CN108843274A - 水力喷射自旋转刮刀钻头及注二氧化碳井解堵工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水力喷射自旋转刮刀钻头及注二氧化碳井解堵工艺，解决目前冻堵处理方式速度慢、费用高及操作复杂的问题；通过水力喷射自旋转刮刀钻头注入加热加压流体，依靠注入流体的热融作用、刮刀钻头的破碎作用以及注入流体的冲击作用对冻堵层进行破碎、溶解，达到解堵、钻开冻堵层段的目的，同时循环系统将破碎的冻堵物碎屑及时地携带出井筒，保证该装置的连续作业。在注二氧化碳井发生冻堵之后，该钻头及工艺具有操作简单、施工成本低、应用范围广的优点，为二氧化碳驱油技术的大规模应用提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及注气提高采收率的注二氧化碳井中，因天然气与水接触形成的水合物及其他物质在井下产生冻堵现象，为解决该冻堵问题所采用的解堵方法。
背景技术
目前对于低渗透油藏的开发，很难采用注水开发来补充地层能量，因此部分油田采取了注二氧化碳的开发方式，而单一注二氧化碳在生产一段时间后会造成严重的气窜现象，水气交替注入可大大减少这一状况的发生。但是注二氧化碳井一旦停注则会在井下产生冻堵现象，据调查，大庆某区块注二氧化碳井冻堵时间长达168天，严重影响注气开发效果，抑制了注气开发在油田的广泛应用。
对于注气井水合物冻堵现象，非机械式处理方法有加热法、降压法、化学试剂法等。由于冻堵段主要集中在井筒当中，且油管和套管的环形空间中为保证气体的注入下入了封隔器。因此一般的处理方法是注入高温的药剂，利用重力沉降作用使药剂作用在冻堵带，同时药剂携带的热量作用在冻堵带以加快水合物的分解。该方法不仅处理速度慢，并且药剂浪费较为严重。此外还有注入高温蒸汽的方法来强制融解水合物，但此种方法费用较高，且解堵速度慢。而机械式处理方法一般需要起出井口和油管，动用大量人力物力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种水力喷射自旋转刮刀钻头，并提供使用该钻头进行注二氧化碳井解堵的工艺，解决目前冻堵处理方式速度慢、费用高及操作复杂的问题。
第一方面，提供一种水力喷射自旋转刮刀钻头，用于解堵注二氧化碳井内的冻堵物，包括：
旋转轴；
所述旋转轴上连接自旋转机构和刮刀钻头；
所述旋转轴上具有螺旋流道；
所述螺旋流道输送的螺旋液流冲击所述自旋转机构旋转；
所述自旋转机构旋转，带动所述刮刀钻头切削所述冻堵物。
优选地，所述自旋转机构，包括：
本体，所述本体与所述旋转轴连接；
所述本体内具有叶轮结构；
所述叶轮结构受到所述螺旋液流的冲击作用产生旋转扭矩；
所述旋转扭矩，驱动所述旋转轴转动。
优选地，所述螺旋流道，由螺旋水管构成，所述螺旋水管固定在所述旋转轴上。
优选地，所述水力喷射自旋转刮刀钻头，还包括：
外筒；
所述旋转轴通过轴承固定在所述外筒中心；
所述外筒底端连接压盖。
第二方面，提供一种注二氧化碳井解堵工艺，包括：
（1）、从井口将与连接管可拆卸连接的如上所述的水力喷射自旋转刮刀钻头送入油管内部冻堵层；
（2）、向所述水力喷射自旋转刮刀钻头的所述螺旋流道内注入加压液体；
（3）、所述加压液体驱动所述钻头的刮刀切削钻进所述冻堵层，并对形成所述冻堵层的冻堵物产生射流冲击作用，水力破碎并溶解所述冻堵物；
（4）、所述冻堵物的碎屑随所述加压液体从所述油管与所述连接管之间的环空返排通过所述井口装置。
优选地，所述加压液体为热水。
优选地，所述连接管，包括：
内管；
所述内管径向上由内而外依次具有钢丝缠绕层、橡胶中层和金属外壳；
所述内管外套有软管；
所述软管，由若干软管单节组成；
所述软管单节，纵向上依次连接构成所述软管；
所述软管短节，用于保证所述软管可以弯曲缠绕，并保持所述连接管的强度。
优选地，所述连接管下端连接有液压可变径扶正器；
所述液压可变径扶正器，其本体为圆筒，在所述本体的外壁上设置复位元件；
在所述连接管及所述水力喷射自旋转刮刀钻头下入过程中，所述复位元件回缩入所述本体内，所述连接管及所述水力喷射自旋转刮刀钻头通过所述井口；
在注入加压液体时，所述复位元件伸出并支撑在所述油管的内壁上，扶正所述连接管及所述水力喷射自旋转刮刀钻头下入至所述冻堵层。
