用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，屬于石油、天然氣及地質(zhì)鉆井領(lǐng)域。所述攜巖工具包括整體成型的本體，所述攜巖工具本體包括肩軸、過(guò)渡導(dǎo)流坡面、中頸、入口導(dǎo)流坡面、螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)、出口導(dǎo)流坡面及接頭；所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)設(shè)置在中頸部位。本發(fā)明通過(guò)螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu),可產(chǎn)生螺旋狀紊態(tài)強(qiáng)旋流流動(dòng)，在煤層氣開(kāi)采分支井段環(huán)空內(nèi)，增強(qiáng)了液基循環(huán)介質(zhì)旋流動(dòng)能，提高了煤層氣開(kāi)采分支井段環(huán)空的攜巖能力。通過(guò)圓弧型螺旋棱柱可將環(huán)空內(nèi)上返的巖屑團(tuán)破碎成細(xì)小巖屑顆粒，減小大顆粒巖屑對(duì)鉆桿表面的沖蝕磨損，提高了鉆桿的使用壽命；通過(guò)圓弧型螺旋槽可提高環(huán)空內(nèi)巖屑運(yùn)移性能，減少煤儲(chǔ)層傷害。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、天然氣及地質(zhì)鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣又稱(chēng)“瓦斯”，其主要成分為甲烷，熱值與天然氣相當(dāng)，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是上好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。
[0003]充氣欠平衡鉆井技術(shù)是目前煤層氣鉆井中減少煤儲(chǔ)層傷害，保護(hù)煤儲(chǔ)層最常用的措施之一，通過(guò)與多分支水平井鉆井技術(shù)相結(jié)合可以有效地提高低滲儲(chǔ)層煤層氣采收率。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]一、煤儲(chǔ)層傷害是影響煤層氣開(kāi)發(fā)成功率的決定因素之一，直接影響到煤層氣的解吸、擴(kuò)散、運(yùn)移及后期排采。水基鉆井液工藝鉆采煤層氣時(shí)，通常采用提高鉆井液密度以保證安全鉆進(jìn)，但易造成煤層污染和傷害。
[0006]二、在充氣欠平衡鉆分支井作業(yè)中，因巖屑自身重力作用，使鉆桿本體對(duì)應(yīng)的環(huán)空段巖屑不均勻的懸浮于鉆井液中，并有沉降趨勢(shì)，導(dǎo)致環(huán)空內(nèi)攜巖能力較差，嚴(yán)重影響煤層氣鉆井時(shí)效和鉆井成本。
[0007]三、現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)和使用專(zhuān)用工具是在保持煤儲(chǔ)層井壁穩(wěn)定、降低煤儲(chǔ)層的傷害基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)提高煤層氣鉆井時(shí)效和鉆井成本的新思路。目前，國(guó)外煤層氣充氣欠平衡分支井鉆井過(guò)程中涉及到許多新式的工具和儀器，例如用于兩井連通的電磁測(cè)量裝置，小尺寸的地質(zhì)導(dǎo)向工具以及高效減阻短節(jié)等，然而，對(duì)于巖屑懸浮于鉆井液中，導(dǎo)致環(huán)空內(nèi)攜巖能力較差的問(wèn)題，現(xiàn)階段沒(méi)有好的解決措施，尤其是在充氣欠平衡鉆分支井作業(yè)中，有效清除環(huán)空內(nèi)巖屑的攜巖工具目前還處于空白，沒(méi)有產(chǎn)品問(wèn)世。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具。通過(guò)增強(qiáng)液基循環(huán)介質(zhì)旋流動(dòng)能，有效提高煤層氣開(kāi)采分支井段環(huán)空的攜巖能力，提高煤層氣鉆井時(shí)效，降低鉆井成本。所述技術(shù)方案如下:
[0009]一種用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，所述攜巖工具包括整體成型的本體，所述攜巖工具本體包括肩軸、過(guò)渡導(dǎo)流坡面、中頸、入口導(dǎo)流坡面、螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)、出口導(dǎo)流坡面及接頭；所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)設(shè)置在中頸部位。
