CN105507867B - 一种用于生成井眼裂缝的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成井眼裂缝的装置和方法。该装置包括母管、子管和设置在子管的另一端的用于切削岩土的钻进组件，在母管的侧壁上设置安装孔，子管的过流面积小于母管的过流面积，在初始状态下，子管的一端设置在母管的内腔中，子管的另一端插入到安装孔中，在向母管中泵送液体过程中，子管通过安装孔进入储藏地层中。并且液体由钻进组件上的第一过流孔向外喷射以射穿岩层，同时钻进组件旋转以切削岩层。在石油完井过程中，装置能够对不同油藏选择水力参数进行定向射孔，可有效地控制裂缝位置和发展方向，从而提高油气产量。采用该方法生产井眼裂缝，施工成本低，施工周期短。

Description

一种用于生成井眼裂缝的装置和方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及为一种用于生成井眼裂缝的装置和方法。

背景技术

在石油开采中，生成井眼裂缝是一项重要工艺。但是在现有技术中，为了生成井眼裂缝，常采用水力喷砂射孔技术。

在实际应用过程中，先利用水力喷射射孔，在储藏地层中形成孔洞。为了增加储藏地层中泄油、泄气面积，射孔完成后进行压裂作用。若需在储藏地层中形成更宽、更长的裂缝，就需更大规模压裂作业。但是大规模压裂作用就要耗费更多水资源，施工操作耗时长，施工成本高。同时由于储藏地层应力的不均匀性，裂缝产生位置也可能不在射孔位置。并且只要储藏地层起裂，裂缝数量就很难增加，即使增加泵注规模，液体仍沿原来形成的裂缝往深处延展。因此，通过水力喷砂射孔技术不能保证裂缝位置和发展方向，对储藏地层的改造可能得不到预期效果。

由此，需要提供一种生成井眼裂缝的装置和方法，能有效地控制井眼裂缝的位置和发展方向，保证对储藏地层的改造达到预期效果。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种用于生成井眼裂缝的装置和方法。本发明的装置能够对不同油藏选择水力参数进行定向射孔，可有效地控制储藏地层的井眼裂缝的位置和发展方向，使对储藏地层的改造达到预期效果。并且利用该装置生产井眼裂缝的方法操作简单，使得施工成本低，施工周期短。

根据本发明的一方面，提出了一种用于生成井眼裂缝的装置，其特征在于，包括：

母管，在母管的侧壁上设置有贯穿的安装孔，

子管，其过流面积小于母管的过流面积，在初始状态下，子管的一端设置在母管的内腔中，子管的另一端插入到安装孔中，在向母管中泵送液体的过程中，子管通过安装孔进入储藏地层中，

设置在子管的另一端的用于切削储藏地层的岩土的钻进组件。

在石油完井过程中，将此装置安装在管柱上，然后被下方到预定储藏地层后，从地面向母管中泵送液体，由于子管的一端处于母管的内腔中，则液体由子管的一端进入并由子管的另一端喷出破碎岩石，以形成孔洞。同时，由于子管的过流面积小于母管的过流面积，形成节流压差，从而节流压力推动子管通过母管的安装孔在孔洞中延伸。并且，由于在子管的另一端设置了钻进组件，在母管伸入储藏地层的过程中，钻进组件可切削岩土，有助于子管更顺利、更快捷的在储藏地层中插入。最终，子管钻进储藏岩层中，并在储藏岩层中形成井眼裂缝。由此，使用此装置生成用于储藏开采流道的井眼裂缝时，通过安装孔的位置，子管的长度等便能有效地控制井眼裂缝的位置和发展方向，达到储藏地层改造的预期效果。在操作过程中，耗费液体少，操作成本低，对储藏地层的改造可控性高。

在一个实施例中，钻进组件包括设置在子管的内腔中能由液体驱动而旋转的芯轴，以及与芯轴固定连接并延伸出子管的另一端面的钻头，钻头上设置有能连通子管的内腔的第一过流孔。通过这种设置，在子管伸入储藏地层过程中，钻头在芯轴带动下旋转，用来切削岩土。同时，液体由第一过流孔喷出破碎岩土，在储藏地层中形成孔洞，用于子管顺利地插入到岩层中。并且此结构简单，便于实现。

