一种水平井储层改造设备及其改造方法与流程

本发明涉及一种油气通道的储层改造设备，具体是一种水平井储层改造设备及其改造工艺。

背景技术：

水平井压裂改造技术是目前国际通用的储层改造工艺技术。水力压裂的目的在于改造油层的物理结构，人为地在油层中形成一条或几条高渗透能力的通道，以降低井筒附近的流动阻力，增大渗流能力，使油井获得增产效果。措施是就是利用地面高压泵，通过井筒向水平井压注具有较高粘度的压裂液，使地层岩石破裂，油层产生裂缝。

所有的资料中都提到，纯水、仅带泥沙的水是无法起到良好压裂作用的。压裂水中的化学添加剂是关键。压裂液中含有多种化学添加剂，诸如表面活性剂、氯化钾、凝胶剂、防垢剂、酸碱调节剂、交联剂、破胶剂、铁离子稳定剂、缓蚀剂、杀菌剂、减阻剂以及酸等等。目前认识来看，水力压裂(压裂液)对环境的影响主要是对地下水的污染，注入地层中的这些化学物质随着时间可能会向上运移，进而可能对地下水造成污染，因而目前已经有一些国家(比如欧洲一些国家)明确立法规定禁止进行水力压裂。水力压裂作为油气增产的一项关键技术，本身就是一把双刃剑，通过压裂，可以大幅度提高油气产量，特别是非常规油气资源的产量，保证全球的能源供给，而另一方面，水力压裂活动又不可避免的会对地球环境产生影响和破坏，因而我们要辩证的看待水力压裂这一技术。

水力压裂是否对人类健康有影响至今还是有争论的，确定的是水力压裂需要消耗大量的地表水资源，同时会反排出大量的地层水和压裂废水至地面。废液如何处理也是一个关键的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水平井储层改造设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水平井储层改造设备，包括地面面板、油管电缆和井下钻孔机器；所述地面面板安放在地面测井车上；地面面板通过油管电缆连接至井下钻孔机器；所述油管电缆包括油管电缆内芯和油管电缆外壳，油管电缆外壳套在油管电缆内芯的外侧；多个油管电缆短接串联成施工需要的长度；所述井下钻孔机器包括第一电机、第二电机、丝杆螺母装置、齿轮装置、软轴轨迹装置、软管和钻头，第一电机输出轴连接至丝杠螺母装置的丝杠，杠螺母装置的螺母采用直线运动，杠螺母装置的螺母推拉软轴使其双向移动；所述第二电机的输出轴连接至齿轮装置的输入轴，齿轮装置通过多组齿轮啮合把一个轴的旋转变成圆周均布的多轴旋转，每个旋转轴连接一根软轴，软轴安放在软轴轨迹装置的曲线槽中，钻头安装在软轴端部。

作为本发明进一步的方案：所述地面面板是动力和信息控制柜；油管电缆将地面动力和控制命令输送给井下钻孔机器，并将井下钻孔机器上的传感器采集的电信号传递给地面，实现地面井下信息互通，智能钻孔。

作为本发明再进一步的方案：所述油管电缆内芯是地面和井下钻孔机器的连接电线。

作为本发明再进一步的方案：所述油管电缆外壳是油管，油管电缆外壳由多个短节串联而成，油管电缆外壳的一端设置在井口，另一端连接至井下钻孔机器。

一种利用水平井储层改造设备的改造方法，其主要步骤如下：

1)水平井中输送钻孔机器：通过井口装置首先下放钻孔机器入施工井眼，在井口对接第一根油管电缆和钻孔机器，下放油管电缆和钻孔机器单根油管电缆外壳的距离，在井口对接第二根油管电缆和井下第一根油管电缆，再次下放单根油管电缆外壳的距离，以此类推，根据井深决定串联的油管电缆数量；当井下钻孔机器通过水平井的弯曲和水平段时，需要在井口向油管电缆施加向下的压力，推动钻孔机器移动，直至施工部位；

2)井下钻孔作业：地面面板向井下发出命令，第一电机和第二电机旋转，带动软轴和钻头旋转和移动；软轴轨迹装置约束软轴的位置，使钻头接触地层且逐步向地层深入，钻出孔道；当软轴进入地层到达设计极限行程后，地面面板向井下发出命令，第一电机反转，带动软轴反向移动，最终将钻头从地层拉出，收回到机器中；根据施工任务需要，在井口上提油管电缆，拆卸若干节油管电缆，在另一位置重复钻孔作业过程；依此可以停留在井下多个位置钻孔；

