磨料水射流径向钻孔装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种磨料水射流径向钻孔装置，包括外筒；中心管，其能沿所述外筒的轴向可滑动地穿设在所述外筒中，所述中心管具有一受力部，以在受到液压力后驱使所述中心管沿第一方向运动；能随着所述中心管相对滑动的开窗机构，其具有用于对套管进行开窗的喷射件；固定连接在开窗机构上的转向机构，其内部设置有具有入口端和出口端的转向通道，所述转向机构能设置有用于对完成开窗处的岩石进行钻孔的钻孔件；复位机构，其用于在所述转向机构泄压后驱使所述中心管沿第二方向运动，所述第一方向与所述第一方向相反；所述复位机构的复位距离与所述喷射件和所述转向通道出口端间的距离相同。本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置，能够高效地完成致密坚硬的岩石的开孔。
【专利说明】
磨料水射流径向钻孔装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种石油天然气开采用的钻孔工具，特别涉及一种磨料水射流径向钻孔装置。
【背景技术】
[0002]绝大部分油气井，在完成油层套管固井后，要在油气层段进行射孔作业，以实现地层与井筒之间的油气沟通。
[0003]目前油气井应用的射孔技术，其射孔穿透深度最大在一米左右，射孔深度低，不能连通死油区，从而不能实现增加泄油半径，改善渗透条件，增加油井产量和提高油层采收率的目的。
[0004]为了增大所述射孔的穿透深度，目前常用的是油井径向钻孔技术。所述油井径向钻孔技术具体是通过井下工具依次完成套管开窗、油层钻孔工序，目的是在油层中形成小孔长距离泄油通道，改善渗透条件，增加油井产量和提高油层采收率。
[0005]针对油井径向钻孔技术，中国专利说明书CN102312655A提出了一种具体实现方式。所述专利说明书CN102312655A具体公开了一种径向水力喷射钻孔技术。所述径向水力喷射钻孔技术介绍的方法是先利用割刀在需要施工的油层部位进行套管开窗工序。进行所述套管开窗工序时，具体是通过高压水驱动水马达带动万向节使割刀转动进而逐渐割破套管进行开窗的。接着起出套管开窗用的工具，再下入钻孔工具进行钻孔工序。钻孔时，由地面高压泵产生高压流体，通过高压水力射流的破岩作用，在需要施工的油层中喷射出直径达40毫米至50毫米、长度达100米的定向小井眼。
[0006]然而，所述径向水力喷射钻孔技术存在着如下问题:
[0007]首先现有技术中，开窗时采用割刀开窗。在用所述割刀进行开窗工序时，是通过高压水驱动水马达带动万向节使割刀转动进而逐渐割破套管进行开窗的。上述工具组合存在较长的柔性连接部件，当井斜斜度大于10°或者油管内含有粘度较高的原油情况下，遇到阻力容易发生折弯，例如在下入或起出井内时遇卡时，容易造成事故。
[0008]其次，所述径向水力喷射钻孔技术在实施开窗和钻孔工序时需要分别下入两套不同的工具进行操作，对于3000米左右的油井管柱，割刀工具上下一次管柱所需的作业时间至少为9个小时，加上开窗时间至少需要10小时，因此所述径向水力喷射钻孔技术存在工序费时，效率低的问题。
[0009]另外所述径向水力喷射钻孔技术对于致密坚硬的岩石，无法实现钻孔。
实用新型内容
[0010]本实用新型的目的是提供一种磨料水射流径向钻孔装置，能够高效地完成致密坚硬的岩石的开孔。
[0011]本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现:
[0012]一种磨料水射流径向钻孔装置，包括:外筒冲心管，其能沿所述外筒的轴向可滑动地穿设在所述外筒中，所述中心管具有一受力部，以在受到液压力后驱使所述中心管沿第一方向运动；能随着所述中心管相对滑动的开窗机构，其具有用于对套管进行开窗的喷射件；固定连接在开窗机构上的转向机构，其内部设置有具有入口端和出口端的转向通道，所述转向机构能设置有用于对完成开窗处的岩石进行钻孔的钻孔件；复位机构，其用于在所述转向机构泄压后驱使所述中心管沿第二方向运动，所述第一方向与所述第一方向相反；所述复位机构的复位距离与所述喷射件和所述转向通道出口端间的距离相同。
[0013]在优选的实施方式中，所述中心管与所述外筒之间形成有环形空间，所述复位机构设置在所述环形空间内，所述复位机构的一端与所述中心管的受力部相接触。
[0014]在优选的实施方式中，所述外筒的中部形成有限制所述中心管下移距离的限位台，所述受力部设置在所述中心管的上端，所述受力部的外径大于所述限位台的内径；所述开窗机构上端与所述中心管固定连接并连通，下端与所述转向机构固定连接并连通。