在一个实施例中，芯轴包括具有螺旋状肋板的螺杆，设置在螺杆的外端的用于安装钻头的安装部，以及设置在安装部和螺杆之间的连接部。通过这种设置使得螺杆能在液流作用下旋转，并带动安装部旋转，从而驱动钻头。并且此结构简单，安装方便。

在一个实施例中，在安装部上设置有与第一过流孔连通的第二过流孔，在连接部上设置有用于连通第二过流孔和子管的内腔的过流槽。通过上述设置，连通了第一过流孔和子管的内腔，使来自子管的液体能从第一过流孔喷射以射穿岩土。

在一个实施例中，钻头包括构造为其直径由内端向外端方向逐渐减小的锥状体，第一过流孔的外端的出口设置在锥状体的侧壁上。通过这种设置，锥状体带着子管在储藏地层中更有效地钻进，同时，由第一过流孔向储藏地层喷射液体。此结构简单合理。

在一个实施例中，在锥状体的周向外侧设置由锥状体的底面沿内端到外端方向延伸的钻齿，钻齿位于出口的上游。通过这种设置，锥状体在钻进过程中，钻齿旋转式切削其周边岩层，扩大了孔洞形成直径，有利于子管更顺利插入储藏地层。同时钻齿的设置并不影响液体由第一过流孔向储藏地层喷射。

在一个实施例中，在钻头上设置多个第一过流孔，多个第一过流孔的出口在锥状体的侧壁上均匀分布，多个第一过流孔的出口的总过流面积小于第二过流孔的过流面积。通过这种设置，可分散式喷射岩层，增大了形成的孔洞面积。同时，提高了通过第一过流孔的出口的液体流速，有助于更快捷更好地形成孔洞。

在一个实施例中，安装孔在母管上向下倾斜，并且安装孔的轴线与母管的轴线所形成的锐角为20～70°。优选地，锐角为45°。通过这种设置，使子管更容易地安装到母管上，并且在节流压力作用下，子管更容易从安装孔延伸到储藏地层中。

在一个实施例中，装置还包括设置在安装孔的内壁与子管的外壁之间的密封组件，密封组件包括固定设置在安装孔的外端的支撑环、固定设置在安装孔的内端的限位环，以及活动式设置在限位环和支撑环之间的弹性密封件，其中，限位环上设置有传压孔，以使得液体能通过传压孔而作用于弹性密封件。通过上述设置，当母管的内腔中以一定排量通过液体时，液体通过传压孔作用在弹性密封件上，使其沿安装孔的径向膨胀，从而实现子管和安装孔之间的密封。母管内液体压力越大，弹性密封件受挤压越厉害，子管和安装孔之间的密封性能越高。并且此结构简单，便于实现。

在一个实施例中，在母管的周向上设置多个安装孔，各安装孔均设置有与其对应的子管、钻进组件和密封组件。通过此种设置，在一趟完井管柱上可形成多个井眼裂缝，从而增加了储藏的开采效果。同时提高了生产效率，节约了生产成本。

根据本发明的另一方面，提供一种用于生成井眼裂缝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将根据上述的装置放入储藏地层预定位置；

步骤二：向母管内泵送液体，当在母管中的液体以第一定排量流动时，液体由子管的另一端喷出以射穿岩层，并且在节流压力作用下，子管向储藏地层内伸入，同时，钻进组件切削储藏地层的岩土；

步骤三：在子管完全出插入到储藏地层中形成井眼裂缝后，地面停泵；

由此，采用此方法形成井眼裂缝，操作简单，施工方便。并且采用此方法形成的井眼裂缝的位置和长度可控。

本申请中，用语“内端”指靠近母管的内腔的一端，用语“外端”指远离母管的内腔的一端。用语“上”“下”以装置的实际工作方向为参照。

与现有技术相比，本发明包括以下优点。通过此装置生成井眼裂缝时，能有效地控制裂缝位置和发展方向，增强了对裂缝的可控性。在储藏地层中生成的孔眼裂缝面积和长度大，从而能有效增加泄油其面积和产能。子管能完全插入储藏地层，并可以超过钻井污染带，避免井眼污染。储藏地层中生成的井眼针对性强，套管强度受损小，对套管强度影响很小，从而延长了油井寿命。此外，根据本发明的装置的结构简单合理，具有很高的安全性和可靠性。通过此方法形成井眼裂缝时，使得操作简单，提高了生产效率。

