专利名称：油气井裸眼造穴工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油天然气和煤层气钻井工具领域。特别涉及一种油气井裸眼造穴工具。
背景技术：
裸眼洞穴技术起源于美国西部圣胡安盆地的煤层气开采过程中。在该地区的煤层气开采过程中，为了使煤层与井眼最大限度的连通，为了解除近井地带的污染，为了增大井眼有效半径，于1984年，在对煤气层增产措施的研究中，提出了裸眼洞穴技术，并在现场通过磨蚀喷射工艺技术对浅层煤层进行冲蚀，首次实现了裸眼洞穴。多年来的实践，使裸眼洞穴技术在圣胡安地区得到很大发展，成为该地区煤层气开采中最关键的一项技术。煤层气井裸眼洞穴技术发展较为成熟。由于技术壁垒，造成国内相关的技术发展相对落后。另外，采收率较低的油气藏开采中，由于没有完善有效的采收配套技术，目前油气采收效率很低仍是需要攻克的科研课题。因此，研究、开发裸眼洞穴工艺和工具，提高低效油气藏和煤层气井开发效率成为我国石油、天然气和煤层气开发的关键技术。
目前，在钻井过程中扩大井眼直径，一般采取扩孔器。如中国专利公告号为2544085，专利名称为井下大直径扩孔器专利。就是一种采用机械扩孔和水力喷射相结合方法进行扩孔的工具。其结构是扩孔刀具通过销轴固定在主体上，安装在活塞和主体间的弹簧可推动活塞复位，在主体上装有丝堵，在扩孔刀具端部装有PPC复合片。在主体内设有液体通道，在通道下端装有一组一级高压喷嘴，在扩孔刀具前端装有一组二级高压喷嘴，实现水力喷射扩孔。安装在扩孔刀具下面的活塞推动扩孔刀具张开。安装在活塞和主体间的弹簧推动活塞复位实现减少扩孔扭矩。在扩孔刀具前端有PDC复合片可进行刮削井壁。优点减少扩孔扭矩，保证扩孔的规则。由于这种钻井扩孔器扩孔过程是自上而下，扩孔效率低；孔径小，扩孔器的结构也不适用于油气井裸眼造穴。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种油气井裸眼造穴工具，能在井筒裸眼段造出一个直径在600-2500毫米的洞穴；利用钻井液压力推动刀杆张开；刀杆收回后不影响工具通过井筒套管。实现提高石油、天然气或煤层气井裸眼造穴效率。
油气井裸眼造穴工具结构是由上接头、主体、活塞、连杆和刀杆所组成，上接头上端有钻杆螺纹，上接头下端螺纹连接主体。主体内有阶梯形圆柱孔。主体上部圆柱孔内有活塞；下部圆柱孔内有芯轴。活塞的下部主体壁上有钻井液进出孔。活塞中心有活塞喷嘴，芯轴中心有孔，活塞喷嘴与芯轴中心孔连通。芯轴中心孔下端有径向喷嘴。芯轴与活塞连接，芯轴与活塞可以采用螺纹连接。为简化加工芯轴与活塞也可以加工成一个部件。主体下端有轴销连接刀杆上端。芯轴下端采用轴销连结连杆一端。刀杆下端与连杆的另一端由销轴连接。这样芯轴、刀杆和连杆之间组成三角形。在活塞推动下，芯轴向上或下活动，带动连杆和刀杆运动，使刀杆撑开。刀杆与连杆外表面焊接有硬质合金。
为了适应造穴的需要，主体的外径在110-216毫米之间，长度在600-1200毫米之间；活塞直径在100-200毫米之间；芯轴外径在30-80毫米之间。
为使活塞有足够的推力推动芯轴，活塞喷嘴的内径为8-25毫米。
为保证油气井裸眼造穴工具有足够强度情况下加大造穴直径，刀杆与芯轴的最大夹角小于90度。刀杆与芯轴的最大夹角就是刀杆充分张开时，刀杆下平面与芯轴中心线之间的夹角。
油气井裸眼造穴工具的有益效果是能完成石油、天然气或煤层气井裸眼造穴工作。并具有以下特点
1.油气井裸眼造穴工具在井眼内起下容易、可靠。工具未开启或收回后刀杆外围尺寸不大于主体外径，可以保证工具顺利通过上层套管。
2.油气井裸眼造穴工具打开和收回机构简单、安全可靠。工具的打开是靠钻井液流经节流装置时产生的压降作用在活塞上，形成下行的推力，通过连杆推动刀杆张开；刀杆收拢则是在地面停泵后，直接上提钻柱和造穴工具，靠井壁对刀杆的向下推力带动连杆，并推动活塞上行，从而使刀杆收拢。
3.油气井裸眼造穴工具施工工艺简单、安全。造穴过程是自下而上，旋转的刀具在破碎岩石的下方，不产生重复切屑，提高造穴效率。本造穴工具的整个造穴过程与常规钻井作业操作过程无差别，没有特殊的要求，便于推广，能够极大的降低造穴成本。
附图1是本实用新型油气井裸眼造穴工具的剖面示意图。是实施例1结构示意图。
附图2是本实用新型使用状态的示意图，即在井眼内造穴的剖面示意图。
图中，1.上接头，2.主体，3.活塞喷嘴，4.活塞，5.钻井液进出口，6.芯轴，7.刀杆销，8.刀杆，9.芯轴喷嘴，10.芯轴销，11.连杆，12.硬质合金，13.连杆销，14.钻柱，15.地层。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