[0015]在优选的实施方式中，所述外筒的上部形成有用于限制所述中心管上移距离的限位台，所述限位台的内径小于所述中心管上端的外径；所述受力部设置在所述中心管的中部，所述下部的环形空间内还设置有密封套，所述密封套与所述受力部之间形成有液缸，在所述液缸对应的中心管上设置有中心管开孔；所述转向机构设置在开窗机构的上部；所述转向机构、开窗机构上设置有相互连通的旁路通孔。
[0016]在优选的实施方式中，所述开窗机构内部设置有轴向通道，与所述轴向通道连通的径向位置设置有径向孔，在所述喷射件设置在所述径向孔内。
[0017]在优选的实施方式中，所述开窗机构与所述转向机构固定连接后，形成具有内部贯通的通孔，在所述通孔上或与所述通孔连通的位置设置有封堵机构。
[0018]在优选的实施方式中，所述喷射件包括第一壳体和喷射叶轮，在所述第一壳体的一端设置有能形成锥形射流的开窗喷嘴。
[0019]在优选的实施方式中，所述开窗机构外壁上开设有与所述开窗喷嘴相对应的凹槽。
[0020]在优选的实施方式中，所述钻孔件包括第二壳体和钻孔叶轮，所述第二壳体上设置有贯通的反射孔，所述反射孔自第二壳体外壁至内壁贯通的方向与磨料水流动的方向的夹角呈锐角。
[0021]本实用新型的特点和优点是:采用本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置可以通过下入一套工具，完成开窗工序和钻孔工序。采用本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置进行套管开窗时，用磨料射流切割套管方式代替机械切割套管方式，省去了下入水马达和割刀工序，节省了时间，用时有原来的10小时减少到I小时，效率大大得到提高。另外由于所述磨料水射流径向钻孔装置不具有柔性连接部件，因此不会发生折弯遇卡等事故，使用时更加可靠。
[0022]采用本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置进行油层钻孔时，用磨料水射流破岩方式代替纯水射流方式，提高了破岩能力和破岩效率，例如纯水射流喷嘴对英安斑岩岩芯在70兆帕下不能形成有效破岩，采用磨料水射流方式，在6兆帕下就可以实现破岩。因而，在相同压力与流量下，磨料水射流钻孔比纯水射流钻孔具有更高破岩能力，可应用于潜山油层钻孔。
[0023]另外现有技术是采用割刀开窗，不是喷嘴射流开窗。割刀需要逐渐进行切割。另外本实用新型所述开窗喷嘴为锥形射流喷嘴，其出口端呈喇叭形。当磨料水经过所述叶轮后，发生旋转，继而从所述开窗喷嘴喷出后形成空心锥形射流，能够起到扩大开窗直径的作用。由于从所述开窗喷嘴喷射出的流体是空心锥形射流，开窗喷嘴与套管之间距离越大，开窗直径越大。因此通过控制所述开窗喷嘴与套管之间的距离，就可以控制开窗直径的大小。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置结构示意图；
[0025]图2是本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置中管柱外筒的半剖图；
[0026]图3是本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置开窗机构的半剖图；
[0027]图4是本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置中开窗机构喷射件的半剖图；
[0028]图5是本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置中开窗机构喷射件的右视图；
[0029]图6是本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置中转向机构钻孔件的半剖图；
[0030]图7是本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置中转向机构钻孔件的A-A剖视图；
[0031]图8是本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置开窗状态示意图；
[0032]图9是本实用新型第二实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置结构示意图；
