CN105507815B - 一种水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头，包括下接头、本体、芯部以及磨头，下接头轴向设有内腔，本体为筒状体，下接头与本体尾部连接；芯部设有轴向通孔，芯部设在本体内，芯部扩径段与套在外部的本体形成间隙配合，芯部的尾部与下接头或本体的空腔构成轴向密封滑动配合，芯部的端部与磨头连接；磨头端部为圆锥形，磨头设有前、后方向的喷射孔，喷射孔与磨头内部的空腔连通；本体和芯部均设有径向分布的直孔，本体直孔与本体内腔连通，芯部直孔与芯部通孔连通。本发明进行喷射钻进时，开泵，磨头高速旋转并产生高压水射流，对岩层进行喷射，同时，磨头在自牵引力作用下向前运动，当喷射井眼达到设计要求深度时，作业结束。

Description

一种水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头

技术领域

本发明涉及井下钻孔作业工具领域，特别涉及一种适用于径向钻孔套管开窗的水力驱动高压旋转磨头。

背景技术

水力喷射径向钻孔技术是利用专用的磨铣钻头将套管钻穿，再使用高压水射流在油层的不同方向及不同深度喷射，从而钻出多个水平的小直径井眼。可以增加井眼在油藏中的长度、扩大泄油面积、提高采收率；可重复利用上部井段、降低钻井成本；可降低油井管理和环境保护等费用。水力喷射径向钻孔技术对油气井增产、特别是老井挖潜改造具有重要意义。

利用水力喷射径向钻孔技术进行作业时，需要先对目的层套管进行开窗，将套管钻穿。首先将转向器用油管下到目的层位置，锚定，再利用连续油管将马达、万向轴及磨铣钻头下入，通过转向器，使磨铣钻头垂直于套管壁，开泵，马达把扭矩通过万向轴传递到钻头，开始磨铣套管，直至将套管磨穿。将套管钻穿后，起出马达、万向轴以及磨铣钻头，使用连续油管下入高压软管及喷嘴，喷嘴通过转向器后，顺利进入已磨穿的孔眼内，开泵，利用高压水射流喷射破岩。同时，高压软管在喷嘴产生的自牵引力作用下向前运动，当喷射井眼达到设计要求深度时，作业结束。

在水力喷射径向钻孔施工作业时，由于常用的套管开窗磨铣钻头是连接在万向轴上的，万向轴是柔性轴，磨铣钻头工作时径向以及轴向的摆动较大，不能有效定心，工作条件恶劣，因而其钻穿套管用时较长，效率不高。而且在钻穿套管过程中，经常发生钻头蹩停从而导致钻头切削刃崩裂以及钻头断裂的情况。另外，现有技术对于判断是否钻穿套管没有直观的办法，常依靠操作人的经验进行主观判断，准确性难以确定，对作业效率带来较大影响。

中国专利披露了一种水力喷射径向钻孔套管开窗专用钻头（专利号201220264177.9），包括钻头本体，所述钻头本体靠近末端的外圆柱面上设有由易磨削材料制成的指示螺钉，所述指示螺钉突出钻头本体外圆柱面。其在钻头本体末端圆柱面上加装了突出于本体外圆的指示销钉，通过它来判断开窗是否成功。采用此种结构，在使用连续油管下入的过程中，指示销钉容易被碰断，导致无法对开窗成功进行准确判断。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的磨铣钻头磨铣效率不高、容易蹩停及断裂的情况，以及套管开窗成功与否难以直观判断的不足，提供一种水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头。该磨头不仅能提高套管开窗的效率，避免蹩停及断裂，而且能直观的判断套管开窗是否成功；不仅能够应用于磨铣套管，而且可以用于喷射钻进。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头，包括下接头、本体、芯部以及磨头。其中：下接头轴向设有内腔，本体为筒状体，下接头与本体尾部连接；芯部设有轴向通孔，芯部中间段设有扩径段，芯部设在本体内，芯部扩径段与套在外部的本体形成间隙配合，芯部的尾部与下接头或本体的空腔构成轴向密封滑动配合，芯部的端部从本体端部伸出后与磨头连接，且芯部与本体的端部结合面密封配合；磨头端部为圆锥形，磨头与芯部连接处设有与芯部通孔贯通的内腔，磨头设有前、后方向的喷射孔，喷射孔与磨头内部的空腔连通；本体和芯部均设有径向分布的直孔，本体直孔与本体内腔连通，芯部直孔与芯部通孔连通。

上述方案还包括：本体由两部分连接组成，在两部分的结合处形成一道斜面，芯部扩径段的前端面有斜面，与本体内腔前端斜面配合。磨头表面覆盖硬质合金、高速钢或其他硬质材料，磨头上向后方向的喷射孔为多个，并采用偏心斜向分布。

采用本发明进行径向钻孔套管开窗时，不需要使用万向轴，使用高压软管连接下接头即可。本发明作业时，不需使用万向轴，因而没有轴向的摆动，可以有效定心，切削更稳定。同时没有万向轴，也就消除了因万向轴磨损甚至断裂而导致的切削效率降低，安全性差的问题。磨头为锥形的结构，相比普通钻头，其切削平稳，不易磨损，效率高，可靠性好。

磨头刚开始磨铣套管，磨铣出孔眼以及磨穿套管这一过程中，泵压变化显著且有规律，泵压呈先不变，后显著上升，再稳定，最后显著下降然后稳定的趋势，从而可以轻易判断开窗成功。与常用的钻穿显示环、钻穿显示销钉相比，判断更加快速、准确可靠，不会增加套管开窗作业的成本，简便易行。