附图说明

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：

图1显示了根据本发明的用于生成井眼裂缝的装置；

图2显示了来自图1的A处的放大图；

图3显示了芯轴的立体图。

附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的用于生成井眼裂缝的装置100。如图1所示，装置100包括母管1、子管2和设置在子管2的外端的钻进组件9。在母管1的侧壁上设置贯穿的安装孔11。在初始状态下，子管2的一端设置在母管1的内腔中，子管2的另一端插入到安装孔11中。并设置在子管2的另一端的钻进组件9不能超越母管1的侧壁的外周面。在石油完井过程中，将此装置100安装在管柱上，然后被下方到预定储藏地层后，从地面向母管1中泵送液体。液体由子管2的一端进入并由子管2的另一端喷出，以刺穿岩石形成井眼。子管2的过流面积小于母管1的过流面积，则母管1以一定排量泵送液体时，形成节流压差，在节流压力推动下，子管2沿着安装孔11由母管1延伸到储藏地层中。同时，钻进组件9在母管1伸入储藏地层的过程中，可切削岩土，使子管2插入储藏地层更容易。最终，子管2伸入储藏岩层中，并在储藏岩层中形成井眼裂缝。

使用此装置100生成井眼裂缝时，能有效地控制储藏地层的孔眼的位置和发展方向，有助于提高出油、出气量。在形成井眼裂缝过程中，仅需要破碎岩土并将子管2插入储藏地层中，而不需要压裂，从而避免了大规模压裂作业耗费更多的液体，降低了生产成本。还有，操作简单方便，对储藏的改造可控性高。

如图2所示，钻进组件9包括芯轴91和与芯轴91固定连接的钻头92。芯轴91设置在子管2的内腔中。而钻头92延伸出子管2的另一端面。

如图3所示，芯轴91包括具有螺旋状肋板911的螺杆912，设置在螺杆912的外端的用于安装钻头92的安装部913，在安装部913和螺杆912之间固定设置连接部914。在子管2中有液体流动时，液体驱动肋板911带动螺杆912转动，螺杆912依次驱动连接部914和安装部913转动，从而带动钻头92转动。由此，在子管2在插入储藏地层过程中，钻头92在芯轴91带动下旋转，用来切削储藏地层的岩土。

如图2所示，在钻头92上靠近芯轴91的一端设置安装筒922。安装筒922插入到子管2中，并套接在安装部913的外壁上。例如，安装筒922可通过螺纹固定在安装部913上。但是需要注意地是，螺纹的拧紧方向应与所述芯轴91旋转方向一致，以防芯轴91在旋转过程中，安装筒922和安装部913处的螺纹连接松动。在安装筒922和子管2之间设置环形密封圈918，用于实现安装筒922和子管2之间的密封。

如图2所示，钻头92上设置用于连通子管2的内腔的第一过流孔921。其用于向外喷射液体，射穿岩层形成孔洞。在连接部914上设置过流槽915。在安装部913上设置与过流槽915连通的第二过流孔916。在钻头92靠近安装部913的一端设置扩口917。扩口917用于连连通第二过流孔916和第一过流孔921。由此，子管2的内腔中的液体，能通过过流槽915进入第二过流孔916中，经过扩口917后，由第一过流孔921喷射而出。

钻头92包括锥状体923和设置在锥状体923的周向外侧的钻齿924。锥状体923构造为其直径由内端向外端方向逐渐减小，其用于带动子管2钻入储藏地层中。而钻齿924设置为由锥状体923的底面沿内端到外端方向延伸。在锥状体923钻进储藏地层的过程中，钻齿924用于旋转式切削其周边岩层，扩大了孔洞形成直径，有利于子管2更顺利插入储藏地层中。其中，第一过流孔921设置在锥状体923上，并且第一过流孔921的出口设置在锥状体923的侧壁上。钻齿924位于第一过流孔921的出口的上游，用于避免钻齿924影响液体由第一过流孔921向储藏地层喷射。

优选地，可在钻头92上设置多个第一过流孔921。多个第一过流孔921的出口在锥状体923的侧壁上均匀分布。多个第一过流孔921可分散式喷射岩层，对岩层的影响范围增大，从而增大了形成的孔洞面积。并且多个第一过流孔921的出口的总过流面积小于第二过流孔916的过流面积。从而，提高了通过第一过流孔921的出口的液体流速，有助于更快捷更好地在储藏地层中形成井眼裂缝。

