處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置及鉆井方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置及鉆井方法，涉及用夾帶或不夾帶彈丸的液體或氣體噴射鉆井裝置技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括轉(zhuǎn)換接頭和鉆頭本體，轉(zhuǎn)化接頭內(nèi)設(shè)有分流通道和金屬過濾膜，鉆頭本體內(nèi)設(shè)有中心流道、加熱腔、熔化腔、側(cè)向噴嘴等。分流通道、熔化腔、側(cè)向噴嘴依次聯(lián)通，側(cè)向噴嘴出口位于鉆頭本體側(cè)壁。加熱腔將熱量傳遞到熔化腔，易熔材料微粒在熔化腔內(nèi)被加熱融化從側(cè)向噴嘴噴出，在井壁上形成一層易熔材料硬殼。所述裝置能夠在鉆進(jìn)作業(yè)的同時隨鉆進(jìn)行地層水的封堵，在鉆穿出水地層后即可停止泵入易熔材料，能夠有效地減少建井周期，節(jié)約成本，可廣泛應(yīng)用于氣體鉆井作業(yè)。
【專利說明】
處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置及鉆井方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用夾帶或不夾帶彈丸的液體或氣體噴射鉆井裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置及鉆井方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的油氣勘探開發(fā)已經(jīng)從以前的整裝大油氣田、中高滲均質(zhì)砂巖等良好的勘探開發(fā)條件，轉(zhuǎn)移到復(fù)雜的中小油氣田、斷塊油氣田、低壓低滲低產(chǎn)能、老油田改造、復(fù)雜儲層條件、難動用儲量、非常規(guī)油氣等惡劣的勘探開發(fā)條件，嚴(yán)重的制約了油氣的高效勘探開發(fā)進(jìn)程。氣體鉆井作為一種欠平衡鉆井方式，能夠有效地保護(hù)儲層，實(shí)現(xiàn)高效、及時、準(zhǔn)確的勘探發(fā)現(xiàn)，尤其是與特殊軌跡井相結(jié)合時可以達(dá)到增產(chǎn)和提高采收率的目的。氣體鉆井技術(shù)由于其能夠提高機(jī)械鉆速(4-14倍)、延長鉆頭的使用壽命(2-6倍)、防止井漏的發(fā)生，同時能夠改善工作條件減少環(huán)境污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了迅速的發(fā)展，開始作為實(shí)用化的工業(yè)技術(shù)被全國性的規(guī)模應(yīng)用。
[0003]然而，在實(shí)際的氣體鉆井施工過程中也存在著一些問題，主要表現(xiàn)為:I)地層出水。地層出水可能導(dǎo)致裸眼井段粘土礦物水化膨脹，造成井眼的縮徑或井壁坍塌；同時環(huán)空上返巖肩遇水后易聚并成團(tuán)，影響井眼凈化效果，嚴(yán)重時甚至堵塞環(huán)空通道誘發(fā)卡鉆等井下復(fù)雜情況。2)井壁失穩(wěn)。由于井筒中的有效“液柱”壓力較低，對地層壓力的控制能力降低，支撐井壁防止其坍塌的能力較差。
[0004]目前，處理地層出水及井壁失穩(wěn)的主要方法是:I)當(dāng)?shù)貙映鏊枯^小時，可將氣體鉆井轉(zhuǎn)化為霧化、泡沫鉆井，將地層水?dāng)y帶至地面，但會在井場產(chǎn)生大量的穩(wěn)定泡沫，造成環(huán)境污染；當(dāng)?shù)貙映鏊枯^大時候，將氣體鉆井轉(zhuǎn)化為充氣鉆井或常規(guī)鉆井液進(jìn)行鉆井，但機(jī)械鉆速會大幅降低，嚴(yán)重時會產(chǎn)生井漏及其他井下復(fù)雜。2)如中國專利CN102278068A公告的《一種處理氣體鉆井過程地層出水的方法》所述的向井筒中吹入吸水材料的方法。由于環(huán)空返速較高，吸水材料會迅速通過出水地層，吸水效果無法保證;吸水材料吸水后的重量數(shù)倍于自身的重量，會增加井筒攜巖難度，影響井眼凈化效果。3)如中國專利CN103527137A公告的《一種增加井壁穩(wěn)定性的方法》所述的在井壁上噴膠的方法。在鉆遇出水地層后需要重新起鉆更換鉆頭進(jìn)行噴膠，噴膠完成后仍需起鉆更換鉆頭方可鉆進(jìn)，會導(dǎo)致鉆時增加，影響經(jīng)濟(jì)效益;在起下鉆的過程中進(jìn)入井筒的地層水有可能會引起井下復(fù)雜情況的發(fā)生。