采用本发明用于喷射破岩时，使用高压软管连接下接头，将磨头下入，通过转向器后，顺利进入已磨穿的孔眼内，开泵，在水力的作用下，磨头开始高速旋转，向前的斜孔产生高压水射流，对岩层进行喷射，同时，磨头在向后的斜孔产生的自牵引力作用下向前运动，当喷射井眼达到设计要求深度时，作业结束。

附图说明

图1是本发明的第一种实施例结构图；

图2是本发明的第二种实施例结构图。

图中1.下接头，2.本体，3.芯部，4.磨头，5.本体的直孔，6.芯部的直孔，7.前喷射孔，8.后喷射孔，9.本体前档。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

如图1所示为一种水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头，包括下接头1、本体2、芯部3以及磨头4四部分。本体2内腔可以容纳芯部3，本体2表面有径向分布的直孔5与本体2内腔相通，下接头1与本体2通过螺纹连接在一起，下接头1内部有一个空腔，可以容纳芯部3的尾部，芯部3可以在这个空腔中活动，芯部3中部是圆柱形，表面光滑，与本体2内腔相配合，芯部3内部有通孔，表面有径向分布的直孔6，与内部通孔连通，前部通过螺纹与磨头4连接在一起，两者可以通过下接头1内部空腔的空间与下接头1发生相对运动，磨头4为圆锥形，表面覆盖硬质合金、高速钢或其他硬质材料，表面有向后方向斜喷射孔8和向前方的直喷射孔，与磨头4内部的空腔连通，斜喷射孔8偏心设置在磨头柱体部分的外周边。

实施例2

如图2所示为另一种水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头，包括下接头1、本体2、芯部3以及磨头4四部分。本体2由筒体和本体前挡9两部分组成，两部分由螺纹连接在一起，在两部分的结合处形成一道凹槽，本体2内腔可以容纳芯部3，本体2表面有垂直的直孔5与本体2内腔相通，下接头1与本体2通过螺纹连接在一起，下接头1内部有一个空腔，可以容纳芯部3的尾部，芯部3可以在这个空腔中活动，芯部3中部是圆柱形，表面光滑，与本体2内腔相配合，在圆柱形的前端面有斜面，与本体2内腔的斜面相配合，芯部3内部有通孔，表面有直孔6，与内部通孔连通，前部通过螺纹与磨头4连接在一起，两者可以通过下接头1内部空腔的空间与下接头1发生相对运动，磨头4为圆锥形，表面覆盖硬质合金、高速钢或其他硬质材料，表面有向后方向斜喷射孔8和向前方的直喷射孔，与磨头4内部的空腔连通，斜喷射孔8偏心设置在磨头柱体部分的外周边。

采用本发明进行径向钻孔套管开窗时，首先开泵，在水力的作用下，芯部3和磨头4在下接头1内部空腔中整体向前运动，使磨头4与套管壁接触，芯部3表面的直孔排水使芯部3与本体2下端之间形成的的空腔处产生压降，将芯部3与磨头4整体相对本体2向后推动，通过本体2与芯部3之间的间隙泄压，压降降低，芯部3与磨头4又在水力作用下向前运动，这样就产生一个动平衡，使得芯部3与磨头4相对于本体2浮动。与此同时磨头4向后方的斜孔向斜后方喷水，在水的反作用力下产生向前的推力以及沿磨头4径向方向的旋转扭矩，磨头4开始高速旋转并压在套管壁上，通过磨头4表面的硬质材料对套管壁进行磨铣。此时泵压无变化。当磨头4将套管壁钻出孔眼且达到一定直径及深度后后，磨头4上的向前的孔眼受到套管壁的阻碍，使得泵压升高，这时磨头4对钻穿的孔眼进行扩大，直至磨穿套管壁。磨穿套管壁后，磨头4上向前的孔眼畅通，使得泵压下降，恢复到正常值，从而可以判断开窗成功。

采用本发明用于喷射破岩时，使用高压软管连接下接头1，将磨头4下入，通过转向器后，顺利进入已磨穿的孔眼内，开泵，在水力的作用下，磨头4开始高速旋转，向前的斜孔产生高压水射流，对岩层进行喷射，同时，磨头4在向后的斜孔产生的自牵引力作用下向前运动，当喷射井眼达到设计要求深度时，作业结束。

本发明并不仅限于上述实施例，例如，磨头可以是其他形状，可以使用钻头进行替换，磨头上的向后及向前的斜孔角度可以在大于90度小于180度之间任意选择，个数可以任意选择。凡是在本发明公开的技术方案基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性劳动就可以对其中的技术特征作出替换以及变形，这些替换和变形均在本发明保护的范围内。

Claims (3)

1.一种水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头，包括下接头、本体、芯部以及磨头，其特征是：下接头轴向设有内腔，本体为筒状体，下接头与本体尾部连接；芯部设有轴向通孔，芯部中间段设有扩径段，芯部设在本体内，芯部扩径段与套在外部的本体形成间隙配合，芯部的尾部与下接头或本体的空腔构成轴向密封滑动配合，芯部的端部从本体端部伸出后与磨头连接，且芯部与本体的端部结合面密封配合；磨头端部为圆锥形，磨头与芯部连接处设有与芯部通孔贯通的内腔，磨头设有前、后方向的喷射孔，喷射孔与磨头内部的空腔连通；本体和芯部均设有径向分布的直孔，本体直孔与本体内腔连通，芯部直孔与芯部通孔连通。

2.根据权利要求1所述的水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头，其特征是：本体由两部分连接组成，在两部分的结合处形成一道斜面，芯部扩径段的前端面有斜面，与本体内腔前端斜面配合。

3.根据权利要求1或2所述的水力驱动的套管内径向钻孔高压旋转磨头，其特征是：磨头表面覆盖硬质合金、高速钢或其他硬质材料，磨头上向后方向的喷射孔为多个，并采用偏心斜向分布。