3)拉出钻孔机器：井下钻孔作业完成后，井口上提油管电缆，依次拆卸各节油管电缆，最终将井下钻孔机器从井下上提到地面，施工完毕。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种环保方法改造地层的石油工艺，利用电机软轴等技术手段在地层中钻出多个孔道，形成油气的流通通道，达到油井增产的目的。相比于传统水力压裂，软轴钻孔是绝对环保无害的。

本发明采用软轴钻孔其对孔洞的深度是可控的，能够根据油层的厚度，设计钻出不同深度的流体通道，避免钻穿油层，使油水层混合，影响油气后续的开采效率，或者说省去后续堵水的环节，对提高开采时效也是有利的。

附图说明

图1为水平井储层改造设备的结构示意图。

图中：1-地面面板，2-油管电缆内芯，3-油管电缆外壳，4-第一电机，5-丝杠螺母装置，6-第二电机，7-齿轮装置，8-软轴轨迹装置，9-软轴，10-钻头。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，一种水平井储层改造设备，包括地面面板1、油管电缆和井下钻孔机器；所述地面面板1安放在地面测井车上；地面面板1通过油管电缆连接至井下钻孔机器；地面面板1是动力和信息控制柜；油管电缆将地面动力和控制命令输送给井下钻孔机器，并将井下钻孔机器上的传感器采集的电信号传递给地面，实现地面井下信息互通，智能钻孔。

本发明利用油管电缆将井下钻孔机器送入水平井施工段，所述油管电缆包括油管电缆内芯2和油管电缆外壳3，油管电缆外壳3套在油管电缆内芯2的外侧；多个油管电缆短接串联成施工需要的长度；串联后的油管电缆有刚性，可以承受井口施加的向下压力，串联后的油管电缆也有一定柔度，可以通过水平井弯曲轨迹，实现将井下钻孔设备送入水平井施工段；

所述油管电缆内芯2是地面和井下装置的连接电线，地面动力和控制命令输送给井下钻孔的设备和井下设备传感器采集的电信号传递给地面都是通过油管电缆内芯2传输；

所述油管电缆外壳3是油管，油管电缆外壳3由多个短节串联而成，油管电缆外壳3的一端设置在井口，另一端连接至井下钻孔机器。

所述井下钻孔机器包括第一电机4、第二电机6、丝杆螺母装置5、齿轮装置7、软轴轨迹装置8、软管9和钻头10，第一电机4输出轴连接至丝杠螺母装置5的丝杠，杠螺母装置5的螺母采用直线运动，杠螺母装置5的螺母推拉软轴9使其双向移动；

所述第二电机6的输出轴连接至齿轮装置7的输入轴，齿轮装置7通过多组齿轮啮合把一个轴的旋转变成圆周均布的多轴旋转，每个旋转轴连接一根软轴8，软轴8安放在软轴轨迹装置7的曲线槽中，钻头10安装在软轴端部。

一种采用水平井储层改造设备的改造方法，其主要步骤如下：

1)水平井中输送钻孔机器：通过井口装置首先下放钻孔机器入施工井眼，在井口对接第一根油管电缆和钻孔机器，下放电缆和钻孔机器单根油管的距离，在井口对接第二根油管电缆和井下第一根油管电缆，再次下放单根油管电缆的距离，以此类推，根据井深决定串联的油管电缆数量。当井下钻孔机器通过水平井的弯曲和水平段时，需要在井口向油管电缆施加向下的压力，推动钻孔机器移动，直至施工部位。

2)井下钻孔作业：地面面板1向井下发出命令，第一电机4和第二电机6旋转，带动软轴9和钻头10旋转和移动。软轴轨迹装置8约束软轴9的位置，使钻头10接触地层且逐步向地层深入，钻出孔道；当软轴9进入地层到达设计极限行程后，地面面板1向井下发出命令，第一电机4反转，带动软轴8反向移动，最终将钻头10从地层拉出，收回到机器中；根据施工任务需要，在井口上提油管电缆，拆卸若干节油管电缆，在另一位置重复钻孔作业过程；依此可以停留在井下多个位置钻孔。

3)拉出钻孔机器：井下钻孔作业完成后，井口上提油管电缆，依次拆卸各节油管电缆，最终将井下钻孔机器从井下上提到地面，施工完毕。

本发明将钻孔的设备送入水平井施工段的描述采用的是油管电缆。但是爬行器、连续油管、湿接头等常见水平井输送方法应用在钻孔改造地层的石油工艺也在本专利保护范围。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。