[0005]綜上所述，氣體鉆井技術(shù)在油氣勘探中有著無可比擬的優(yōu)勢，但地層出水及井壁穩(wěn)定問題制約了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，解決氣體鉆井過程中的地層出水和井壁穩(wěn)定是目前急需解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置及鉆井方法，所述裝置的結(jié)構(gòu)簡單，通過所述裝置可以有效的處理氣體鉆井過程中的出水問題，增加裸眼井段的井壁穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)安全、高效、快速的鉆井作業(yè)，達(dá)到增產(chǎn)和提高采收率的目的。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)換接頭和鉆頭本體，所述轉(zhuǎn)換接頭的上端設(shè)有用于與上部鉆具連接的螺紋，所述轉(zhuǎn)換接頭的下端與所述鉆頭本體螺紋連接，所述轉(zhuǎn)換接頭的內(nèi)部設(shè)有貫穿轉(zhuǎn)換接頭上下側(cè)面的氣體流道，所述轉(zhuǎn)換接頭的側(cè)壁上設(shè)有若干個與所述氣體流道相連通的分流通道，所述分流通道的進(jìn)口位于所述轉(zhuǎn)換接頭的內(nèi)壁上，所述分流通道的出口位于轉(zhuǎn)換接頭的下側(cè)面上，傳輸電纜設(shè)置在所述轉(zhuǎn)換接頭的內(nèi)部，且傳輸電纜的上端與轉(zhuǎn)換接頭外側(cè)的導(dǎo)電環(huán)連接，傳輸電纜的下端延伸至轉(zhuǎn)換接頭外，過濾膜位于分流通道進(jìn)口下側(cè)的轉(zhuǎn)換接頭內(nèi)壁上；
[0008]所述鉆頭本體的內(nèi)部設(shè)有中心流道，所述中心流道與所述氣體流道相連通，中心流道底部的鉆頭本體上設(shè)有與中心流道相連通的底部中心噴嘴，中心流道與鉆頭本體的側(cè)壁之間從內(nèi)到外依次設(shè)有環(huán)形加熱腔和環(huán)形熔化腔，所述環(huán)形熔化腔的底部設(shè)有若干個斜向下穿透鉆頭本體側(cè)壁的側(cè)向噴嘴，分流通道、熔化腔、側(cè)向噴嘴依次連通，所述環(huán)形加熱腔內(nèi)設(shè)有若干個電加熱組件，傳輸電纜的下端與所述電加熱組件電連接。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述分流通道設(shè)有四條，且其橫截面為圓形。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述過濾膜為半球形金屬過濾膜，分流通道的進(jìn)口軸線與過濾膜的頂面相切，出口軸線與轉(zhuǎn)換接頭的底面垂直，分流通道的總過流面積為氣體流道過流面積的1/4。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述鉆頭本體上部的外徑大于鉆頭本體下部的外徑，鉆頭本體的上部外壁沿周向均勻設(shè)有4條螺旋形導(dǎo)流槽。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述中心流道底部的鉆頭本體上還設(shè)有與中心流道相連通的底部側(cè)噴嘴。
[0013]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述環(huán)形加熱腔的頂部設(shè)有隔熱絕緣體，底部鋪設(shè)有隔熱材料，兩側(cè)壁鋪設(shè)有等靜壓石墨材料構(gòu)成的導(dǎo)熱元件，所述傳輸電纜的下端經(jīng)隔熱絕緣體后與所述電加熱組件電連接，所述導(dǎo)熱元件與電加熱組件接觸。
[0014]本發(fā)明還公開了一種使用所述氣體鉆井裝置進(jìn)行鉆井的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟:
[0015]I)正常地層鉆進(jìn)時，與常規(guī)氣體鉆井工具相同，向鉆桿中栗入氣體；
