专利名称：油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是油田井下打井钻孔装置，具体涉及的是油田井下高压流体驱动的 自旋水平打孔装置及其应用。
背景技术：
在石油勘探开发中，目前随着石油的不断开采，地下油层的压力不断减小，为了提 高采油效率，需要在原有油井的基础上，在原井筒的水平方向上再打出水平井孔，以扩大渗 油面积。现有打水平孔的装置主要包括地面高压水系统、高压胶管、高压射流自旋喷头、液 压马达、钻头，其中液压马达连接钻头构成套管钻孔机构，高压射流自旋喷头用于在岩层上 钻出水平井孔。这套装置打水平井孔时需要二步，第一步，在准备打水平井孔的位置将井下 套管钻出孔，该过程将高压胶管与液压马达及钻头连接在一起，由液压马达驱动钻头钻孔， 钻孔后，将液压马达及钻头从井下提至地面，把它们拆卸下来，再将高压胶管与高压射流自 旋喷头连接起来；然后进行第二步打水平井孔，高压胶管在井下弯曲至水平方向后，利用高 压射流自旋喷头对岩石进行打孔，此过程中高压胶管一方面为高压水提供输送通道，另一 方面还起到把高压射流自旋喷头向前推进的作用。由此看出，现有打水平孔的装置工作起 来非常麻烦，费时费力，另外，由于高压胶管软，导致打出的井孔不完全是直的水平孔，在垂 直方向上产生倾斜，同时，高压胶管的推动力有限，使打出的水平井孔距离较短。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，本发 明的另一个目的是提供这种油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置的应用，这种油田 井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，用于解决传统打井钻孔装置打出的井孔不是直的 水平孔的问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这种油田井下高压流体驱动的自旋 水平打孔装置包括地面高压流体系统、钻采打孔机构，钻采打孔机构安装在井内的高压腔 内，地面高压流体系统与高压腔相通；钻采打孔机构由推动给进机构与高压射流自旋喷头 构成，高压射流自旋喷头安装在导向装置的水平导孔内，推动给进机构的驱动导向块并排 放置在导向装置的垂直导向槽中，驱动导向块中间带有水平的通孔，当驱动导向块下沉到 水平导孔时，与高压射流自旋喷头连接，推动高压射流自旋喷头沿水平导孔前进。上述方案中的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置还包括磨料添加装置， 磨料添加装置与高压腔连通。上述方案中的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置还包括套管打孔机构， 套管打孔机构被安装在高压腔内，套管打孔机构的液压马达与开孔钻头相连接，液压马达 与压力进给管线连通，液压马达固定在可来回移动的液压缸架上。上述方案中驱动导向块的后端有燕尾槽，前端有燕尾台；驱动导向块的通孔内壁 有环形凸台，凸台将通孔分隔为前后两部分，前端的孔内安装有弹簧，弹簧连接导管，导管可被弹簧推出通孔。上述方案中导向装置由“L”型板、水平推板及高压腔壁构成，“L”型板的垂直部位 与高压腔壁构成垂直的导向槽，“L”型板的水平部位与安装在其下方的水平推板构成水平 的导孔，导向装置用于安装及定位输送驱动导向块，使驱动导向块先后按垂直和水平方向 运动。上述方案中推动给进机构还包括给进弹簧组与弹簧组固定座，给进弹簧组通过连 杆与水平导孔内的驱动导向块连接，该驱动导向块嵌入高压射流自旋喷头的底座中，锲形 的导向块固定在高压腔壁上，驱动导向块刚好能够通过导向块的底端，最上面的驱动导向 块上安装配重滑块，配重滑块的长度大于驱动导向块的长度，小于驱动导向块的长度与导 向块底截面长度之和。