专利名称：自旋转喷射钻孔装置的制作方法
自旋转喷射钻孔装置技术领域
本发明是关于一种煤层气开采的钻孔装置，尤其涉及一种自旋转喷射钻孔装置。
技术背景
煤层气的开发是以煤层气井的方式进行采掘，产气量的多少与产气面积有直接关 系。现有采掘方式是钻井后采掘煤层气，产气面积仅仅是钻井孔圆周面积。为增加产气面 积，需要在煤层气井套管上开孔(又称开窗)，然后以高压水或混砂液(可以是粉砂、石英 砂、陶粒或其他种类的磨料)通过与连续油管连接的喷头对地层进行喷射，形成一定直径 和深度的射孔孔径，实现煤层应力释放，提高煤层透气性及气体采收率。
目前，喷射钻孔主要有以下方式(1)水力射孔把通过连续油管与井上泵车相连 接的喷头固定在套管的已开窗窗口处，泵车泵送高压液体经喷头的喷嘴喷出，利用高压射 流的水力破岩作用，在套管外侧破碎岩石或在煤层中形成一定的孔径；但是，该水力射孔方 式中喷嘴在井下不能径向移动延伸，喷射出的孔眼径向距离短，孔道尺寸形状不规则，喷射 钻孔后达不到预期的增产增效的目的。( 水力深穿透射孔首先由冲孔控制阀控制冲孔 机构以液力驱动的机械方式刺穿套管形成喷管进出的通道，然后再由喷射控制阀控制喷射 送进系统沿此通道将带喷嘴的挠性喷管径向送入地层，由喷嘴喷出的高速射流钻透地层， 该挠性喷管边送进边喷射，形成一定孔径、一定深度的径向水平孔；该方式喷射射孔成功率 高，射孔深度和孔径都有所提高，但是，该方式目前主要应用于低孔、低渗、低丰度油气储层 的射孔。除此之外，上述两种喷射钻孔方式都是利用高压水射流的破岩作用和准静压作用 通过喷头或喷管喷射高压液体来钻孔的，因此，钻孔效率较低，孔径质量较差。
有鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，提出一种自旋转喷射钻孔 装置，以克服现有技术的缺陷。发明内容
本发明的目的在于提供一种自旋转喷射钻孔装置，该装置能够提高钻孔效率和孔 径质量，通过切割钻孔和喷射射孔双重作用，在煤层上形成一定直径和深度的射孔孔眼卸 压条带，实现煤层应力释放，增加井筒与煤层接触面积，有效增加煤层气井产能，提高煤层 气采收率。
本发明的目的是这样实现的，一种自旋转喷射钻孔装置，所述自旋转喷射钻孔装 置包括一圆筒状壳体，该壳体后端设有一管状连接部；该壳体内能转动地设置一旋转体，该 旋转体的外径与壳体的内径相应，该旋转体的前端沿其轴向设有一圆柱状延伸段，该延伸 段伸出壳体前端并轴向固接一喷头；所述旋转体的外周面设有多条螺旋状的沟槽，旋转体 上设有轴向贯通的通孔；所述喷头内设有由后向前设置的盲孔，所述盲孔与旋转体的通孔 导通；所述喷头的前端表面设有多个与所述盲孔连通的喷射孔；喷头的前端表面上还固定 设有割刀。
在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转体的后端与壳体后端内侧形成一容置空间。
在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转体的延伸段外周面与壳体内壁之间设有 轴承。
在本发明的一较佳实施方式中，所述轴承的外圈由一轴承座固定于壳体内壁。
在本发明的一较佳实施方式中，所述轴承座的后端设有位于延伸段外周面与壳体 内壁之间的密封挡环。
在本发明的一较佳实施方式中，位于所述密封挡环和旋转体前端之间的壳体侧壁 上周向设有多个透孔。
在本发明的一较佳实施方式中，所述轴承为带有密封圈的轴承。
在本发明的一较佳实施方式中，所述壳体前端设有壳体端盖。