[0016]2)當(dāng)?shù)孛鏅z測裝置檢測到地層出水之后，向鉆桿中栗入含有易熔材料微粒的混合氣體，當(dāng)混合氣體經(jīng)過過濾膜時，大部分氣體進(jìn)入中心流道，少部分氣體連同被過濾膜擋住的易熔材料微粒進(jìn)入分流通道，落入熔化腔；
[0017]3)開啟電加熱組件，電加熱組件產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱元件將相鄰的熔化腔加熱，落入熔化腔中的易熔材料微粒被融化，在空氣的壓力作用下從側(cè)向噴嘴噴出，在鉆頭本體外壁的擠壓作用下在井壁形成一層易熔材料硬殼；
[0018]4)當(dāng)鉆穿出水地層之后，停止栗入易熔材料，關(guān)閉電加熱組件，轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)氣體鉆井模式繼續(xù)鉆進(jìn)。
[0019]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:I)本發(fā)明所述裝置通過易熔材料造壁能夠有效的對地層水進(jìn)行封堵，避免地層出水引起的井下復(fù)雜，有利于提高鉆井速度；同時易熔材料硬殼具有一定的強(qiáng)度，能夠支撐井壁，保持井壁穩(wěn)定，增加氣體鉆井過程中的安全性。2)本發(fā)明能夠在鉆進(jìn)作業(yè)的同時隨鉆進(jìn)行地層水的封堵，不起鉆、不停鉆，減少建井周期;在鉆穿出水地層后即可停止栗入易熔材料，關(guān)閉電加熱組件，節(jié)約鉆井成本。3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，正常鉆進(jìn)與造壁鉆進(jìn)切換方便，利于推廣使用。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0021 ]圖1是本發(fā)明所述裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明所述裝置中鉆頭本體的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明所述裝置中轉(zhuǎn)換接頭的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]其中:1、轉(zhuǎn)換接頭;2、過濾膜;3、分流通道;4、鉆頭本體;5、導(dǎo)熱元件;6、側(cè)向噴嘴；
7、隔熱材料;8、導(dǎo)電環(huán);9、傳輸電纜；10、隔熱絕緣體；11、熔化腔；12、電加熱組件；13、加熱腔;14、底部側(cè)噴嘴;15、底部中心噴嘴;16、導(dǎo)流槽、17、中心流道18、氣體流道。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0027]如圖1-3所示，本發(fā)明公開了一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，主要包括轉(zhuǎn)換接頭I和鉆頭本體4。轉(zhuǎn)換接頭I的上端與上部鉆具組合通過螺紋進(jìn)行連接，轉(zhuǎn)換接頭I的下端與鉆頭本體4螺紋連接。轉(zhuǎn)換接頭I內(nèi)部中空為氣體流道18，氣體流道18中部加工有弧頂向上的半球形金屬過濾膜2，流道外壁與轉(zhuǎn)換接頭I側(cè)壁之間加工有4組橫截面為圓形的分流通道3，分流通道3的入口軸線與所述過濾膜2頂面相切(保證進(jìn)入鉆桿中的易熔材料只進(jìn)入分流通道3 )，分流通道3的出口軸線與轉(zhuǎn)換接頭I底面垂直，分流通道3的總過流面積一般為氣體流道18過流面積的1/4，傳輸電纜9置于轉(zhuǎn)換接頭I的側(cè)壁上，其上端延伸至所述轉(zhuǎn)換接頭外與導(dǎo)電環(huán)8連接，下端穿過轉(zhuǎn)換接頭形成自由端。
