一种井下旋转喷射涡流工具的制作方法

1.本发明涉及天然气水合物开发开采技术领域，具体涉及一种井下旋转喷射涡流工具。


背景技术：

2.全球范围看，现阶段天然气水合物的开发处于研究试验试采阶段，包括中国、美国等有5个国家进行了天然气水合物试采工作，取得了一些成功的试采经验，试采经验表明，降压开采和注热开采是比较好的天然气水合物开发方式。在试采方法和试采系统装置上，各个国家针对不同开采条件采用了不同的方法和装置，还没有形成一种公认技术可靠经济的开采试采系统。
3.目前水合物开采方法主要有加热开采法，降压法，化学试剂法，二氧化碳置换法，固态流化法等。其中，注热开采指的是将蒸汽、热水、热盐水或其他热流体从地面泵入天然气水合物储层，促使温度上升达到水合物分解的目的。现有注热技术中，虽然有水合物开采装置，但无法实现连续开采。研究适用于注热法开采天然气水合物的井下工具，提高开采效率，对天然气水合物的商业化开采尤为重要。
4.目前，现有技术中的适用于天然气水合物开采的回收装置，并未考虑水合物储存井底流态对水合物开采效果的影响，未充分考虑注热方式的改善以及注热效率的提高，未针对气液固三相流态强化进行设计，对水合物破碎率的提升效果有限，限制了商业推广和应用的潜力。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种井下旋转喷射涡流工具，针对天然气水合物储层特点，用于水合物储层打开钻进或者注热开采时对储层进行自动旋转喷射，提高水合物破碎率，强化井底气液固三相涡流效果，有效改善井底多相流流态，实现水合物高效开采效果。
6.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
7.一种井下旋转喷射涡流工具，包括依次连接的上接头和喷射本体。其中，喷射本体上靠近上接头的一端内侧面上沿圆周方向均匀间隔设有叶片。喷射本体上远离上接头的一端设有沿圆周方向均匀间隔布置的喷嘴。
8.根据本发明的井下旋转喷射涡流工具，连接于钻杆或开采管柱底部使用，对着水合物储层。当水合物储层打开钻进或者注热开采时，高速水或热流体通过喷嘴喷射水合物储层，有效破碎水合物，同时，高速流体冲击叶片，推动喷射本体沿轴线自旋转，在喷射本体自旋转和喷嘴的综合作用下，在水合物储层井底形成高效涡流效应，提高水合物破碎率，强化井底气液固三相涡流效果，有效改善井底多相流流态，实现水合物高效开采效果。
9.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
10.根据本发明的井下旋转喷射涡流工具，在一个优选的实施方式中，喷射本体上位
于叶片与喷嘴之间的位置设有喷射通孔，喷射通孔的轴线与喷射本体的轴线呈预设夹角。
11.进一步地，本发明的井下旋转喷射涡流工具，当水合物储层打开钻进或者注热开采时，高速水或热流体可以通过喷射通孔喷射水合物储层，有效破碎水合物，在喷射本体自旋转、带角度的喷射通孔和喷嘴的综合作用下，在水合物储层井底进一步形成高效涡流效应，从而极大程度上提高水合物破碎率，强化井底气液固三相涡流效果，有效改善井底多相流流态，实现水合物高效开采效果。
12.进一步地，在一个优选的实施方式中，预设夹角介于15
°
～90
°
之间。
13.将喷射通孔的倾斜角度设置在上述范围内，能够保证通过喷射通孔喷出的高速水或热流体对水合物的破碎效果达到最佳状态。
14.进一步地，在一个优选的实施方式中，喷射通孔至少包括4个。
15.包括4个或4个以上的喷射通孔，能够进一步提高通过喷射通孔喷出的高速水或热流体对水合物的破碎效果。
16.具体地，在一个优选的实施方式中，喷嘴由钨钢材质制成。
17.通过钨钢制成的喷嘴，结构强度高，使用寿命长。
18.进一步地，在一个优选的实施方式中，喷嘴至少包括4个。
19.包括4个或4个以上的喷嘴，能够进一步提高通过喷嘴喷出的高速水或热流体对水合物的破碎效果。
20.进一步地，在一个优选的实施方式中，上接头与喷射本体通过连接部件以可拆卸的方式互相连接。
21.通过设置连接部件分别连接上接头和喷射本体，能够有效提高整个工具的结构强度，且使得整个工具易于装配和拆卸。
22.进一步地，在一个优选的实施方式中，连接部件包括与上接头连接的转换托和套设在转换托上的转换套，喷射本体与转换套连接。
23.上述结构形式的连接部件，结构简单，易于安装和拆卸。
24.进一步地，在一个优选的实施方式中，转换托与转换套之间设有密封圈。
25.通过设置密封圈，能够进一步提高工具的密封性能，有效避免工作过程中由于高度流体或热流体泄露而影响对水合物的破碎效果。
26.具体地，在一个优选的实施方式中，叶片通过键槽结构或焊接方式布置在喷射本体内侧面上。
27.叶片通过上述两种连接形式布置在喷射本体上，均能够确保连接稳定可靠且易于加工布置。