优选地，所述注二氧化碳井解堵工艺，还具有加压水循环系统，所述加压水循环系统，包括水处理装置、加热机构和泵送机构；
所述水处理装置，用于去除所述返排通过所述井口的所述冻堵物的碎屑；
所述加热机构，用于所述水处理装置中加压水的加热处理；
所述泵送机构，用于建立所述加压水的循环流动。
优选地，所述注二氧化碳井解堵工艺，还可以加入药剂。
本发明的有益效果：
①代替传统方法大量的药剂使用；该工艺以机械方式破碎水合物为主，热力循环辅助解堵，无需在药剂方面投入成本。
②节约作业时间；所述工艺将机械方法和非机械方法结合使用，使高温液体经旋转钻头喷射在水合物上，同时旋转钻头起到机械破碎作用，可以使水合物快速被破碎分解，大大节省了作业时间。
③施工简易便捷；在施工过程中无需重新设立井架，特别是针对复杂地形（高山、丘陵地带），避免了大规模的修井作业，只需利用高压软管作业车等设备即可实施工艺。同时，该工艺在不起出井口的条件下即可进行，只需将高压软管及钻头由井口装置下入到油管中，通过高压泵将加重液体泵注到钻头处即可实现钻进功能，有效地简化了施工步骤。
④施工高效可控；传统井口加药方式在药剂输送方面存在着弊端，如：药剂沉降过程中存在损失，仅通过重力沉降药剂不能与冻堵层发生有效接触，致使解堵效率极低。该装置通过高压软管将加压水溶液直接输送到冻堵带，使解堵作业高效可控，避免了井筒加药的二次腐蚀和环境污染问题。
⑤加强了热力解堵效果；传统加药方式直接在井口注入高温药剂，在药剂流经油管到达冻堵带的过程中会产生大量的热量损失，使热力解堵效果大打折扣。该装置通过高压软管传送高温液体，可以直达冻堵带，热量损失小，热力解堵效率高。
附图说明
通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的注二氧化碳井解堵工艺装置使用状态图。
图2是本发明实施例的水力喷射自旋转刮刀钻头的结构示意图。
图3是本发明实施例的连接管的结构示意图。
图4是本发明实施例的液压可变径扶正器的结构示意图。
图5是本发明实施例的液压可变径扶正器的复位元件与本体的装配示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图2是本发明实施例的水力喷射自旋转刮刀钻头的结构示意图。由图2所示：一种水力喷射自旋转刮刀钻头，包括旋转轴12；旋转轴12下部通过螺丝固定刮刀钻头17；旋转轴12上还连接自旋转机构15，旋转轴12上还具有螺旋流道；向螺旋流道内输送加压液体，在螺旋流道内产生螺旋液流，螺旋液流冲击自旋转机构15旋转；自旋转机构15旋转带动旋转轴12转动，旋转轴12进一步驱动刮刀钻头17旋转切削冻堵层的冻堵物。
进一步地，在图2中，自旋转机构15，包括本体，该本体与旋转轴12连接；本体内具有叶轮结构16，叶轮结构16受到螺旋液流的冲击作用产生旋转扭矩，旋转扭矩驱动旋转轴12转动。
进一步地，在图2中，螺旋流道由螺旋水管13构成，螺旋水管13固定在旋转轴12内部。
进一步地，在图2中，水力喷射自旋转刮刀钻头，还包括外筒，在外筒10与旋转轴12之间过键槽来实现固定，并且在旋转轴12与外筒10和压盖14的接触面之间分别设置轴承11，通过轴承11 实现旋转轴12转动，外筒10和压盖14通过螺纹连接。
图3是本发明实施例的连接管的结构示意图。由图3所示：连接管由内管18和套在内管18外面的若干软管单节19组成。其中内管18径向上由内而外依次具有钢丝缠绕层、橡胶中层和金属外壳。相邻两软管单节19之间设置对接结构，所有软管单节19对接后构成整体的软管，该软管用于承受高压，保护内管18。
图4是本发明实施例的液压可变径扶正器的结构示意图。由图4所示：液压可变径扶正器的本体为圆筒状，在本体的外壁上设置卡槽，卡槽内部装有复位元件20。
进一步地，在图5中，复位元件20通过平键装入卡槽，复位元件20卡在卡槽上可左右滑动。井口阀门处直径与油管内部直径存在差值，连接管下部连接液压可变径扶正器，在通过直径小的井口阀门处时，复位元件20回缩，连接管通过井口阀门；在连接管的下入过程中扶正器关闭，注入加压液体时复位元件20打开，支撑在油管内壁上，扶正连接管，确保连接管平稳下入。
具体地，结合附图1-5，对本发明的施工工艺流程进行详细说明：
