专利名称：磨料射流井下深穿透射孔装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油气井井下射孔装置。
技术背景油气井完成固井以后，套管和水泥环将井筒与周围地层隔离。为了使井筒与地层之间实现流体沟通(采出或注入)，就要进行射孔作业。射孔就是射穿套管、水泥环并进入地层某一深度，从而形成一个连续孔眼的过程。射孔质量是关系到油田开发方案能否实现，油井产能和产量是否能保证的关键因素之一。目前见到的射孔方法主要有聚能射孔、子弹式射孔、水力喷砂射孔、高压水射流深穿透射孔、激光射孔及复合射孔，而油田现在最常使用的是聚能射孔。
聚能射孔已有70多年历史了，在使用过程中发现存在许多缺点其一是聚能射孔弹穿透地层的深度非常有限。在井下有套管及高的环境压力作用下，其穿透深度往往不足0.5m，甚至不能穿透钻井等作业过程中对地层所造成的伤害带；其二是在射孔过程中对地层产生二次污染。射孔所形成的残余物极易对地层孔隙造成堵塞，射孔过程也是对地层的一种压实作用，这一压实作用会使孔眼周围形成0.64～1.27cm厚的挤实带，同时高温对射孔孔壁会产生一种瓷化作用，使孔壁的原始渗透率下降80％以上；其三，这种射孔也会对套管及水泥环产生冲击破坏作用，影响油井寿命。
子弹射孔技术是利用炸药爆炸驱动子弹射穿套管和水泥环进入地层，但这种技术不适合于地层强度和套管强度很高的油气井，因为它的穿透能力将大为降低，现己基本不再使用。
水力喷砂射孔是利用高压水射流加砂对套管、水泥环和地层冲蚀一个孔眼。这种技术主要应用于准备进行水力压裂、用聚能射孔效率不高且地质条件复杂的油气井中。其主要优点有在地层中形成大的梨形孔道，有利于降低采油时孔道内的压力损耗，不引起孔道堵塞，有利于砾石充填和防止出砂。主要缺点是成本高，射孔深度仍较浅，一般只有0.4～0.7m左右，设备损耗大，不适用于4000m以上的井。
高压水射流深穿透射孔技术首先由美国研制成功，其工作原理是利用液压作用通过一金属冲头在套管上冲出一个40mm左右直径的大孔，然后由液压系统伸出一根射流管(顶端带喷嘴)，在高压流体作用下，该管边喷射边前进，喷嘴部分始终保持距射孔底岩面10cm左右，射孔深度2.0m左右。该技术的主要缺点一是冲孔技术不可靠；二是推进高压胶管运动不灵活，而且很容易折断；三是依靠纯水射流的能量破岩效率非常低，因此，该技术自研制成功后，很少见到有现场应用的报道。
技术内容针对上述所讨论的射孔技术存在的不足之处，本实用新型的目的是要提供一种磨料射流井下深穿透射孔装置，利用它直接钻穿套管、水泥环和钻进地层。
本实用新型的目的是这样实现的。它主要包含控制系统、转向机构、喷射系统和液压缸。液压缸连接在油管底部，控制系统安装于液压缸内，转向机构安装于液压缸之下，喷射系统由高压喷管及特殊喷嘴构成。转向机构直接由滑道或者由滑道和滚轮组成，滑道由斜直段、圆弧段和出口校直段依次平滑连接构成，滑道内的出口校直段两侧可以安装也可以不安装滚轮；喷射系统的喷射管安装于转向机构的滑道内，喷射管的前端装有特殊喷嘴，喷嘴的结构可为一头多孔形喷嘴，也可为单孔内加导向元件的喷嘴；控制系统主要控制射孔的速度、喷嘴距射孔孔底岩面的距离、射孔结束后喷射管及喷嘴的复位，可采用液压式和机械限位法两种方式进行控制。当采用液压式控制时，在液压缸内安装双向液压调速器，液压调速器为圆柱体状，其轴向开有两个阻尼孔，孔内各安装弹簧和钢珠，液压缸与油管内腔之间用高压防砂密封组合隔开。当采用机械限位法控制时，在油管与液压缸内安装机械式轨迹控制器，轨迹控制器主要采用导向槽加滑环销钉结构。
图1是依据本实用新型所提出的采用液压控制式磨料射流井下深穿透射孔装置的结构示意图。
图2是依据本实用新型所提出的采用机械限位法控制的磨料射流井下深穿透射孔装置的结构示意图。
图3是依据本实用新型所提出的磨料射流井下深穿透射孔装置的转向器的结构示意图。
图4是依据本实用新型所提出的磨料射流井下深穿透射孔装置的一头多孔形喷嘴的结构示意图。
图5是图4的左视图。
图6是依据本实用新型所提出的磨料射流井下深穿透射孔装置的内加导向叶轮的喷嘴的结构示意图。
图7是依据本实用新型所提出的磨料射流井下深穿透射孔装置的内螺旋式喷嘴的结构示意图。
图8是依据本实用新型所提出的磨料射流井下深穿透射孔装置的双向液压调速器的结构示意图。
图9是依据本实用新型所提出的磨料射流井下深穿透射孔装置的机械式轨迹控制器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例来详细描述依据本实用新型所提出的磨料射流井下深穿透射孔装置的具体结构。
实施例1，控制系统采用液压式控制，如