[0010]具體地，所述攜巖工具本體為一空心圓柱體，外徑為變徑，形成兩端肩軸和中頸，所述兩端肩軸以所述中頸的垂直中心線為基準(zhǔn)而相互對(duì)稱(chēng)，一端為入口肩軸，另一端為出口肩軸，所述入口肩軸和所述出口肩軸的中心與所述中頸的中心在同一水平中心線上，所述入口肩軸的外端設(shè)置有所述接頭；所述入口肩軸和出口肩軸向所述中頸過(guò)渡處設(shè)置有所述過(guò)渡導(dǎo)流坡面，與所述中頸外徑平滑過(guò)渡。
[0011]進(jìn)一步地，所述兩端肩軸的外徑尺寸大于所述中頸的外徑尺寸2-6mm。[0012]具體地，所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)的軸向長(zhǎng)度占據(jù)所述中頸軸向長(zhǎng)度的1/2至2/3，所述中頸剩余軸向長(zhǎng)度在所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)兩側(cè)呈對(duì)稱(chēng)分布。
[0013]具體地，所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)至少包括圓弧型螺旋棱柱、圓弧型螺旋槽；所述圓弧型螺旋棱柱與所述圓弧型螺旋槽周向上等寬且呈等間距型分布，圓弧型螺旋棱柱傾斜角Y為40?60° ;所述圓弧型螺旋棱柱為三至七條，按圓周均勻分布在所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)上，所述圓弧型螺旋棱柱的起始端設(shè)置有所述入口導(dǎo)流坡面，終止端設(shè)置有所述出口導(dǎo)流坡面，均與所述中頸的外徑平滑過(guò)渡；所述圓弧型螺旋槽的槽底為所述中頸的外徑。
[0014]進(jìn)一步地，所述圓弧型螺旋棱柱的外徑尺寸大于兩端肩軸的外徑尺寸3?10mm。
[0015]進(jìn)一步地，所述過(guò)渡導(dǎo)流坡面、所述入口導(dǎo)流坡面及所述出口導(dǎo)流坡面為斜面或圓弧面。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在攜巖工具本體上設(shè)置的螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)的周向等間距排列的圓弧型螺旋棱柱和圓弧型螺旋槽可產(chǎn)生螺旋狀紊態(tài)強(qiáng)旋流流動(dòng)，在煤層氣開(kāi)采分支井段環(huán)空內(nèi)，增強(qiáng)了液基循環(huán)介質(zhì)旋流動(dòng)能，提高了煤層氣開(kāi)采分支井段環(huán)空的攜巖能力。
[0018]2、隨鉆桿的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)圓弧型螺旋棱柱可將環(huán)空內(nèi)上返的巖屑團(tuán)破碎成細(xì)小巖屑顆粒，減小大顆粒巖屑對(duì)鉆桿表面的沖蝕磨損，因而提高了鉆桿的使用壽命；通過(guò)圓弧型螺旋槽可攜帶分支井段下環(huán)空低速運(yùn)移的巖屑至上環(huán)空高速區(qū)，提高了環(huán)空內(nèi)巖屑運(yùn)移性能，有效運(yùn)移環(huán)空內(nèi)巖屑，減少煤儲(chǔ)層傷害，顯著提高了低滲儲(chǔ)層煤層氣采收率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的攜巖工具工作時(shí)煤層氣開(kāi)采分支井段環(huán)空內(nèi)巖屑運(yùn)移機(jī)理軸向示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的攜巖工具的圓弧型螺旋棱槽攜帶下環(huán)空巖屑至上環(huán)空的機(jī)理橫截面示意圖。
[0023]圖中各符號(hào)表示含義如下:
[0024]I肩軸，1.1入口肩軸，1.2出口肩軸，
[0025]2過(guò)渡導(dǎo)流坡面，3中頸，4入口導(dǎo)流坡面，
[0026]5螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)，5.1圓弧型螺旋棱柱，5.2圓弧型螺旋槽，
[0027]6出口導(dǎo)流坡面，7接頭；
[0028]A上井壁，B下井壁，C巖屑顆粒低速流動(dòng)區(qū)，D巖屑顆粒高速螺旋紊態(tài)流動(dòng)區(qū)，E下環(huán)空低速區(qū)，F(xiàn)上環(huán)空高速區(qū)，J井眼；
[0029]Ca軸向載荷，M扭矩，Y傾斜角。
[0030]箭頭為巖屑顆粒流向(即由巖屑顆粒入口到巖屑顆粒出口的方向)。【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0032]參見(jiàn)圖1、圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，采用在工具本體上設(shè)置螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了液基循環(huán)介質(zhì)旋流動(dòng)能，有效清除環(huán)空內(nèi)巖屑，提高低滲儲(chǔ)層煤層氣采收率。所述攜巖工具本體主要包括:肩軸1、過(guò)渡導(dǎo)流坡面2、中頸3、入口導(dǎo)流坡面4、螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5、出口導(dǎo)流坡面6、接頭7等部分，材質(zhì)為合金鋼，整體制造成型為一體。