[0033]图10是本实用新型第二实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置中射孔系统的B-B剖视图；
[0034]图11是本实用新型第二实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置开窗状态示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。
[0036]本实用新型提供一种磨料水射流径向钻孔装置，能够高效地完成致密坚硬的岩石的开孔。
[0037]请参阅图1，为本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置结构示意图。所述磨料水射流径向钻孔装置包括:管柱1、射孔系统。所述射孔系统包括开窗机构2和转向机构3。
[0038]其中所述管柱I包括:第一接头11、外筒12、中心管13、复位机构14。
[0039]所述第一接头11 一方面用于将整个磨料水射流径向钻孔装置与上部的油管进行连接；另一方面用于对所述中心管13的上端起限位作用。所述第一接头11可以为变直径的接头，上端的外径可以与所述外筒12的外径相同，其下端的外径与所述外筒12的内径相匹配，在配合处通过固定连接的方式连接，例如可以是螺纹连接。所述第一接头11的内径大于所述中心管13的内径，从而可以实现所述中心管13的上端卡在所述第一接头11的下端，而被限位。
[0040]请参阅图2，为本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置中管柱外筒的半剖图。所述外筒12用于和中心管13配合，将所述复位机构14限制在中心管13与外筒12之间的环形空间内。所述外筒12具有中空的筒体121，所述筒体121内形成有变截面的外筒通孔120。所述外筒通孔120包括孔径依次递减的:外筒上孔段122、外筒中孔段124、外筒下孔段126。在所述外筒上孔段122与外筒中孔段124交界的端面形成有第一台阶123。在所述外筒中孔段124与外筒下孔段126交界的端面形成有第二台阶125。为当所述中心管13在液压作用下向下移动时，所述第一台阶123用于对所述中心管13进行限位。在所述外筒中孔段124对应筒体上设置有外筒开孔127，以保证磨料水射流径向钻孔装置在下入油井的过程中内外压力平衡，复位机构14处于自然伸缩的状态。所述第二台阶125用于限制所述中心管13的下端面。
[0041]所述中心管13包括一中空的管体130，所述管体130的上端设置有与所述管体130连通的受力部。所述受力部可为设置在所述中心管13上的凸起131。所述设置有凸起131的中心管13与所述外筒12之间为可滑动连接，且可以在所述凸起131上设置密封件，以保证所述凸起131与所述外筒12之间的相对密封性。所述凸起131的外径小于所述外筒中孔段124的孔径，以使得所述中心管13在液压作用下向下移动时，能够被卡在所述第一台阶123处。所述凸起131下端面至所述第一台阶123处的轴向距离为LI。所述中心管13的凸起131的内径小于所述第一接头11的内径，当向所述磨料水射流径向钻孔装置注入液压时，在液压作用在所述凸起131的上端面，从而能够带动中心管13以及复位机构14向下移动，所述向下移动的距离为LI。所述中心管13的下端伸出所述外筒12，与所述射孔系统固定连接。
[0042]所述复位机构14设置在所述中心管13与所述外筒12之间的环形空间内。所述复位机构14的一端可与所述中心管13的凸起131的下端面相抵紧，另一端可与所述外筒12的第二台阶125相抵紧。所述复位机构14可以为沿着纵向延伸的螺旋型弹簧。
[0043]请参阅图3，为本实用新型第一实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置开窗机构的半剖图。所述开窗机构2用于对套管进行开窗工序，其具有中空的柱体20，所述中空部分为第二通孔21。所述第二通孔21包括孔径依次递减的第二上孔段211、第二中孔段212、第二下孔段213。所述第二上孔段211用于和所述中心管13管体130的下端配合并固定连接。所述固定连接的方式可以为螺纹连接等方式。所述第二上孔段211与第二中孔段212的过渡端面与所述中心管13的下端面接触。在与所述第二中孔段212连通的径向位置设置有径向孔24。所述径向孔24用于设置喷射件4。所述第二中孔段212与所述第二下孔段213的过渡端面形成有凡尔球座，用于坐封投入的凡尔球。所述开窗机构2的下端与所述转向机构3固定连接。
