专利名称：喷射反冲式井内割管器及其揭露矿层的方法
技术领域：
本发明涉及适于可溶性矿床或流体矿床分层开采的井内割管装置及揭露其矿层的方法。
由于可溶性矿床或流体矿床分层开采，其过程必然涉及矿层的逐层揭露。现有技术中，矿层的钻井内揭露方法，主要有射孔、爆破、机械切割三种。射孔方法主要应用在油田而对于可溶性矿床则揭露不完全，且成本较高，爆破方法的缺陷是前、后期工作量大，可靠性差，技术有待完善;机械切割方法由于其切割器械的性能有限而发展缓慢。从资料看，机械割管装置用于可溶性矿床或流体矿床，还存在很大局限性。如美国第3419077号专利公开的井内割管器，结构十分复杂，它通过钻杆内液压推动割管器内活塞而使三片割刀张开向上切割，泄压后自然收刀;尽管它的切割深度较大，但工作过程中受到的反扭矩也大，易于断刀，这种装置不适于有腐蚀性的可溶性矿床及流体矿床。《探矿工程》一九八六年第二期刊载的水压多径割管器，是利用钻杆中的水压推动活塞及顶针将三只刀片顶出，存在结构复杂、易损坏和切割深度小的缺陷，不能破坏套管外水泥环。所述两种割管装置都没有考虑作业时的液流循环，不能充分揭露矿层。
本发明的目的是，设计一种结构简单、性能可靠的喷射反冲式井内割管器，可有效地切割井内套管和破坏固井水泥环，并能用其揭露可溶性矿床或流体矿床。
本发明的另一目的是，设计一种利用所述反冲式井内割管器之结构原理充分揭露可溶性矿床及流体矿床矿层的方法，具有可靠性好、工艺简单、成本低等特点。
本发明的技术方案是，所述喷射反冲式井内割管器有上端带连接螺纹的连接杆体，其结构特点是，所述连接杆体中有竖孔，它的下端是割管器体，该割管器体为中部较粗而两端面较小的柱状结构，其一侧柱面装有主刀片组，所述主刀片组由装在割管器体中部的主刀片和其两端的端刀片组成，所述割管器体另一侧柱面与所述主刀片对应位置处有径向喷嘴孔，该喷嘴孔装有小口朝外的收敛型喷嘴，它同所述连接杆体的竖孔连通。还可在主刀片组两侧设置相互对称的两组或两组以上的副刀片组，其构成与主刀片组相同。
以下结合附图对本发明的割管器做出进一步说明。
由图1和图2可知，本发明所述割管器有上端带连接螺纹(2)而用以同钻杆连接的连接杆体(1)，其设计特点是，所述连接杆体(1)中有竖孔(9)，其下端是割管器体(11)，该割管器体(11)为中部较粗而两端面较小的柱状结构，其一侧柱面装有主刀片组(5)，所述主刀片组(5)由装在中部的主刀片(6)和其两端的端刀片(7)(8)组成;所述割管器体(11)另一侧柱面与所述主刀片(6)对应位置处(即可以理解为二者分别处在所述柱体横截面的同一直径两端)有径向喷嘴孔(10)，该喷嘴孔(10)装有小口朝外的收敛形喷嘴(13)，它同所述竖孔(9)相连通。还可在主刀片组(5)两侧设置与主刀片组(5)构成相同的两组(每侧一组)或两组以上相互对称的副刀片组(12)(16)。
本发明的技术方案是，所述揭露可溶性或流体矿床层的方法是，建立穿透矿层的钻井，井壁内层为金属套管而外层为固井水泥环，由下至上逐层揭露，本发明方法的特点是，对一层矿床的揭露在于，利用一个接在钻杆底端并由钻杆带动其旋转且一侧有径向喷嘴而另一侧有刀片的割管装置，由井上经钻杆提供的压力流体经该装置的喷嘴喷出而形成的喷射液流产生的反冲力作为所述刀片切割套管的正压力，对套管进行切割，套管割断后所述液流继续从喷嘴喷出并经套管割缝冲刷破坏相应部位的固井水泥环和矿层而在矿层中形成适当空间，然后将所述割管装置提升适当距离重复所述切割套管及冲刷破坏固井水泥环和矿层过程，由此实现由下至上对套管的逐段切割及对相应部位水泥环与矿层逐段冲刷破坏，使矿层裸露。