[0028]鉆頭本體4上部的外徑大于鉆頭本體4下部的外徑，鉆頭本體4上部外壁沿周向均勻加工有4條螺旋形導(dǎo)流槽16，作為井底巖肩的上返通道。鉆頭本體4內(nèi)部加工有中心流道17，中心流道17底部加工有底部中心噴嘴15和底部側(cè)噴嘴14，底部噴嘴出口位于鉆頭本體4底面；中心流道17與鉆頭本體4側(cè)壁之間從外向內(nèi)加工有上下等尺寸的環(huán)形熔化腔11和上部開口尺寸大于下部開口尺寸的環(huán)形加熱腔13。熔化腔11底部加工有4條側(cè)向噴嘴6，側(cè)向噴嘴6的出口設(shè)在鉆頭本體4的側(cè)面，分流通道3、熔化腔11、側(cè)向噴嘴6依次連通;工作時，中心流道17為氣體流道，分流通道3為混有易熔材料的氣體流道。加熱腔13頂部設(shè)有隔熱絕緣體10，底部鋪設(shè)隔熱材料7，兩側(cè)壁鋪設(shè)有等靜壓石墨材料組成的導(dǎo)熱元件5，導(dǎo)熱元件5與電加熱組件12接觸，傳輸電纜9下端的自由端穿過所述隔熱絕緣體1后與所述電加熱組件12電連接。
[0029]使用所述裝置鉆井的過程中，在鉆遇出水地層后，開啟電加熱組件12，同時將易熔材料微粒栗入鉆桿內(nèi)部，由于所述過濾膜2的存在，使得易熔材料只能從分流通道3進(jìn)入熔化腔11，易熔材料在熔化腔11內(nèi)部被加熱腔13加熱改變相態(tài)從側(cè)向噴嘴6噴出，在鉆頭本體4外壁的擠壓作用下，在井壁上形成一層易熔材料硬殼，達(dá)到防止地層出水，保持井壁穩(wěn)定的目的。
[0030]相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了一種使用所述氣體鉆井裝置進(jìn)行鉆井的方法，所述方法包括如下步驟:
[0031]I)正常地層鉆進(jìn)時，與常規(guī)氣體鉆井工具相同，向鉆桿中栗入氣體；
[0032]2)當(dāng)?shù)孛鏅z測裝置檢測到地層出水之后，向鉆桿中栗入含有易熔材料微粒的混合氣體，當(dāng)混合氣體經(jīng)過所述過濾膜2時，大部分氣體進(jìn)入中心流道17，少部分氣體連同被所述過濾膜2擋住的易熔材料微粒進(jìn)入分流通道3，落入熔化腔11;
[0033]3)開啟電加熱組件12，電加熱組件12產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱元件5將相鄰的熔化腔11加熱，落入熔化腔11中的易熔材料微粒被融化，在空氣的壓力作用下從側(cè)向噴嘴6噴出，在鉆頭本體4外壁的擠壓作用下形成一層易熔材料硬殼；
[0034]4)當(dāng)鉆穿出水地層之后，停止栗入易熔材料，關(guān)閉電加熱組件12，工具轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)氣體鉆井模式繼續(xù)鉆進(jìn)。
[0035]本發(fā)明所述裝置通過易熔材料造壁能夠有效的對地層水進(jìn)行封堵，避免地層出水引起的井下復(fù)雜，有利于提高鉆井速度；同時易熔材料硬殼具有一定的強(qiáng)度，能夠支撐井壁，保持井壁穩(wěn)定，增加氣體鉆井過程中的安全性。本發(fā)明能夠在鉆進(jìn)作業(yè)的同時隨鉆進(jìn)行地層水的封堵，不起鉆、不停鉆，減少建井周期;在鉆穿出水地層后即可停止栗入易熔材料，關(guān)閉電加熱組件，節(jié)約鉆井成本。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，正常鉆進(jìn)與造壁鉆進(jìn)切換方便，利于推廣使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)換接頭(I)和鉆頭本體(4)，所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的上端設(shè)有用于與上部鉆具連接的螺紋，所述轉(zhuǎn)換接頭的下端與所述鉆頭本體(4)螺紋連接，所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的內(nèi)部設(shè)有貫穿轉(zhuǎn)換接頭(I)上下側(cè)面的氣體流道(18)，所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的側(cè)壁上設(shè)有若干個與所述氣體流道(18)相連通的分流通道(3)，所述分流通道(3)的進(jìn)口位于所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的內(nèi)壁上，所述分流通道(3)的出口位于轉(zhuǎn)換接頭(I)的下側(cè)面上，傳輸電纜(9)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)換接頭(I)的內(nèi)部，且傳輸電纜(9)的上端與轉(zhuǎn)換接頭(I)外側(cè)的導(dǎo)電環(huán)(8)連接，傳輸電纜(9)的下端延伸至轉(zhuǎn)換接頭(I)夕卜，過濾膜(2)位于分流通道(3)進(jìn)口下側(cè)的轉(zhuǎn)換接頭(I)內(nèi)壁上； 