[0033]具體地，作為優(yōu)選，所述攜巖工具本體為一個(gè)空心圓柱體，其外徑為變徑，形成兩端直徑大的肩軸I和中部直徑小的中頸3，所述兩端的肩軸I以所述中頸3的垂直中心線為基準(zhǔn)而相互對(duì)稱(chēng)，一端為入口肩軸1.1，另一端為出口肩軸1.2，且入口肩軸1.1和出口肩軸
1.2的中心與中頸3的中心在同一水平中心線上，所述入口肩軸1.1的外端設(shè)置有接頭7，用以聯(lián)接鉆桿；所述入口肩軸1.1和出口肩軸1.2向中頸3過(guò)渡處均設(shè)置有過(guò)渡導(dǎo)流坡面2，與中頸3的外徑平滑過(guò)渡；所述中頸3的中心部位設(shè)置有螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5。
[0034]進(jìn)一步地，所述兩端肩軸I的外徑尺寸大于中頸3的外徑尺寸，約大于2_6mm ;所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5的軸向長(zhǎng)度占據(jù)中頸3軸向長(zhǎng)度的1/2至2/3，且中頸3剩余軸向長(zhǎng)度1/2至1/3在螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5兩側(cè)呈對(duì)稱(chēng)分布。
[0035]具體地，作為優(yōu)選，所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5至少包括圓弧型螺旋棱柱5.1、圓弧型螺旋槽5.2 ;所述圓弧型螺旋棱柱5.1與圓弧型螺旋槽5.2周向上等寬且呈等間距型分布，圓弧型螺旋棱柱5.1傾斜角Y為40?60° ;所述圓弧型螺旋棱柱5.1為三至七條，按圓周均勻分布在螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5上，所述圓弧型螺旋棱柱5.1的起始端設(shè)置有入口導(dǎo)流坡面4，終止端設(shè)置有出口導(dǎo)流坡面6，均與中頸3的外徑平滑過(guò)渡；所述圓弧型螺旋槽5.2的槽底即為所述中頸3的外徑；所述圓弧型螺旋棱柱5.1的外徑比兩端肩軸I的外徑尺寸大約3?10_ ;所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5可產(chǎn)生螺旋狀紊態(tài)強(qiáng)旋流流動(dòng)，提高了攜巖能力，有效保護(hù)儲(chǔ)層，減少煤儲(chǔ)層坍塌。
[0036]進(jìn)一步地，所述過(guò)渡導(dǎo)流坡面2、入口導(dǎo)流坡面4及出口導(dǎo)流坡面6均采用斜面或圓弧面的表面輪廓，端面厚度均為零，無(wú)凸臺(tái)，有利于順次將入口肩軸1.1、中頸3、圓弧型螺旋棱柱5.1、中頸3、出口肩軸1.2相接處平滑過(guò)渡，降低上返巖屑經(jīng)過(guò)輔助攜巖工具前后的動(dòng)能損耗。
[0037]參見(jiàn)圖2、圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的工作原理:在充氣欠平衡鉆分支井作業(yè)中，水平井段內(nèi)每隔2?3根鉆桿安裝一根輔助攜巖工具，位于井眼J的上井壁A與下井壁B之間，煤層氣開(kāi)采分支井段環(huán)空內(nèi)，巖屑顆粒按箭頭方向經(jīng)巖屑顆粒低速流動(dòng)區(qū)C進(jìn)入巖屑顆粒高速螺旋紊態(tài)流動(dòng)區(qū)D，此時(shí)，所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5周向等間距排列的圓弧型螺旋棱柱
5.1和圓弧型螺旋槽5.2可產(chǎn)生螺旋狀紊態(tài)強(qiáng)旋流流動(dòng)，本輔助攜巖工具所對(duì)應(yīng)的環(huán)空段旋流動(dòng)能約為鉆桿本體對(duì)應(yīng)的環(huán)空段旋流動(dòng)能的3?5倍，增強(qiáng)了液基循環(huán)介質(zhì)旋流動(dòng)能，提高了煤層氣開(kāi)采分支井段環(huán)空的攜巖能力。
[0038]在鉆桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，攜巖工具承載著軸向載荷Ca及扭矩M，所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)5一方面將下環(huán)空低速區(qū)E內(nèi)的巖屑通過(guò)圓弧型螺旋槽5.2低速運(yùn)移攜帶上返至上環(huán)空高速區(qū)F，同時(shí)通過(guò)圓弧型螺旋棱柱5.1將巖屑團(tuán)破碎成細(xì)小巖屑顆粒，減小大顆粒巖屑對(duì)鉆桿表面的沖蝕磨損，提高鉆桿的使用壽命；另一方面通過(guò)圓弧型螺旋槽5.2攜帶分支井段下環(huán)空低速區(qū)E運(yùn)移的巖屑經(jīng)上環(huán)空高速區(qū)F高速運(yùn)移，提高了環(huán)空內(nèi)巖屑運(yùn)移性能。