实施例参阅附图1。一个主体(2)外径为214毫米油气井裸眼造穴工具，上接头(1)上端有钻杆螺纹，使用时连接钻杆柱。上接头(1)下端螺纹连接主体(2)，主体的外径为214毫米，长度为1200毫米。主体(2)内有阶梯孔，上部孔是活塞缸，内有活塞(4)，活塞(4)直径145毫米；下部孔内有芯轴(6)，芯轴(6)与活塞(4)为一个整体加工而成的一个部件。活塞(4)的下部主体(2)壁上有3个直径为10毫米的钻井液进出孔(5)，活塞(4)上下移动时，钻井液从孔进出。活塞(4)的中心内固定有一个活塞喷嘴(3)。芯轴(6)外径73毫米，芯轴(6)中心孔30毫米，长度850毫米。活塞喷嘴(3)与芯轴(6)中心孔连通。芯轴(6)中心孔下端有2个径向喷嘴(9)。主体(2)下端开有嵌装刀杆(8)的槽。主体(2)下端采用直径20毫米的刀杆销(7)连接刀杆(8)上端。芯轴(6)下端采用芯轴销(10)连结连杆(11)一端，刀杆(8)下端与连杆(11)的另一端由连杆销(13)连接。刀杆(8)与芯轴(6)的最大夹角为70度。刀杆(8)与连杆(11)外表面采用铺焊工艺，焊接有一层6-25毫米厚的硬质合金(12)。
工作原理参阅附图2。油气井裸眼造穴工具的上接头(1)连接在钻柱(14)下端，并将本工具送入裸眼井眼内。地面泥浆泵起动，泵送循环泥浆。循环泥浆在流过喷嘴(3)时产生压差，该压差作用在活塞(4)上推动芯轴(6)下行。芯轴(6)通过连杆(11)的传递作用，推动刀杆(8)向外张开。旋转钻柱(14)，整套油气井裸眼造穴工具在钻柱(14)的带动下旋转，刀杆(8)与连杆(11)外表面的硬质合金(12)切削井壁地层(15)，直到造出需要直径的洞穴，即刀杆(8)撑开到最大夹角。此时，旋转钻柱(14)的同时，逐步上提钻柱(14)，油气井裸眼造穴工具在地层(15)造出具有一定直径和一定高度的洞穴，达到提高石油、天然气或煤层气开采效率的目的。
权利要求1.一种油气井裸眼造穴工具，由上接头(1)、主体(2)、活塞(4)、芯轴(6)、刀杆(8)和连杆(11)所组成，上接头(1)上端有钻杆螺纹，上接头(1)下端螺纹连接主体(2)，其特征在于主体(2)内有阶梯孔，主体(2)上部圆柱孔内有活塞(4)；下部孔内有芯轴(6)，活塞(4)的下部主体(2)壁上有钻井液进出孔(5)，活塞(4)中心有活塞喷嘴(3)，芯轴(6)有中心孔，活塞喷嘴(3)与芯轴(6)中心孔连通，芯轴(6)中心孔下端有径向芯轴喷嘴(9)，芯轴(6)与活塞(4)连接，主体(2)下端采用刀杆销(7)连接刀杆(8)上端，芯轴(6)下端采用芯轴销(10)连结连杆(11)一端，刀杆(8)下端与连杆(11)的另一端由连杆轴(13)连接，刀杆(8)与连杆(11)外表面焊接有硬质合金(12)。
2.根据权利要求1所述的油气井裸眼造穴工具，其特征在于主体(2)下端开有嵌装刀杆(8)的槽。
3.根据权利要求1所述的油气井裸眼造穴工具，其特征在于芯轴(6)与活塞(4)采用螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的油气井裸眼造穴工具，其特征在于芯轴(6)与活塞(4)为一个整体部件。
5.根据权利要求1所述的油气井裸眼造穴工具，其特征在于主体(2)的外径在110-216毫米之间，长度在600-1200毫米之间；活塞(4)直径在100-200毫米之间；芯轴(6)外径在30-80毫米之间。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的油气井裸眼造穴工具，其特征在于活塞喷嘴(3)的内径为8-25毫米。
7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的油气井裸眼造穴工具，其特征在于刀杆(8)与芯轴(6)的最大夹角小于90度。
专利摘要本实用新型是一种油气井裸眼造穴工具。上接头下端螺纹连接主体。主体内有阶梯形圆柱孔。主体上部圆柱孔内有活塞；下部圆柱孔内有芯轴。活塞的下部主体壁上有钻井液进出孔。活塞中心有喷嘴，芯轴中心有孔，活塞喷嘴与芯轴中心孔连通。芯轴中心孔下端有径向喷嘴。主体下端有轴销连接刀杆上端。芯轴下端采用轴销连结连杆一端。刀杆下端与连杆的另一端由销轴连接。刀杆与连杆外表面焊接有硬质合金。有益效果是本工具能完成井眼造穴；在井眼内起下容易；打开和收回机构简单、安全可靠；施工工艺简便。能够极大的降低油气井裸眼造穴的成本。
文档编号E21B10/26GK2900758SQ20062000727
公开日2007年5月16日 申请日期2006年3月3日 优先权日2006年3月3日
发明者周俊然, 王益山, 蒋海涛, 娄文祥 申请人:华北石油管理局钻井工艺研究院