上述方案中推动给进机构还包括双作用液压缸与自动换向阀，双作用液压缸的液 压杆与水平导孔内的驱动导向块连接，该驱动导向块嵌入高压射流自旋喷头的底座中，锲 形的导向块固定在高压腔壁上，驱动导向块刚好能够通过导向块的底端，最上面的驱动导 向块上安装配重滑块，配重滑块的长度大于驱动导向块的长度，小于驱动导向块的长度与 导向块底截面长度之和。上述方案中套管打孔机构的液压缸架为一托板，托板内有滑槽，托板向下延伸再 水平弯曲后成为一个液压缸的液压杆，该液压缸与压力进给管线连通，这样当液压杆来回 运动时，可带动托板上的液压缸前进或后退。上述油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置用于打水平井、分支水平井。有益效果1、本发明通过高压腔为高压流体提供了输送通道；通过驱动导向块及导向装置， 使驱动导向块仅能在导向装置限制的垂直及水平方向上运动，实现了驱动导向块从垂直到 水平方向的运动转移，从而取代了原用的胶管，同时由于驱动导向块仅能在水平导孔内向 前运动，能保证高压射流自旋喷头定向钻孔，打出直的水平井孔，且通过控制驱动导向块的 数量，还可以打出长的水平井孔，以扩大渗透面积，提高采收率。2、本发明将钻采打孔机构和套管打孔机构设计为一体，可实现套管钻孔和油层钻 孔的连续作业，提高工作效率，降低劳动强度，省时省力。
四
图1是本发明实施例1的结构示意图；图2是本发明实施例2的结构示意图；图3是本发明实施例3的结构示意图；图4是本发明实施例3在第二阶段的工作状态示意图；图5是本发明实施例4的结构示意图；图6是图3中A-A剖视图。1井、2高压钢管、3液压缸、4托板、5液压马达、6隔离套板、7给进弹簧组、8水平 推板、9高压射流自旋喷头、10导向块、11驱动导向块、12 “L”型板、13配重滑块、14升降扶 正机构、15磨料添加装置、16气动泵、17压力进给管线、18开孔钻头、19双作用液压缸、20 自动换向阀、21电磁控制阀、22水泵、23导管、24弹簧、25通孔、26水平井孔、27射水孔五具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的说明实施例1 如图1所示，这种油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置主要是由地面高压 水系统、钻采打孔机构、套管钻孔机构构成，本实施例中高压流体为高压水，地面高压流体 系统采用地面高压水系统，钻采打孔机构和套管钻孔机构均安装在井1内的高压腔内，地 面高压水系统与高压腔相通，高压腔由高压钢管2内充装高压水后形成；地面高压水系统 由井口、升降扶正机构14、磨料添加装置15、气动泵16构成，升降扶正机构14由内、外两 层套管与升降臂构成，升降臂分别与内、外套管连接，升降扶正机构14的套管下端与地面 的井口通过气动卡盘卡合，升降扶正机构14的套管上端连接三通式连接件，升降扶正机构 14、井口、三通式连接件是相通的；三通式连接件为一段管壁上开孔的圆管，三通式连接件 的上端与油田高压注水车连接，油田高压注水车连接油田作业水罐车，三通式连接件另外 的一个开口与磨料添加装置15连接，高压水及磨料均经三通式连接件被输送到井下的高 压腔内；磨料添加装置15由漏斗与横管构成，磨料添加装置15通过横管连接气动泵16。 地面高压水系统通过油田作业水罐车及油田高压注水车将高压水输送至地下提供动力。同 时，另外的工程作业车还装有配电柜、电脑、荧光屏，工作人员通过按钮可手动或自动完成 水平打井任务。钻采打孔机构由推动给进机构与高压射流自旋喷头构成，推动给进机构由导向装 置、驱动导向块11、导向块10、给进弹簧组7、弹簧组固定座组成。导向装置由“L”型板12、 水平推板8及高压腔壁构成，用于安装及定位输送驱动导向块，使驱动导向块11先后按垂 直和水平方向运动；“L”型板12的垂直部位与高压腔壁构成垂直的导向槽，“L”型板12的 水平部位与安装在其下方的水平推板8构成水平的导孔，驱动导向块11并排放置在导向装 置的垂直导向槽中，高压射流自旋喷头9安装在导向装置的水平导孔内，当驱动导向块11 在高压水的作用下，下沉到水平导孔时，与高压射流自旋喷头9连接，推动高压射流自旋喷 头9沿水平导孔前进。