以下结合附图对本发明的方法作出进一步描述。
参见图3至图6。由图3可知，本发明方法是，建立穿透矿层的钻井，钻井内壁为金属套管(19)而外层为固井水泥环(17)，由下至上逐层揭露，其设计特点是，对一层矿床的揭露在于，利用一个接在钻杆(18)底端并由该钻杆带动其旋转的割管装置(26)(该装置一侧有径向喷嘴而另一侧有刀片)，由井上经钻杆(18)提供的压力流体经该装置(26)的喷嘴喷出而形成的喷射流体(21)产生的反冲力作为所述刀片切割套管的正压力，对套管(9)进行切割，参见图4，套管(19)割断后所述喷射液流(21)继续从喷嘴喷出并经套管割缝冲刷破坏相应部位的固井水泥环和矿层而在矿层中形成适当空间(25)，然后将所述割管装置提升适当距离(参见图5)重复所述切割套管及冲刷破坏固井水泥环和矿层的过程，由此实现由下至上对套管的逐段切割及对相应部位水泥环与矿层逐段冲刷破坏，割下包括套管和固井水泥环的筒状体(27)落入所述空间(25)下部(参见图6)，使矿层裸露。
本发明的设计原理是，所述割管器体(11)的喷嘴(3)设置在同主刀片(6)相对应的位置，使由压力流体形成的喷射液流产生的反冲力充分提供给所述主刀片组(5)做为切割正压力，实验证明，其稳定性和可靠性很好。喷射液流还可以冷却刀具及套管切割部位、冲刷割缝、清洁井筒。可以通过调节喷射液流的压力和更换不同规格的喷嘴而调整切割正压力。为了产生更好的切割效果，设置了副刀片组(12)(16)。割管器体(11)设计成中部较粗而两端面较小的结构，便于它的下井与上提，亦有利于切割。对于本发明所述方法，喷射液流冲刷到可溶性矿层后，矿层相关部份即被溶蚀而形成所述空间，其底部可堆放逐段割下的筒状体。本发明的装置和方法适于可溶性及流体矿床(如岩盐、钾石盐、芒硝、天然碱、硫磺、天然卤水、石油、天然气等)的矿层揭露，亦可用所述割管器在钻井中进行其它用途的套管切割。因其结构关系，本发明的割管器用于可溶性及流体矿床时，较已有技术具有更好的耐腐蚀性。
由以上可知，本发明的喷射反冲式井内割管器可有效地切割井内套管和破坏固井水泥环、揭露可溶性及流体矿床，具有结构简单、性能可靠的特点;本发明的方法用于揭露所述矿层，具有可靠性好、工艺简单、成本低和实用性强的特点，特别适用于多矿层可溶性矿床在钻井内的从下至上的逐层开采工艺。
实施例按照附图及上述结构与步骤的本发明割管器与方法，用于揭露岩盐矿层。
参见图1与图2，割管器体(11)中部外径120mm，适合切割φ139.7×7.72mm套管，所述刀片组为三组共九片;喷嘴(3)为收敛园锥形，喷口直径和长度分别为9mm与33.75mm，其收敛角为13.5°，扩散角为8°，流量系数0.963，适于600mm井深以内配以300型黄河水文钻机作业(该钻机为自走式并有转盘和泥浆泵，泵压力可达3MPa);当泵压为3MPa时，压力流体喷出速度近70m/s，冲击力约50kg，排量约280l/min。