[0044]请参阅图4与图5,所述喷射件4为开窗的核心部件,其包括第一壳体40和喷射叶轮41。所述第一壳体40内形成有一贯通的空腔，所述喷射叶轮41固定在所述空腔内。所述喷射叶轮41的叶片410数量至少为一个，沿着所述径向孔24的设置方向螺旋延伸。当所述叶片410的个数为多个时，例如为3个至6个，多个叶片410可沿着圆周方向均匀布置。在所述第一壳体40远离所述第二中孔段212的一端设置有开窗喷嘴403。所述开窗喷嘴403为锥形射流喷嘴，所述开窗喷嘴403的出口端404呈喇叭形。当磨料水经过所述喷射叶轮41后，发生旋转，继而从所述开窗喷嘴403喷出后形成空心锥形射流，能够起到扩大开窗直径的作用。由于从所述开窗喷嘴403喷射出的流体是空心锥形射流，开窗喷嘴403与套管之间距离越大，开窗直径越大。因此通过控制所述开窗喷嘴403与套管之间的距离，就可以控制开窗直径的大小。所述喷射叶轮41的出口端与所述开窗喷嘴403的入口端之间也形成有孔径递减的喇叭形过渡段402，其流经所述过渡段402的流体具有增速的作用。
[0045]在与所述径向孔24对应的柱体20外壁上，向内设置有凹槽25，所述凹槽25的形状可以为圆形或矩形或其他形状。通过设置所述凹槽25使得喷嘴403与待开窗的套管之间留有一定的距离，用于控制开窗直径的大小。
[0046]所述转向机构3，用于将磨料水由轴向转变为径向，以进行径向射孔。所述转向机构3的上端与所述开窗机构2固定连接，并相互连通。所述固定连接的方式为螺纹连接等方式。所述转向机构3内部含一条弯曲光滑由轴向转变到径向的转向通道30。在所述转向通道30可设置有高压软管，以及与所述高压软管出口端固定连接的钻孔件5，所述钻孔件5用于破岩射孔。所述转向通道30的孔径大于所述高压软管的外径，保证高压软管能够在其内部自由移动。所述转向通道30的孔径具体可为30毫米左右。所述转向机构3转向通道30的出口端至所述开窗机构2的径向孔24的距离为L2，所述L2与所述中心管13的移动距离LI相等。
[0047]所述钻孔件5的结构请参阅图6至图7，所述钻孔件5的结构与所述喷射件4的结构相似，其包括第二壳体50和钻孔叶轮51。其不同之处在于:所述钻孔件5在其第二壳体50上还设置有至少一个贯通的反射孔501。所述反射孔501自第二壳体50外壁至内壁贯通的方向与磨料水流动的方向所夹的角度为锐角。所述反射孔501的位置位于叶轮靠近转向机构3中心的位置。所述反射孔501的个数可以为多个，例如可以为3至6个，所述多个反射孔501可沿着钻孔件5的圆周方向均匀布置。当磨料水流经所述钻孔件5时，一部分流体经过钻孔件5的钻孔叶轮51从其喷嘴喷出，而另一部分流体不经过叶轮，向后喷射出。所述向后喷射出的流体能够产生反冲力，从而为从喷嘴喷出的流体提供前进牵引力，进而能够提高射孔的力，有利于完成致密坚硬的岩石的开孔。在优选的实施方式中，所述锐角的角度为30至60度，以利于更好地提供从喷嘴喷出的流体提供前进的牵引力。
[0048]本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置在使用时，请参阅图8，先进行套管开窗，向井口油管内投入凡尔球6，所述凡尔球6落在所述第二中孔段212与所述第二下孔段213的过渡端面形成的凡尔球座上。然后向井口油管泵入磨料水，驱动所述中心管13的凸起131下行，进而压缩复位机构14，所述中心管13在下移的过程中带动与之固定连接的开窗机构2及转向机构3向下移动，当所述中心管13的凸起131卡到第一台阶123上时停止移动，其移动的距离为LI。当套管开窗完毕后，停泵，油管内外压力平衡，压差消失，复位机构14复位，带动所述中心管13、开窗机构2和转向机构3上移。由于所述转向机构3转向通道30的出口端至所述开窗机构2的径向孔24的距离为L2与所述中心管13带动开窗机构2及转向机构3移动的距离LI相等，使得所述转向机构3开口与开窗机构2开口位置能够重合。接着进行反洗井工序，将所述凡尔球6冲到地面，保证钻孔工作通道畅通，以利于进行油层钻孔工序。此时在所述磨料水射流径向钻孔装置中下入钻孔件5。所述钻孔件5通过连接高压软管再连接钢管与地面的磨料水的泵相连通。进而从泵内泵入的高压磨料水能够通过与所述依次连接的钢管、高压软管、钻孔件5，从开窗位置射出，进行径向开孔。
[0049]请参阅图9，为本实用新型第二实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置结构示意图。所述磨料水射流径向钻孔装置包括:管柱I和射孔系统。所述射孔系统包括开窗机构2和转向机构3。