所述鉆頭本體(4)的內(nèi)部設(shè)有中心流道(17)，所述中心流道(17)與所述氣體流道(18)相連通，中心流道(17)底部的鉆頭本體(4)上設(shè)有與中心流道(17)相連通的底部中心噴嘴(15)，中心流道(17)與鉆頭本體(4)的側(cè)壁之間從內(nèi)到外依次設(shè)有環(huán)形加熱腔(13)和環(huán)形熔化腔(U)，所述環(huán)形熔化腔(11)的底部設(shè)有若干個斜向下穿透鉆頭本體(4)側(cè)壁的側(cè)向噴嘴(6)，分流通道(3)、熔化腔(11)、側(cè)向噴嘴(6)依次連通，所述環(huán)形加熱腔(13)內(nèi)設(shè)有若干個電加熱組件(12)，傳輸電纜(9)的下端與所述電加熱組件(12)電連接。2.如權(quán)利要求1所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述分流通道(3)設(shè)有四條，且其橫截面為圓形。3.如權(quán)利要求2所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述過濾膜(2)為半球形金屬過濾膜，分流通道(3)的進(jìn)口軸線與過濾膜(2)的頂面相切，出口軸線與轉(zhuǎn)換接頭(I)的底面垂直，分流通道(3)的總過流面積為氣體流道(18)過流面積的1/4。4.如權(quán)利要求1所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述鉆頭本體(4)上部的外徑大于鉆頭本體(4)下部的外徑，鉆頭本體(4)的上部外壁沿周向均勻設(shè)有4條螺旋形導(dǎo)流槽(16)。5.如權(quán)利要求1所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述中心流道(17)底部的鉆頭本體(4)上還設(shè)有與中心流道(17)相連通的底部側(cè)噴嘴(14)。6.如權(quán)利要求1所述的處理地層出水穩(wěn)定井壁的氣體鉆井裝置，其特征在于:所述環(huán)形加熱腔(13)的頂部設(shè)有隔熱絕緣體(10)，底部鋪設(shè)有隔熱材料(7)，兩側(cè)壁鋪設(shè)有等靜壓石墨材料構(gòu)成的導(dǎo)熱元件(5)，所述傳輸電纜(9)的下端經(jīng)隔熱絕緣體(10)后與所述電加熱組件(12)電連接，所述導(dǎo)熱元件(5)與電加熱組件(12)接觸。7.—種使用如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述氣體鉆井裝置進(jìn)行鉆井的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟: 1)正常地層鉆進(jìn)時，與常規(guī)氣體鉆井工具相同，向鉆桿中栗入氣體； 2)當(dāng)?shù)孛鏅z測裝置檢測到地層出水之后，向鉆桿中栗入含有易熔材料微粒的混合氣體，當(dāng)混合氣體經(jīng)過過濾膜(2)時，大部分氣體進(jìn)入中心流道，少部分氣體連同被過濾膜擋住的易熔材料微粒進(jìn)入分流通道(3)，落入熔化腔(11); 3)開啟電加熱組件(12)，電加熱組件(12)產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱元件(5)將相鄰的熔化腔(11)加熱，落入熔化腔中的易熔材料微粒被融化，在空氣的壓力作用下從側(cè)向噴嘴(6)噴出，在鉆頭本體(4)外壁的擠壓作用下在井壁形成一層易熔材料硬殼； 4)當(dāng)鉆穿出水地層之后，停止栗入易熔材料，關(guān)閉電加熱組件(12)，轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)氣體鉆井模式繼續(xù)鉆進(jìn)。
【文檔編號】E21B33/13GK105952416SQ201610439231
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】王國華, 秦大偉, 熊繼有, 鄧麗
【申請人】西南石油大學(xué)