28.相比现有技术，本发明的优点在于：针对天然气水合物储层特点，用于水合物储层打开钻进或者注热开采时对储层进行自动旋转喷射，提高水合物破碎率，强化井底气液固三相涡流效果，有效改善井底多相流流态，实现水合物高效开采效果。
附图说明
29.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
30.图1示意性显示了本发明实施例的井下旋转喷射涡流工具的整体结构。
具体实施方式
31.下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
32.图1示意性显示了本发明实施例的井下旋转喷射涡流工具10的整体结构。
33.如图1所示，本发明实施例的井下旋转喷射涡流工具10，包括依次连接的上接头1和喷射本体2。其中，喷射本体2上靠近上接头1的一端内侧面上沿圆周方向均匀间隔设有叶片21。喷射本体2上远离上接头1的一端设有沿圆周方向均匀间隔布置的喷嘴22。
34.根据本发明实施例的井下旋转喷射涡流工具，连接于钻杆或开采管柱底部使用，对着水合物储层。当水合物储层打开钻进或者注热开采时，高速水或热流体通过喷嘴喷射水合物储层，有效破碎水合物，同时，高速流体冲击叶片，推动喷射本体沿轴线自旋转，在喷射本体自旋转和喷嘴的综合作用下，在水合物储层井底形成高效涡流效应，提高水合物破碎率，强化井底气液固三相涡流效果，有效改善井底多相流流态，实现水合物高效开采效果。
35.具体地，在本实施例中，喷嘴22由钨钢材质制成且通过焊接结构24布置在喷射本体2上。通过钨钢制成的喷嘴，结构强度高，使用寿命长，采用焊接结构固定连接，能够进一步增强整个工具的结构强度。进一步地，在本实施例中，喷嘴22至少包括4个。包括4个或4个以上的喷嘴，能够进一步提高通过喷嘴喷出的高速水或热流体对水合物的破碎效果。
36.具体地，在本实施例中，叶片21通过键槽结构或焊接方式布置在喷射本体2内侧面上。叶片通过上述两种连接形式布置在喷射本体上，均能够确保连接稳定可靠且易于加工布置。具体地，在本实施例中，上接头两端和喷射本体两端均设有标准油管螺纹，便于与钻杆或开采管柱连接。
37.如图1所示，进一步地，在本实施例中，喷射本体2上位于叶片21与喷嘴22之间的位置设有喷射通孔23，喷射通孔23的轴线与喷射本体2的轴线呈预设夹角a。进一步地，本发明实施例的井下旋转喷射涡流工具，当水合物储层打开钻进或者注热开采时，高速水或热流体可以通过喷射通孔喷射水合物储层，有效破碎水合物，在喷射本体自旋转、带角度的喷射通孔和喷嘴的综合作用下，在水合物储层井底进一步形成高效涡流效应，从而极大程度上提高水合物破碎率，强化井底气液固三相涡流效果，有效改善井底多相流流态，实现水合物高效开采效果。具体地，在本实施例中，预设夹角a介于15
°
～90
°
之间。将喷射通孔的倾斜角度设置在上述范围内，能够保证通过喷射通孔喷出的高速水或热流体对水合物的破碎效果达到最佳状态。进一步地，在本实施例中，喷射通孔23至少包括4个。包括4个或4个以上的喷射通孔，能够进一步提高通过喷射通孔喷出的高速水或热流体对水合物的破碎效果。
38.如图1所示，进一步地，在本实施例中，上接头1与喷射本体2通过连接部件3以螺纹连接等可拆卸的方式互相连接。通过设置连接部件分别连接上接头和喷射本体，能够有效提高整个工具的结构强度，且使得整个工具易于装配和拆卸。具体地，在本实施例中，连接部件3包括与上接头1连接的转换托31和套设在转换托31上的转换套32，喷射本体2与转换套32以螺纹连接的方式连接。上述结构形式的连接部件，结构简单，易于安装和拆卸。进一步地，具体地，在本实施例中，转换托31与转换套32之间设有密封圈33。通过设置密封圈，能够进一步提高工具的密封性能，有效避免工作过程中由于高度流体或热流体泄露而影响对水合物的破碎效果。
39.本发明实施例的井下旋转喷射涡流工具10的工作方法具体八包括如下步骤：
40.(1)将工具10连接于钻杆或开采管柱底部，对着水合物储层；
41.(2)当水合物储层打开钻进或者注热开采时，高速水或热流体通过喷射通孔23和钨钢喷嘴22喷射水合物储层，有效破碎水合物；
42.(3)同时，高速流体冲击叶片21，推动喷射本体1沿轴线自旋转；在喷射本体1自旋转、带a角度的喷射通孔23和钨钢喷嘴22的综合作用下，在水合物储层井底形成高效涡流效应，提高水合物开发开采效率，减少开采中水合物二次生成。
43.根据上述实施例，可见，本发明涉及的井下旋转喷射涡流工具，针对天然气水合物储层特点，用于水合物储层打开钻进或者注热开采时对储层进行自动旋转喷射，提高水合物破碎率，强化井底气液固三相涡流效果，有效改善井底多相流流态，实现水合物高效开采效果。
44.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。