[0050]其中所述管柱I包括:外筒12、中心管13、复位机构14、密封套15、堵头16。
[0051]所述外筒12用于和中心管13配合，将所述复位机构14限制在中心管13与外筒12之间的环形空间内。所述外筒12具有中空的筒体121，所述筒体121内形成有变截面的第三通孔。所述第三通孔包括:第三上孔段121a、第三中孔段121b、第三下孔段121c。所述第三上孔段121a的孔壁上可设置有内螺纹，用于和上部的油管进行连接。在所述第三下孔段121c的孔壁上也可设置内螺纹，用于和所述堵头16固定连接。在所述第三中孔段121b上，靠近所述第三上孔段121a的位置设置有限位台120。所述限位台120用于限制所述中心管13向上移动的最大位移。所述中心管13在不受压力时的自然状态下，其上端面距离所述限位台120的距离为H1。所述第三下孔段121c的孔径大于所述第三中孔段121b的孔径，所述第三下孔段121c与所述中心管13之间形成有环形空间用于设置所述复位机构14。
[0052]所述中心管13包括一中空的管体130，在所述管体130上设置有与所述管体130连通的受力部。所述受力部可为在所述中心管13上形成的凸起131。所述凸起131可设置在所述管体130的中部，并可与所述管体130可为一体成型，也可以为焊接等固定方式。所述设置有凸起131的中心管13与所述外筒12之间为可滑动连接，且可以在所述凸起131的外壁上设置密封件，以保证所述凸起131与所述外筒12之间的相对密封性。所述中心管13上端的外径大于所述限位台120的最小内径，以使得所述中心管13在液压作用下向上移动时，能够被卡在所述限位台120处。在所述复位机构14处于自然非压缩状态下时，所述中心管13的上端面距离所述限位台120的距离为H1，也就是说当注入磨料水，复位机构14被压缩后，所述中心管13能够带动开窗机构2和转向机构3上移的距离为H1。所述中心管13的下端伸出所述外筒12，与所述射孔系统固定连接。在所述中心管13的管体130上设置有中心管开孔132。所述中心管开孔132设置在所述凸起131的下部。
[0053]所述复位机构14设置在所述中心管13与所述外筒12之间的环形空间内。所述复位机构14可以为沿着纵向延伸的螺旋型弹簧。
[0054]所述密封套15可为圆形套筒结构，所述密封套15的内外表面均可设置密封件，用于密封所述外筒12与中心管13之间的环形空间。所述密封套15设置在所述中心管13的凸起131的下部，其上端面与所述凸起131的下端面以及所述外筒12、中心管13的外壁形成液缸17，所述中心管开孔132与所述液缸17连通。
[0055]所述堵头16用于支撑所述密封套15。所述堵头16可为圆形筒体结构。所述堵头16上端面与所述密封套15的下端面接触。所述堵头16外壁与所述外筒12固定。所述固定的方式可以为螺纹连接等。所述堵头16内壁与所述中心管13配合，所述配合关系可为间隙配合。所述堵头16的下端外径可与所述外筒12的外径相同，从而包覆在所述外筒12的下端。
[0056]请参阅图10，为本实用新型第二实施例中一种磨料水射流径向钻孔装置的射孔系统的B-B剖视图。其中，所述转向机构3用于将磨料水由轴向转变为径向，以进行径向射孔。所述转向机构3的上端可通过设置接头8与所述中心管13连接，其下端与所述开窗机构2固定连接，并相互连通。所述固定连接的方式为螺纹连接等方式。所述转向机构3内部含一条弯曲光滑由轴向转变到径向的转向通道30。在所述转向通道30可设置有高压软管，以及与所述高压软管出口端固定连接的钻孔件，所述钻孔件用于破岩射孔。所述钻孔件5的形状和结构与实施例一种的相同。所述转向通道30的孔径大于所述高压软管的外径，保证高压软管能够在其内部自由移动。所述转向通道30的孔径具体可为30毫米左右。在所述转向机构3上还设置有第一旁路通孔31，所述第一旁路通孔31不与所述转向通道30相连通。所述第一旁路通孔31的个数可以为一个以上，例如为两个时，可分布在所述转向通道30的两侧。所述转向机构3转向通道30的出口端301至所述开窗机构2的径向孔24的距离为H2，所述H2与所述中心管13的移动距离相等。
[0057]请参阅图10，所述开窗机构2用于对套管进行开窗工序。所述开窗机构2的上端与所述转向机构3固定连接并连通，其下端可通过设置密封件7进行封闭。所述密封件7可为单流阀，也可为丝堵等其他方式。所述开窗机构2具有柱体20，在柱体20上设置有过渡孔21。在与所述过渡孔21连通的径向位置设置有径向孔24。所述径向孔24用于设置喷射件4。所述喷射件4的形状和结构与实施例一中的相同。在所述开窗机构2上还设置有第二旁路通孔22。所述第二旁路通孔22与所述第一旁路通孔31相连通。