由上所述，当高压液体由上述高压软管输送到所述容置空间后，一部分高压液体 由所述通孔进入到喷头的盲孔中，再由与盲孔连通的多个喷射孔射出；另一部分高压液体 进入到所述多条螺旋状的沟槽中，该部分高压液体的能量转换成转矩输出，驱动旋转体转 动，进而带动与旋转体相接的带割刀的喷头进行旋转。如此，当利用上述自旋转喷射钻孔装 置对煤层进行钻孔时，该装置能够提高钻孔效率和孔径质量，通过切割钻孔和喷射射孔双 重作用，在煤层上形成一定直径和深度的射孔孔眼卸压条带，实现煤层应力释放，增加井筒 与煤层接触面积，有效增加煤层气井产能，提高煤层气采收率。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1 为本发明自旋转喷射钻孔装置的结构示意图。
图2 :为本发明中旋转体的结构示意图。
图3 为本发明中带割刀喷头的结构示意图。
图4 为利用本发明自旋转喷射钻孔装置进行水平井喷射钻孔的示意图。
图5 为利用本发明自旋转喷射钻孔装置进行竖直井喷射钻孔的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发 明的具体实施方式
。
如图1、图2、图3所示，本发明提供一种自旋转喷射钻孔装置100，所述自旋转喷射 钻孔装置100包括一圆筒状壳体1，该壳体1后端设有一管状连接部11，用以连接于喷射钻 孔工具串中的高压软管；该壳体1内能转动地设置一旋转体2，该旋转体2的外径与壳体1 的内径相同(形成动配合，可使旋转体2在壳体1内自由转动)，该旋转体2的前端沿其轴 向设有一圆柱状延伸段21，该延伸段21伸出壳体1前端并轴向固接一喷头3 ；所述旋转体 2的外周面设有多条螺旋状的沟槽22，旋转体2上设有轴向贯通的通孔23 ；所述喷头3内 设有由后向前设置的盲孔31，所述盲孔31与旋转体2的通孔23导通；所述喷头3的前端 表面设有多个与所述盲孔31连通的喷射孔32 ；喷头3的前端表面上还固定设有割刀33，所 述割刀33可镶嵌在喷头上，也可焊接在喷头上；在本实施方式中，所述旋转体2的后端与壳 体1后端内侧形成一容置空间12。
当高压液体由上述高压软管输送到所述容置空间12后，一部分高压液体由所述 通孔23进入到喷头3的盲孔31中，再由与盲孔31连通的多个喷射孔32射出；另一部分高 压液体进入到所述多条螺旋状的沟槽22中，该部分高压液体的能量转换成转矩输出，驱动 旋转体转动，进而带动与旋转体相接的带割刀的喷头进行旋转。如此，当利用上述自旋转喷 射钻孔装置对煤层进行钻孔时，该装置能够提高钻孔效率和孔径质量，通过切割钻孔和喷 射射孔双重作用，在煤层上形成一定直径和深度的射孔孔眼卸压条带，实现煤层应力释放， 增加井筒与煤层接触面积，有效增加煤层气井产能，提高煤层气采收率。
进一步，如图1所示，在本实施方式中，为了避免旋转体与壳体内壁可能产生的摩 擦，从而提高旋转体的寿命，在所述旋转体2的延伸段21外周面与壳体1内壁之间设有轴 承4，所述轴承4为带有密封圈的轴承。
所述轴承4的外圈由一轴承座41固定于壳体1内壁上；所述轴承座41的后端设 有位于延伸段21外周面与壳体1内壁之间的密封挡环411，可防止流过多条螺旋状沟槽22 的液体进入到轴承4内，从而影响轴承的正常使用；进一步，在本实施方式中，位于所述密 封挡环411和旋转体2前端之间的壳体1侧壁上周向设有多个透孔13，流过多条螺旋状沟 槽22的液体可以由所述多个透孔13排出壳体。
为了防止其它异物进入到壳体内，从而影响轴承和旋转体转动，在本实施方式中， 所述壳体1前端设有壳体端盖14。