作业车1将连接管3通过井口4上端送入油井内部冻堵层位置9，在井口4上端加装密封橡胶圈（胶圈需配合连接管3尺寸）。连接管3底部与水力喷射自旋转刮刀钻头8通过螺纹连接，并在连接管3上套有液压可变径扶正器7，在油管的下入过程中液压推动可变径扶正器7中的复位元件在卡槽内移动到端部，支撑在外部油管内壁上，使连接管3平稳下入。
通过电泵将加热后的加压水溶液泵入连接管3中，最后到达水力喷射自旋转刮刀钻头8。连接管3内的高压水柱在水力喷射自旋转刮刀钻头8中流过时，由于旋转轴12中固定的螺旋水管13，使高压水柱在螺旋水管13中螺旋流出，产生离心力，该离心力会辅助冲击自旋转机构15中的叶轮结构16产生旋转扭矩，旋转扭矩带动旋转轴12及与旋转轴12连接的刮刀钻头17自主旋转，钻头刮刀切削钻进冻堵层9，同时，高温高速液体对冻堵层的水合物（冻堵物）产生射流冲击作用，水力破碎水合物（冻堵物），同时将水合物（冻堵物）碎屑冲走。钻进过程中的水合物（冻堵物）碎屑随加压水溶液从油管与连接管3之间环空返出通过井口4。
返排出的水相在废液池6中收集，流经水管2到达水处理装置5，经水处理装置5处理后循环到作业车1上的水箱中。
完成解堵后，上提水力喷射自旋转刮刀钻头8至井口4总阀门以上，在地面关井，将水力喷射自旋转刮刀钻头8由井口上端取出，注二氧化碳井即可投入正常使用。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种水力喷射自旋转刮刀钻头，用于解堵注二氧化碳井内的冻堵物，其特征在于，包括：
旋转轴；
所述旋转轴上连接自旋转机构和刮刀钻头；
所述旋转轴上具有螺旋流道；
所述螺旋流道输送的螺旋液流冲击所述自旋转机构旋转；
所述自旋转机构旋转，带动所述刮刀钻头切削所述冻堵物。
2.根据权利要求1所述的水力喷射自旋转刮刀钻头，其特征在于，所述自旋转机构，包括：
本体，所述本体与所述旋转轴连接；
所述本体内具有叶轮结构；
所述叶轮结构受到所述螺旋液流的冲击作用产生旋转扭矩；
所述旋转扭矩，驱动所述旋转轴转动。
3.根据权利要求1所述的水力喷射自旋转刮刀钻头，其特征在于：
所述螺旋流道，由螺旋水管构成，所述螺旋水管固定在所述旋转轴上。
4.根据权利要求1所述的水力喷射自旋转刮刀钻头，其特征在于，还包括：
外筒；
所述旋转轴通过轴承固定在所述外筒中心；
所述外筒底端连接压盖。
5.一种注二氧化碳井解堵工艺，包括：
（1）、从井口将与连接管可拆卸连接的如权1-4中任一所述的水力喷射自旋转刮刀钻头送入油管内部冻堵层；
（2）、向所述水力喷射自旋转刮刀钻头的所述螺旋流道内注入加压液体；
（3）、所述加压液体驱动所述钻头的刮刀切削钻进所述冻堵层，并对形成所述冻堵层的冻堵物产生射流冲击作用，水力破碎并溶解所述冻堵物；
（4）、所述冻堵物的碎屑随所述加压液体从所述油管与所述连接管之间的环空返排通过所述井口装置。
6.根据权利要求5所述的一种注二氧化碳井解堵工艺，其特征在于，所述连接管，包括：
内管；
所述内管径向上由内而外依次具有钢丝缠绕层、橡胶中层和金属外壳；
所述内管外套有软管；
所述软管，由若干软管单节组成；
所述软管单节，纵向上依次连接构成所述软管；
所述软管短节，用于保证所述软管可以弯曲缠绕，并保持所述连接管的强度。
7.根据权利要求5所述的一种注二氧化碳井解堵工艺，其特征在于：
所述连接管下端连接有液压可变径扶正器；
所述液压可变径扶正器，其本体为圆筒，在所述本体的外壁上设置复位元件；
在所述连接管及所述水力喷射自旋转刮刀钻头下入过程中，所述复位元件回缩入所述本体内，所述连接管及所述水力喷射自旋转刮刀钻头通过所述井口；
在注入加压液体时，所述复位元件伸出并支撑在所述油管的内壁上，扶正所述连接管及所述水力喷射自旋转刮刀钻头下入至所述冻堵层。
8.根据权利要求5所述的一种注二氧化碳井解堵工艺，其特征在于：
所述加压液体通过加压水循环系统注入；
所述加压水循环系统，包括水处理装置、加热机构和泵送机构；
所述水处理装置，用于去除所述返排通过所述井口的所述冻堵物的碎屑；
所述加热机构，用于所述水处理装置中加压水的加热处理；
所述泵送机构，用于建立所述加压水的循环流动。
9.根据权利要求5-8中任一所述的一种注二氧化碳井解堵工艺，其特征在于：
所述冻堵层中还加入药剂。
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