如图1所示，安装孔11在母管1上向下倾斜，并且安装孔11的轴线与母管1的轴线所形成的锐角为20～70°。优选地，锐角为45°。从而子管2能更容易地安装到母管1上，并且在节流压力作用下，子管2更容易从安装孔11延伸到储藏地层中。

如图1所示，装置100还包括设置在安装孔11和子管2之间的密封组件3。如图2所示，密封组件3包括固定设置在安装孔11的外端的支撑环7、固定设置在安装孔11的内端的限位环4，以及活动式设置在限位环4和支撑环7之间的弹性密封件6。其中，限位环4上设置有传压孔41，以使得母管1的内腔中的液体能通过传压孔41而作用于弹性密封件6。从而使弹性密封件6沿安装孔11的径向膨胀，实现子管2和安装孔11之间的密封。当母管1内液体压力越大时，弹性密封件6受挤压越厉害，子管2和安装孔11之间的密封性能越高。

优选地，安装孔11可构造为螺纹孔。相应地，支撑环7具有环状的第一部分71和环状的第二部分72，第二部分72的外径比第一部分71的外径小，并在第二部分72的外壁上设置有与安装孔11的螺纹匹配的螺纹。同时限位环4构造为筒状体，并在其外壁上构造与安装孔11的螺纹匹配的螺纹。在安装孔11处的母管1的外壁上可设置安装槽12。安装槽12的底面可垂直于安装孔11的轴线方向。由此，在安装过程中，支撑环7的第二部分72旋拧在安装孔11的内壁上，并且第一部分71的内端面与安装槽12的底面接触，用于为支撑环7定位。此外，限位环4也能方便地安装在安装孔11的内壁上。并且此结构简单，便于实现。

在一个实施例中，在弹性密封件6的内端面固定设置压环5，压环5与限位环4的外端面临近。例如，弹性密封件6为橡胶环，并与压环5一体化制造。压环5接受来自传压孔41的液体的推力，避免高压液体直接作用在弹性密封件6的内端面上，从而保护了弹性密封件6。并且此结构简单，方便制造生产。

可在限位环4的周向上设置多个传压孔41，并且传压孔41在限位环4的周向上均匀分布。使得作用在弹性密封件6上的力均匀，有助于提高密封效果。例如，在限位环4的周向上设置6个传压孔41。并且为方便加工制造，传压孔41可为位于限位环4的壁上的圆孔。

弹性密封件6的外壁设置为具有至少一个沿安装孔11的径向向外突出的弧面61。例如，弹性密封件6的外壁设置为具有四个弧面61。从而在弹性密封件6受力变形膨胀时，弹性密封件6更容易变形，在弧面61的顶端处以实现子管2和安装孔11之间的更有利的密封。同时由于弹性密封件6的外壁设置有多个弧面61，例如四个，从而可达到多重密封效果。

为实现安装孔11与支撑环7之间的密封，在支撑环7的第二部分72的外壁与安装孔11的内壁之间设置密封圈8。例如，密封圈8可为O型硅胶密封圈。

优选地，子管2可为柔性钢管材质，使子管2能弯曲状地容纳在母管1的内腔中，从而保证母管1的内腔中能容纳足够长的子管2，以确保子管2形成的孔洞的长度。例如，可将9m的子管2安放在母管1的内腔中。同时，柔性钢管材质可使子管2更容易穿过储藏地层的岩土层。

如图1所示，在母管1的周向上可设置多个安装孔11。并且各安装孔11均设置有与其对应的子管2、钻进组件9和密封组件3。而母管1的内腔可设置为能容纳多个子管2，并便于安装子管2，例如，母管1的内腔可在容纳子管2的部位处设置扩孔13，以增大母管1的内腔的容量。由此，在一趟完井管柱上可形成多个储藏开采流道，从而增加了储藏的开采效果。同时提高了生产效率，节约了生产成本。例如可根据实际工程，在所述母管1上设置4个安装孔11。