给进弹簧组7、弹簧组固定座安装在导向装置下端的腔室内，即安装 在水平推板8与隔离套板6形成的腔室内，给进弹簧组7通过连杆与水平导孔内的驱动导 向块11连接，该驱动导向块11嵌入高压射流自旋喷头9的底座中，高压射流自旋喷头9安 放在水平推板8上；驱动导向块11为块状物，中间带有通孔，它们并排安装在导向装置垂直 的导向槽内，锲形的导向块10固定在高压腔的壁上，驱动导向块11刚好能够通过导向块10 的底端，梭子12最上面的驱动导向块11上安装配重滑块13，配重滑块13的长度大于驱动 导向块11的长度，小于驱动导向块11的长度与导向块10底截面长度之和，驱动导向块11 可以通过导向块10下沉，但导向块10能够阻挡配重滑块13继续下沉；高压射流自旋喷头 9，主要切削岩石，完成第二步的钻井工作。套管钻孔机构的液压马达5与开孔钻头18相连接，液压马达5与压力进给管线17 连通，液压马达5固定在可来回移动的液压缸架上，开孔钻头18目的为钻透套管，工作时压 力进给管线17中通入高压水；液压缸架为一托板4，托板4内有滑槽，一侧安装在高压腔壁 上的滑道与该滑槽滑动连接，托板4向下延伸再水平弯曲后成为一个液压缸3的液压杆，该 液压缸3与压力进给管线17连通，这样当液压杆来回运动时，可带动托板4上的液压缸5前进或后退。套管钻孔机构主要完成第一步钻透套管工作。本实施方式中高压射流自旋喷头9由底座和喷头构成，底座的前端与喷头连接， 底座的后端设置有与驱动导向块11相互配合的孔，驱动导向块11可以嵌入该孔中，底座、 喷头连接后，中间形成一条水道，当驱动导向块11嵌入底座时，驱动导向块11中间的通孔 与底座、喷头中间的水道相对应，喷头中间的水道在靠近喷头的前端的部位形成分支，每一 个分支为一条射水孔27，高压水通过这些射水孔激射出强力射流，作用于岩石，将岩石粉 碎。喷头中间的水道还有向后的两条分支，高压水通过这两条分支后，能够协助推动高压射 流自旋喷头9向前运动。驱动导向块11的前端有密封，它对驱动导向块11与高压射流自 旋喷头9的底座进行密封。本实施例的工作程序如下，升降扶正机构14将地面高压水系统与井口卡住后实 施作业。地面高压水系统将高压水提供给套管钻孔机构，同时磨料添加装置15也将磨料提 供给套管钻孔机构，液压马达5带动开孔钻头18旋转，开启液压缸3，推动液压马达5与开 孔钻头18前进，开孔钻头18在液压马达5与液压缸3的作用下钻透高压钢管2和井套管。 液压缸3，托板4可使液压马达5与开孔钻头18前进或后退；液压马达5的主要动力来源 为来自压力进给管线17中的高压水。第一阶段开孔钻头18钻透套管后，升降扶正机构14 将高压钢管2向下推进至高压射流自旋喷头9到达高压钢管2刚被打出的孔的位置，接着 对高压钢管2内高压水加压，高压水推动高压射流自旋喷头9向打井方向伸进。在伸进过 程中，高压射流自旋喷头9每前进一单元格，驱动导向块11下降一块。给进弹簧组7与弹 簧组固定座也协助推动驱动导向块11与高压射流自旋喷头9前进，待高压射流自旋喷头9 前进一单元格，驱动导向块11下落补充预先下落的驱动导向块11。待驱动导向块11完成 推进深度，导向块10阻挡配重滑块13继续下沉，钻井工作完成。实施例2 图2提供了实施例2的结构示意图，如图所示，本实施例与图1所示的实施例不同 之处在于，推动给进机构利用双作用液压缸19与自动换向阀20替换给进弹簧组7、弹簧组 固定座，双作用液压缸19的液压杆与水平导孔内的驱动导向块11连接，该驱动导向块11 嵌入高压射流自旋喷头9的底座中。其它结构与实施例1相同。本实施例的工作过程第一阶段与实施例1相同，第二阶段中，由双作用液压缸19 与自动换向阀20推动驱动导向块11与高压射流自旋喷头9，利用高压水射流原理，利用高 压水冲击岩石，完成钻井工作，其它与实施例1相同。实施例3 图3提供了实施例3的结构示意图，如图所示，这种油田井下高压流体驱动的自旋 水平打孔装置主要是由地面高压水系统、钻采打孔机构、套管钻孔机构构成。