连续跳动，从而扩大喷头活动范围，有利形成较大直径井眼，同时减小喷管与井眼摩擦阻力，使射流喷头引导喷管快速前进；高压钻井液在涡轮叶片9作用下，在壳体1内部形成涡流，使从喷嘴喷出的流体具有旋转射流的特性，这种旋转射流可以对岩石施加正向冲击力和周向力进行破岩，破岩速度快，其中前向喷嘴6的数目少于后向喷嘴7的数目，前、后喷嘴直径相同，使向后喷射的力量大于向前喷射的力量，从而产生向前推进的合力，推动射流喷头在地层中快速前进，顶尖8插进地层，稳定射流喷头的同时对岩石进行破坏，从而又强化了破岩效果，提高破岩速度。