如图4、图5所示，为利用本发明自旋转喷射钻孔装置进行水平井喷射钻孔和进行 竖直井喷射钻孔的示意图。钻孔前先使用开窗工具在套管5上开设多个窗口 51，根据套管 5上的窗口距地面的深度和倾角，确定喷射钻孔的位置，做好地面的喷射射孔准备；然后把 喷射钻孔工具串送入套管5中，所述喷射钻孔工具串由连续油管6、高压软管7和自旋转喷 射钻孔装置100组成，将自旋转喷射钻孔装置100送至指定位置，在携向器的引导下伸出到 窗口 51处，调整好工作角度，即进入侧钻喷射位置；再通过控制地面泵车的压力将高压液 体(高压水)泵送至井下的自旋转喷射钻孔装置100，带割刀的喷头进行旋转切割和水力喷 射射孔，通过切割钻孔和喷射射孔双重作用，在煤层上形成一定直径和深度的射孔孔眼卸 压条带8，直至完成喷射钻孔；最后回收连续油管6、高压软管7和自旋转喷射钻孔装置100 至套管5内，进行下一步工序。
下面提供一个应用本发明自旋转喷射钻孔装置喷射钻孔卸压开采煤层气的具体 实例，以对该装置的效果作出进一步说明。
套管开窗后，使用英寸的连续油管、外径^mm的高压软管和外径40mm的自旋转喷射钻孔装置进行喷射钻孔卸压，总共施工八个水力喷射卸压孔眼，累计喷射钻孔进尺 1450m ；使用该自旋转喷射钻孔装置，提高了采气效率，QNOl井连续排采18个月，煤层气采 收率达到40%，将单井控制范围内的吨煤含气量由初始的13. OmVt降至7. 8m3/t，达到了实 现煤炭安全开采的含气量要求(即吨煤含气量低于8. 0m3/t)。
本设备己应用于五口煤层气水平井侧向水力喷射钻孔，自应用该设备以来，提高 了喷砂射孔的效率和孔径质量，促进了煤层气井产能有效释放，单井平均产气量提高。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种自旋转喷射钻孔装置，其特征在于所述自旋转喷射钻孔装置包括一圆筒状壳 体，该壳体后端设有一管状连接部；该壳体内能转动地设置一旋转体，该旋转体的外径与壳 体的内径相应，该旋转体的前端沿其轴向设有一圆柱状延伸段，该延伸段伸出壳体前端并 轴向固接一喷头；所述旋转体的外周面设有多条螺旋状的沟槽，旋转体上设有轴向贯通的 通孔；所述喷头内设有由后向前设置的盲孔，所述盲孔与旋转体的通孔导通；所述喷头的 前端表面设有多个与所述盲孔连通的喷射孔；喷头的前端表面上还固定设有割刀。
2.如权利要求1所述的自旋转喷射钻孔装置，其特征在于所述旋转体的后端与壳体 后端内侧形成一容置空间。
3.如权利要求1所述的自旋转喷射钻孔装置，其特征在于所述旋转体的延伸段外周 面与壳体内壁之间设有轴承。
4.如权利要求3所述的自旋转喷射钻孔装置，其特征在于所述轴承的外圈由一轴承 座固定于壳体内壁。
5.如权利要求4所述的自旋转喷射钻孔装置，其特征在于所述轴承座的后端设有位 于延伸段外周面与壳体内壁之间的密封挡环。
6.如权利要求5所述的自旋转喷射钻孔装置，其特征在于位于所述密封挡环和旋转 体前端之间的壳体侧壁上周向设有多个透孔。
7.如权利要求3或5所述的自旋转喷射钻孔装置，其特征在于所述轴承为带有密封 圈的轴承。
8.如权利要求1所述的自旋转喷射钻孔装置，其特征在于所述壳体前端设有壳体端盖。
全文摘要
本发明为一种自旋转喷射钻孔装置，该装置包括一圆筒状壳体，该壳体后端设有一管状连接部；该壳体内能转动地设置一旋转体，该旋转体的外径与壳体的内径相应，该旋转体的前端沿其轴向设有一圆柱状延伸段，该延伸段伸出壳体前端并轴向固接一喷头；所述旋转体的外周面设有多条螺旋状的沟槽，旋转体上设有轴向贯通的通孔；所述喷头内设有由后向前设置的盲孔，所述盲孔与旋转体的通孔导通；所述喷头的前端表面设有多个与所述盲孔连通的喷射孔；喷头的前端表面上还固定设有割刀。该装置可提高钻孔效率和孔径质量，通过切割钻孔和喷射射孔双重作用，在煤层上形成一定直径和深度的射孔孔眼卸压条带，有效增加煤层气井产能，提高煤层气采收率。
文档编号E21B10/42GK102031931SQ20101055571
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者刘升贵 申请人:中矿瑞杰(北京)科技有限公司