地面高压水系 统由井口、升降扶正机构14、磨料添加装置15、水泵22、电磁控制阀21构成，磨料添加装置 15通过横管连接水泵22，水泵22连接电磁控制阀21，电磁控制阀21为二位三通电磁阀，电 磁控制阀21与来自高压注水车的高压管线连接，水泵22与来自油田作业水罐车的管线连 接。钻采打孔机构由推动给进机构与高压射流自旋喷头构成，推动给进机构由导向装 置、驱动导向块11组成。高压射流自旋喷头9由底座和喷头构成，喷头的前端为球形的，底 座、喷头卡接后，中间形成一条水道，底座后端设置有垂直的燕尾槽，底座上还设有与驱动导向块11的导管相互配合的水平孔。参阅图6，驱动导向块的后端有燕尾槽，前端有燕尾 台；驱动导向块11的通孔25内壁有环形凸台，凸台将通孔分隔为前后两部分，前端的孔内 安装有弹簧24，弹簧24连接导管23，导管23可被弹簧24推出通孔25，最上面的驱动导向 块11上面设置配重滑块13，此时弹簧24处于受压缩状态，导管23在通孔25内。本实施方 式中的套管钻孔机构与实施例1相同。本实施方式工作时，第二阶段中，高压水推动高压射流自旋喷头9向打井方向伸 进。在伸进过程中，高压射流自旋喷头9每前进一单元格，驱动导向块11下降一块，第一块 驱动导向块11下降至高压射流自旋喷头9处时，驱动导向块11前端的燕尾台落入高压射 流自旋喷头9底座后端的燕尾槽中，导管23在弹簧24的作用下弹出，并进入高压射流自旋 喷头9底座的水平孔中，使驱动导向块11、高压射流自旋喷头9自锁在一起，高压水则通过 驱动导向块11、高压射流自旋喷头9中间的水道，最后从射水孔27中激射出来，粉碎岩石， 打出水平井孔26 ；当第二块驱动导向块11下降时，第二块驱动导向块11前端的燕尾台落 入第一块驱动导向块11后端的燕尾槽中，同时第二块驱动导向块11的导管23在弹簧24 的作用下弹出，并进入第一块驱动导向块11的通孔25中，使二块驱动导向块11自锁在一 起，其它的驱动导向块11下沉后，连接方式与此相同，这样，各个驱动导向块11被牢固地连 接在一起，在高压水的作用下，沿水平方向直行，保证高压射流自旋喷头9打出直的水平井 孔。本实施方式的工作状态参阅图4。其它过程与实施例1大致相同。实施例4 如图5所示，本实施例由地面高压水系统、钻采打孔机构组成，本实施例与实施例 3不同之处在于，本实施例不包括套管打孔机构和升降扶正机构，其它结构与实施例3相 同，本实施例对套管的打孔及打水平井孔，均由钻采打孔机构来完成。本发明中的磨料填加装置为钻采打孔机构和套管钻孔机构提供磨料，以提高钻孔 速度，另外，通过填加磨料还可以增大高压腔的压力，降低高压水的生产成本。上述四个实施例中高压腔中充入的是高压水，本发明的高压腔中还可以充入高压 气，高压气由地面高压气系统来提供，利用高压气冲击岩石，完成钻井工作，此时，本发明中 的套管钻孔机构的马达应采用气动马达。
权利要求
一种油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特征在于这种油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置包括地面高压流体系统、钻采打孔机构，钻采打孔机构安装在井内的高压腔内，地面高压流体系统与高压腔相通；钻采打孔机构由推动给进机构与高压射流自旋喷头(9)构成，高压射流自旋喷头(9)安装在导向装置的水平导孔内，推动给进机构的驱动导向块(11)并排放置在导向装置的垂直导向槽中，驱动导向块(11)中间带有水平的通孔，当驱动导向块(11)下沉到水平导孔时，与高压射流自旋喷头(9)连接，推动高压射流自旋喷头(9)沿水平导孔前进。
2.根据权利要求1所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特征在于 它还包括磨料添加装置(15)，磨料添加装置(15)与高压腔连通。
3.根据权利要求1所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特征在于 它还包括套管打孔机构，套管打孔机构被安装在高压腔内，套管打孔机构的液压马达(5) 与开孔钻头(18)相连接，液压马达(5)与压力进给管线(17)连通，液压马达(5)固定在可 来回移动的液压缸架上。