在装置100的两端可以设置螺纹结构，用于在完井过程中，方便地与完井管柱连接。

下面根据图1到3详细描述使用装置100生产井眼裂缝的方法：

首先，将装置100与完井管柱连接，并被放入到储藏地层预定位置。接着，在地面向母管1内泵送液体。在母管1中的液体以第一定排量流动时，子管2内的液体依次通过过流槽915、第二过流孔916、扩口917后，由第一过流孔921喷射出去，以射穿岩层形成孔洞。同时在节流压力作用下，子管2通过安装孔11向岩层内伸入。并且，子管2内流动的液体推动芯轴91旋转而驱动钻头92旋转，从而切削孔洞附近岩土，以形成更大截面面积的孔洞。最后，当子管2完全插入到储藏岩层中，形成井眼裂缝时，地面停泵。母管1还可以提出地面，以备再用。

在应用此装置100生成井眼裂缝时，通过安装孔11的位置能有效地控制井眼裂缝的位置，通过安装孔11倾斜方向和子管2的长度可有效控制孔洞的发展方向，由此，增强了对井眼裂缝的可控性。由于，子管2在储藏地层中边射孔边钻进延伸，由此，采用此装置100在储藏岩层中生成的孔洞面积和长度大，从而能有效增加泄油气面积和产能。子管2能完全插入储藏地层，并可以超过钻井污染带，避免井眼污染。储藏地层中生成的孔洞针对性强，套管强度受损小，对套管强度影响很小，从而延长了油井寿命。并且在操作过程中，耗费液体少，操作成本低。此外，根据本发明的装置100的结构简单合理，具有很高的安全性和可靠性。

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。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。

Claims (8)

1.一种用于生成井眼裂缝的装置，其特征在于，包括：

母管，在所述母管的侧壁上设置有贯穿的安装孔，

子管，其过流面积小于所述母管的过流面积，在初始状态下，所述子管的一端设置在所述母管的内腔中，所述子管的另一端插入到所述安装孔中，在向所述母管中泵送液体的过程中，所述子管通过所述安装孔进入储藏地层中，

设置在所述子管的另一端的用于切削储藏地层的岩土的钻进组件；

所述钻进组件包括设置在子管的内腔中能由液体驱动而旋转的芯轴，以及与所述芯轴固定连接并延伸出所述子管的另一端面的钻头，所述钻头上设置有能连通所述子管的内腔的第一过流孔；

所述芯轴包括具有螺旋状肋板的螺杆、设置在所述螺杆的外端的用于安装所述钻头的安装部，以及设置在所述安装部和所述螺杆之间的连接部；在所述安装部上设置有与所述第一过流孔连通的第二过流孔，在所述连接部上设置有用于连通所述第二过流孔和所述子管的内腔的过流槽；所述过流槽沿所述连接部的轴向延伸；

在钻头靠近安装部的一端设置扩口；扩口用于连通第二过流孔和第一过流孔；子管的内腔中的液体通过过流槽进入第二过流孔中，经过扩口后由第一过流孔喷射而出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钻头包括构造为其直径由内端向外端方向逐渐减小的锥状体，所述第一过流孔的外端的出口设置在所述锥状体的侧壁上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述锥状体的周向外侧设置由所述锥状体的底面沿内端到外端方向延伸的钻齿，所述钻齿位于所述出口的上游。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述钻头上设置多个所述第一过流孔，多个所述第一过流孔的出口在所述锥状体的侧壁上均匀分布，多个所述第一过流孔的出口的总过流面积小于所述第二过流孔的过流面积。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述安装孔在所述母管上向下倾斜，并且所述安装孔的轴线与所述母管的轴线所形成的锐角为20～70°。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述安装孔的内壁与所述子管的外壁之间的密封组件，所述密封组件包括固定设置在所述安装孔的外端的支撑环、固定设置在所述安装孔的内端的限位环，以及活动式设置在所述限位环和所述支撑环之间的弹性密封件，其中，所述限位环上设置有传压孔，以使得液体能通过所述传压孔而作用于所述弹性密封件。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述母管的周向上设置多个所述安装孔，各所述安装孔均设置有与其对应的所述子管、所述钻进组件和所述密封组件。

8.一种用于生成井眼裂缝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将根据权利要求1到7中任一项所述的装置放入储藏地层预定位置；

步骤二：向所述母管内泵送液体，当所述母管中的液体以第一定排量流动时，液体由所述子管的另一端喷出以射穿岩层，并且在节流压力作用下，子管向储藏地层内伸入，同时，所述钻进组件切削储藏地层的岩土；

步骤三：在所述子管完全出插入到储藏地层中形成井眼裂缝后，地面停泵。