[0058]所述接头8 —端与所述中心管13的下端固定连接,另一端与所述转向机构3固定连接。所述接头8的内部具有一接头通孔81，所述接头通孔81可位于所述接头8的中部。在所述接头通孔81上可形成有变径，所述变径用于形成凡尔球座810，用于支撑坐封用的凡尔球6。在所述接头8上还设置有第三旁路通孔82。所述第三旁路通孔82的上端与所述凡尔球座810的上端连通。当所述凡尔球座810内投入凡尔球6时，流入中心管13的磨料水能够从所述第三旁路通孔82流出。所述第三旁路通孔82的下端与所述转向机构3的第一旁路通孔31对齐时连通，错开时不连通。当所述磨料水射流径向钻孔装置进行开窗工序时，所述相互连通的第一旁路通孔31、第二旁路通孔22、第三旁路通孔82将磨料水倒入所述开窗机构2中进行开窗。
[0059]本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置在使用时，请参阅图11，先进行套管开窗，向井口油管内投入凡尔球6，所述凡尔球6落在所述凡尔球座810上。将所述第三旁路通孔82的下端与所述转向机构3的第一旁路通孔31错开，使其保持在不连通状态。此时向井口油管泵入磨料水，所述磨料水通过中心管开孔132进入所述凸起131与密封套15之间的液缸17内。在液压力的作用下，驱动所述中心管13的凸起131上行，进而压缩复位机构14，所述中心管13在上移的过程中带动与之固定连接的开窗机构2及转向机构3向上移动。当所述中心管13的凸起131卡到限位台120上时停止移动，其移动的距离为H1。再将所述第三旁路通孔82的下端与所述转向机构3的第一旁路通孔31对齐，使其保持在连通状态，此时磨料水通过所述相互连通的第一旁路通孔31、第二旁路通孔22、第三旁路通孔82将磨料水倒入所述开窗机构2中进行开窗。当套管开窗完毕后，停泵，油管内外压力平衡，压差消失，在复位机构14弹性回复力及重力的作用下，所述复位机构14、中心管13、开窗机构2和转向机构3下移复位。由于所述转向机构3转向通道30的出口端至所述开窗机构2的径向孔24的距离为H2与所述中心管13带动开窗机构2及转向机构3移动的距离Hl相等，使得所述转向机构3开口与开窗机构2开口位置能够重合。接着进行反洗井工序，将所述凡尔球6冲到地面，保证钻孔工作通道畅通，以利于进行油层钻孔工序。此时在所述磨料水射流径向钻孔装置中下入钻孔件5。所述钻孔件5通过连接高压软管再连接钢管与地面的磨料水的泵相连通。进而从泵内泵入的高压磨料水能够通过与所述依次连接的钢管、高压软管、钻孔件5，从开窗位置射出，进行径向开孔。
[0060]所述中心管13向上移动的方式，由于所述转向机构3出口端和开窗机构2径向孔之间的距离较短，有利于缩短复位机构14长度；另外可以实现在管柱I不发生压缩移动的情况下，转向机构3可以承受较大负荷。
[0061]本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置在进行开窗工序时，工作介质为体积浓度5%-20%，40目至100目的磨料水；在进行钻孔工序时，工作介质为体积浓度5%-15%，100目至180目的磨料水。所述磨料水中含砂粒径大小，根据喷嘴直径确定，不堵塞喷嘴为原则。所述磨料水具有较强的破岩作用，有利于针对致密坚硬的岩石地层中钻出直径为20毫米至50毫米，长度大于50米的径向泄油孔。
[0062]采用本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置可以通过下入一套工具，完成开窗工序和钻孔工序。采用本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置进行套管开窗时，用磨料射流切割套管方式代替机械切割套管方式，省去了下入水马达和割刀工序，节省了时间，用时有原来的10小时减少到I小时，效率大大得到提高。另外由于所述磨料水射流径向钻孔装置不具有柔性连接部件，因此不会发生折弯遇卡等事故，使用时更加可靠。
[0063]采用本实用新型所述磨料水射流径向钻孔装置进行油层钻孔时，用磨料水射流破岩方式代替纯水射流方式，提高了破岩能力和破岩效率，例如纯水射流喷嘴对英安斑岩岩芯在70兆帕下不能形成有效破岩，采用磨料水射流方式，在6兆帕下就可以实现破岩。因而，在相同压力与流量下，磨料水射流钻孔比纯水射流钻孔具有更高破岩能力，可应用于潜山油层钻孔。