4.根据权利要求1或2或3所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特 征在于所述的驱动导向块(11)的后端有燕尾槽，前端有燕尾台；驱动导向块(11)的通孔 内壁有环形凸台，凸台将通孔分隔为前后两部分，前端的孔内安装有弹簧(24)，弹簧(24) 连接导管(23)，导管(23)可被弹簧(24)推出通孔。
5.根据权利要求1或2或3所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特 征在于所述的导向装置由“L”型板(12)、水平推板(8)及高压腔壁构成，“L”型板(12)的 垂直部位与高压腔壁构成垂直的导向槽，“L”型板的水平部位与安装在其下方的水平推板(8)构成水平的导孔。
6.根据权利要求1或2或3所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特 征在于所述的推动给进机构还包括给进弹簧组(7)与弹簧组固定座，给进弹簧组(7)通 过连杆与水平导孔内的驱动导向块(11)连接，该驱动导向块(11)嵌入高压射流自旋喷头(9)的底座中，锲形的导向块(10)固定在高压腔壁上，驱动导向块(11)刚好能够通过导向 块(10)的底端，最上面的驱动导向块(11)上安装配重滑块(13)，配重滑块(13)的长度大 于驱动导向块(11)的长度，小于驱动导向块(11)的长度与导向块(10)底截面长度之和。
7.根据权利要求1或2或3所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特 征在于所述的推动给进机构还包括双作用液压缸(19)与自动换向阀(20)，双作用液压缸 (19)的液压杆与水平导孔内的驱动导向块(11)连接，该驱动导向块(11)嵌入高压射流自 旋喷头(9)的底座中，锲形的导向块(10)固定在高压腔壁上，驱动导向块(11)刚好能够通 过导向块(10)的底端，最上面的驱动导向块(11)上安装配重滑块(13)，配重滑块(13)的 长度大于驱动导向块(11)的长度，小于驱动导向块(11)的长度与导向块(10)底截面长度 之和。
8.根据权利要求3所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特征在于 所述的套管切割机构的液压缸架为一托板(4)，托板(4)内有滑槽，托板(4)向下延伸再水 平弯曲后成为一个液压缸(3)的液压杆，该液压缸(3)与压力进给管线(17)连通。
9.根据权利要求1所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置，其特征在于 所述的油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置用于打水平井或分支水平井。
全文摘要
本发明涉及的是油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置及其应用，这种油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置包括地面高压流体系统、钻采打孔机构，钻采打孔机构安装在井内的高压腔内，地面高压流体系统与高压腔相通；钻采打孔机构由推动给进机构与高压射流自旋喷头构成，高压射流自旋喷头安装在导向装置的水平导孔内，推动给进机构的驱动导向块并排放置在导向装置的垂直导向槽中，驱动导向块中间带有水平的通孔，当驱动导向块下沉到水平导孔时，与高压射流自旋喷头连接，推动高压射流自旋喷头沿水平导孔前进。本发明能保证高压射流自旋喷头定向钻孔，打出直的水平井孔，同时还可以使打出的水平井孔更长，以扩大渗透面积，提高采收率。
文档编号E21B41/04GK101886520SQ20091007203
公开日2010年11月17日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者龚智勇 申请人:龚智勇