参见图3至图6，用所述割管器及本发明方法，当下部一个层次的盐岩采掘充分后，在上一个层次岩盐底板上从套管内打一水泥质或木质的塞(24)，将井筒咸水循环洗净而便于作业时观察返出液的成份变化，然后下入割管器到预定位置，打开回转器使钻杆旋转，再逐渐打开泥浆泵出水阀，调节压力流量使割管器开始切割套管(图3)，当套管被割断后，喷射液流冲刷破坏水泥环，冲刷溶解岩盐(图4);从返出液的成份变化判断一道割缝完成后，上提一段距离(如0.5m)继续切割(图5)，当第二道割缝完成后，第一个筒状体(27)坠落，依此循环可将矿层要求裸露部位全部揭露出来。
图1是割管器剖视结构，图2是其俯视结构。图3至图6是本发明所述方法的有关步骤示意图。在图中1-连接杆体，2-连接螺纹，3-收敛型喷嘴，4-定位螺拴，5-主刀片组，6-主刀片，7、8-端刀片，9-竖孔，10-喷嘴孔，11-割管器体，12、16-副刀片组，17-固井水泥环，18-钻杆，19-套管，20-矿层，21-喷射液流，22-矿层底板，23-切屑，24-塞，25-空间，26-割管装置，27-筒状体，28-接头。
权利要求
1.一种喷射反冲式井内割管器，有上端带连接螺纹(2)的连接杆体(1)，其特征是，连接杆体(1)中有竖孔(9)，其上端是割管器体(11)，该割管器体(11)为中部较粗而两端面较小的柱状结构，其一侧柱面装有主刀片组(5)，所述主刀片组(5)由装在中部的主刀片(6)和两端的端刀片(7)(8)组成，割管器体(11)另一侧柱面与所述主刀片(6)对应位置处有径向喷嘴孔(10)，该孔(10)装有小口朝外的收敛型喷嘴(3)并同竖孔(9)连通。
2.根据权利要求1所述的喷射反冲式井内割管器，其特征是，在主刀片组(5)两侧有两组或两组以上且相互对称的副刀片组(12)(16)，所述副刀片组与主刀片组(5)的组成相同。
3.一种揭露可溶性矿床或流体矿床矿层的方法，该方法是，建立穿透矿层的钻井，钻井内层为金属套管而外层为固井水泥环，由于至上逐层揭露，其特征在于，对一层矿床的揭露是，利用一个接在钻杆底端并由钻杆带动其旋转且一侧有径向喷嘴而另一侧有刀片的割管装置，由井上经钻杆提供的压力流体经该装置的喷嘴喷出而形成的喷射液流产生的反冲力作为所述刀片切割套管的正压力，对套管进行切割，套管割断后所述流体继续从喷嘴喷出并经套管割缝冲刷破坏相应部位的固井水泥环和矿层而在矿层中形成适当空间，然后将所述割管装置提升适当距离重复所述切割套管及冲刷破坏固井水泥环和矿层过程，由此实现由下至上对套管的逐段切割及对相应部位水泥环与矿层逐段冲刷破坏，使矿层裸露。
全文摘要
本发明公开了一种用于钻井的喷射反冲式井内割管器和揭露可溶性及流体矿床矿层的方法。所述有连接杆体的割管器体为中部较粗而两端面较小的柱状结构，其一侧有主刀片组而另一侧有带收敛型喷嘴的孔与连接杆体中的竖孔相通。所述方法是，随钻杆转动的所述割管器用喷嘴的喷射反冲力作为切割正压力而切断套管，然后喷流破坏相应处的固井水泥环和矿层而在矿层形成空间，如此由下至上逐段切割套管并冲刷破坏水泥环与矿层，使矿层裸露。
文档编号E21B43/00GK1100177SQ93111689
公开日1995年3月15日 申请日期1993年9月10日 优先权日1993年9月10日
发明者樊传忠, 庹智平 申请人:湖南省湘澧盐矿