[0064]另外现有技术是采用割刀开窗，不是喷嘴射流开窗。割刀需要逐渐进行切割。另外本实用新型所述开窗喷嘴403为锥形射流喷嘴，其出口端404呈喇叭形。当磨料水经过所述喷射叶轮41后，发生旋转，继而从所述开窗喷嘴403喷出后形成空心锥形射流，能够起到扩大开窗直径的作用。由于从所述开窗喷嘴403喷射出的流体是空心锥形射流，开窗喷嘴403与套管之间距离越大，开窗直径越大。因此通过控制所述开窗喷嘴403与套管之间的距离，就可以控制开窗直径的大小。而现有的常见的射流切割采用的是锥直喷嘴，流体不发生散射，无法一次性形成一定直径的孔。
[0065]以上所述仅为本实用新型的几个实施例，虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属【技术领域】的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于，包括: 外筒； 中心管，其能沿所述外筒的轴向可滑动地穿设在所述外筒中，所述中心管具有一受力部，以在受到液压力后驱使所述中心管沿第一方向运动； 能随着所述中心管相对滑动的开窗机构，其具有用于对套管进行开窗的喷射件； 固定连接在开窗机构上的转向机构，其内部设置有具有入口端和出口端的转向通道，所述转向机构能设置有用于对完成开窗处的岩石进行钻孔的钻孔件； 复位机构，其用于在所述转向机构泄压后驱使所述中心管沿第二方向运动，所述第一方向与所述第一方向相反； 所述复位机构的复位距离与所述喷射件和所述转向通道出口端间的距离相同。
2.如权利要求1所述的磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于:所述中心管与所述外筒之间形成有环形空间，所述复位机构设置在所述环形空间内，所述复位机构的一端与所述中心管的受力部相接触。
3.如权利要求1或2所述的磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于:所述外筒的中部形成有限制所述中心管下移距离的限位台，所述受力部设置在所述中心管的上端，所述受力部的外径大于所述限位台的内径；所述开窗机构上端与所述中心管固定连接并连通，下端与所述转向机构固定连接并连通。
4.如权利要求1或2所述的磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于:所述外筒的上部形成有用于限制所述中心管上移距离的限位台，所述限位台的内径小于所述中心管上端的外径；所述受力部设置在所述中心管的中部，所述下部的环形空间内还设置有密封套，所述密封套与所述受力部之间形成有液缸，在所述液缸对应的中心管上设置有中心管开孔；所述转向机构设置在开窗机构的上部；所述转向机构、开窗机构上设置有相互连通的旁路通孔。
5.如权利要求1所述的磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于:所述开窗机构内部设置有轴向通道，与所述轴向通道连通的径向位置设置有径向孔，在所述喷射件设置在所述径向孔内。
6.如权利要求1所述的磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于:所述开窗机构与所述转向机构固定连接后，形成具有内部贯通的通孔，在所述通孔上或与所述通孔连通的位置设置有封堵机构。
7.如权利要求1所述的磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于:所述喷射件包括第一壳体和喷射叶轮，在所述第一壳体的一端设置有能形成锥形射流的开窗喷嘴。
8.如权利要求7所述的磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于:所述开窗机构外壁上开设有与所述开窗喷嘴相对应的凹槽。
9.如权利要求1所述的磨料水射流径向钻孔装置，其特征在于:所述钻孔件包括第二壳体和钻孔叶轮，所述第二壳体上设置有贯通的反射孔，所述反射孔自第二壳体外壁至内壁贯通的方向与磨料水流动的方向的夹角呈锐角。
【文档编号】E21B29/06GK204113117SQ201420569838
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】张洪君, 曲明艺, 梁兴, 王文涛, 胡胜勇, 韩锋, 王锦生, 秦伟, 张玉增 申请人:中国石油天然气股份有限公司