[0039]而且，在煤層氣作業(yè)起下鉆時(shí)，具有平滑過(guò)渡斜面或圓弧面的入口導(dǎo)流坡面4及出口導(dǎo)流坡面6具有很好的引導(dǎo)作用，提高了鉆具的通過(guò)性能和作業(yè)效率。
[0040]此外，本發(fā)明實(shí)施例還具有的優(yōu)點(diǎn)是:由于在水平井段內(nèi)每隔2?3根鉆桿安裝一根輔助攜巖工具，大幅提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，提高我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性。而且，所述攜巖工具本體尺寸完全按照美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)相應(yīng)鉆桿尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用時(shí)將接頭7通過(guò)螺紋直接連接于鉆桿上，操作方便，適用性強(qiáng)，使用安全性高。
[0041 ] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，其特征在于，所述攜巖工具包括整體成型的本體，所述攜巖工具本體包括肩軸(I)、過(guò)渡導(dǎo)流坡面(2)、中頸(3)、入口導(dǎo)流坡面(4)、螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)(5)、出口導(dǎo)流坡面(6)及接頭(7);所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)(5)設(shè)置在中頸(3)部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，其特征在于，所述攜巖工具本體為一空心圓柱體，外徑為變徑，形成兩端肩軸(I)和中頸(3)，所述兩端肩軸(I)以所述中頸(3)的垂直中心線為基準(zhǔn)而相互對(duì)稱(chēng)，一端為入口肩軸(1.1)，另一端為出口肩軸(1.2)，所述入口肩軸(1.1)和所述出口肩軸(1.2)的中心與所述中頸(3)的中心在同一水平中心線上，所述入口肩軸(1.1)的外端設(shè)置有所述接頭(7);所述入口肩軸(1.D和出口肩軸(1.2)向所述中頸(3)過(guò)渡處設(shè)置有所述過(guò)渡導(dǎo)流坡面(2)，與所述中頸(3)外徑平滑過(guò)渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，其特征在于，所述兩端肩軸(I)的外徑尺寸大于所述中頸(3)的外徑尺寸2-6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，其特征在于，所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)(5)的軸向長(zhǎng)度占據(jù)所述中頸(3)軸向長(zhǎng)度的1/2至2/3，所述中頸(3)剩余軸向長(zhǎng)度在所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)(5)兩側(cè)呈對(duì)稱(chēng)分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，其特征在于，所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)(5)至少包括圓弧型螺旋棱柱(5.1)、圓弧型螺旋槽(5.2);所述圓弧型螺旋棱柱(5.1)與所述圓弧型螺旋槽(5.2)周向上等寬且呈等間距型分布，圓弧型螺旋棱柱(5.1)傾斜角Y為40?60° ;所述圓弧型螺旋棱柱(5.1)為三至七條，按圓周均勻分布在所述螺旋運(yùn)移結(jié)構(gòu)(5)上，所述圓弧型螺旋棱柱(5.1)的起始端設(shè)置有所述入口導(dǎo)流坡面(4)，終止端設(shè)置有所述出口導(dǎo)流坡面出)，均與所述中頸(3)的外徑平滑過(guò)渡；所述圓弧型螺旋槽(5.2)的槽底為所述中頸(3)的外徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于煤層氣開(kāi)采充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，其特征在于，所述圓弧型螺旋棱柱(5.1)的外徑尺寸大于兩端肩軸(I)的外徑尺寸3?10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于煤層氣開(kāi)米充氣欠平衡鉆分支井的輔助攜巖工具，其特征在于，所述過(guò)渡導(dǎo)流坡面(2)、所述入口導(dǎo)流坡面(4)及所述出口導(dǎo)流坡面(6)為斜面或圓弧面。
【文檔編號(hào)】E21B21/00GK103912225SQ201210594221
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】申瑞臣, 夏焱, 袁光杰, 莊曉謙, 付利, 路立君, 董勝祥, 李景翠 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院