图1。其具体结构为在油管2下部连接高压液压缸7，二者之间安装高压防砂密封组合5将油管和液压缸的内腔分隔，液压缸7的底部装密封接头9和转向机构。在油管2的内部抽油杆1下方连接抽油杆脱接器3，高压喷射管8及其进液口4连接在抽油杆脱接器3的下部。在液压缸7内安装双向液压调速器6，调速器的结构如图8，在圆柱体上轴向开有2组阻尼孔，孔内装钢球24、27和弹簧25，且一个孔内是钢球在上、弹簧在下，另一个孔内是弹簧在上、钢球在下，钢球下方开有溢流小孔26。调速器中心的通孔用于安装高压喷射管。
实施例2是控制系统采用机械限位法控制，如图2。这种结构将油管2和液压缸7的内腔相连通，在油管与液压缸连接处内腔装滑环销钉总成18。在抽油杆脱接器3下部连接机械式轨迹控制器17，轨迹控制器为一圆柱体，轴向上对称开有两组滑槽abcdef，如图9，滑槽形状为长圆形，滑环销钉28在滑槽29内运动。
转向机构是本装置的核心部件之一，其转向器可以整体铸造，也可以分两部分制造。整体铸造的转向器主要由滑道12组成，而分两部分制造的转向器是由两个对称的半圆柱通过螺栓10连接在一起，转向器内部主要由滑道12和滚轮11组成。滑道12由斜直段、圆弧段和出口校直段13光滑连接构成，滑道内两侧可以各装有一排滚轮，用来减小摩擦阻力，也可以不装滚轮。在滑道末端的直柱段，可以用来调整高压喷射管14的方向与出口直线度。本装置可使喷射管在离开转向器之后与转向器轴线成30°～90°的角度进入地层，喷射管进入地层的深度依据地层特征可在5m以内进行调节。
喷射系统由进液口、高压喷射管、特殊射流喷嘴等部件组成。进液口4在高压喷射管8的顶端，射流喷嘴15安装于喷射管的出口端，进液口允许高压磨料浆体进入高压喷射管，高压喷射管可在液压作用下不断地从转向器内伸出进入地层。磨料射流喷嘴也是本装置的核心部件之一。磨料射流喷嘴是由特种耐磨材料制成，可以用内加导向叶轮20喷嘴，也可用内螺旋23式喷嘴，亦可用一头多孔喷嘴19。内加导向叶轮喷嘴的内部由导向叶片20、锥形加速段21、喷孔22构成。使用这些喷嘴的目的是为了使磨料射流16扩散，钻出一个比喷射管直径大得多的孔眼，以便喷射管可以不断地进入地层，实现深穿透的目的。
利用本实用新型可在新钻成的井眼或老井中进行磨料射流深穿透射孔，可以用送进方式钻穿套管、水泥环、钻进地层，也可以以固定的方式进行定点的磨料射流射孔。它具有工作压力低，切割面整齐，施工工艺简单、成本低、效率高等优点。
权利要求1.一种磨料射流深穿透射孔装置，包括控制系统、转向机构、喷射系统和高压液压缸，液压缸连接在油管底部，控制系统安装于液压缸内，转向机构安装于液压缸之下，喷射系统主要由高压喷管及喷嘴构成，其特征是a.转向机构主要由滑道或滑道加滚轮组成，滑道由斜直段、圆弧段和出口校直段依次平滑连接构成，滑道可以是经过特殊加工的光滑面，也可沿滑道两侧各安装一排滚轮；b.控制系统为双向液压调速器或机械式轨迹控制器。c.喷射系统的喷管安装于转向机构的滑道内，喷管的前端装有高压喷嘴，喷嘴可用一头多孔形喷嘴，也可为单孔内加导向元件的喷嘴。
2.根据权利要求1所述的磨料射流深穿透射孔装置，其特征是，当控制系统为双向液压调速器，即采用液压式控制时，所说的双向液压调速器为圆柱体状，其轴向开有两组阻尼孔，孔内各安装弹簧和钢珠，液压缸与油管内腔之间用高压防砂密封组合隔开。
3.根据权利要求1所述的磨料射流深穿透射孔装置，其特征是，当控制系统为机械式轨迹控制器，即采用机械限位法控制时，所说的轨迹控制器是外表面轴向对称开有两对长圆形滑槽的圆柱体，滑环销钉在滑槽内运动，高压防砂密封组合安装在液压缸与转向器之间。
4.根据权利要求1或3所述的磨料射流深穿透射孔装置，其特征是当控制系统采用机械限位法控制时，在油管与液压缸之间安装滑环销钉总成，油管与液压缸内腔相连通，轨迹控制器连接于抽油杆脱接器下方，高压喷射管及其进液口接于轨迹控制器底部，在液压缸的底端安装高压防砂密封组合。
专利摘要本实用新型提供了一种磨料射流深穿透射孔装置，主要由控制系统、转向机构和喷射系统组成。在油管底部连接液压缸，液压缸内安装控制装置，液压缸的下部连接转向机构。控制装置可采用液压式双向调速器或机械限位法轨迹控制器。转向器由光滑的滑道或者由滑道加滚轮构成，滑道为斜直段、圆弧段和出口校直段依次光滑连接构成，滑道内两侧可以各装一排滚轮，用于喷射管运动时减小摩擦阻力，也可以不装滚轮。喷射系统由高压喷射管及特殊喷嘴构成，喷嘴由特殊耐磨材料制成，可采用多孔喷嘴，也可采用内加导向叶轮的喷嘴或用内螺旋式喷嘴，使射流产生三维螺旋运动，从而使射流呈适度扩散的喇叭状，提高其切削、破碎效率，并使钻出的孔眼大且规则。
文档编号E21B43/11GK2580110SQ02270099
公开日2003年10月15日 申请日期2002年10月17日 优先权日2002年10月17日
发明者王瑞和, 周卫东, 沈忠厚, 杨永印 申请人:石油大学(华东)