油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置及其应用.pdf

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1：

如图1所示，这种油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置主要是由地面高压水系统、钻采打孔机构、套管钻孔机构构成，本实施例中高压流体为高压水，地面高压流体系统采用地面高压水系统，钻采打孔机构和套管钻孔机构均安装在井1内的高压腔内，地面高压水系统与高压腔相通，高压腔由高压钢管2内充装高压水后形成；地面高压水系统由井口、升降扶正机构14、磨料添加装置15、气动泵16构成，升降扶正机构14由内、外两层套管与升降臂构成，升降臂分别与内、外套管连接，升降扶正机构14的套管下端与地面的井口通过气动卡盘卡合，升降扶正机构14的套管上端连接三通式连接件，升降扶正机构14、井口、三通式连接件是相通的；三通式连接件为一段管壁上开孔的圆管，三通式连接件的上端与油田高压注水车连接，油田高压注水车连接油田作业水罐车，三通式连接件另外的一个开口与磨料添加装置15连接，高压水及磨料均经三通式连接件被输送到井下的高压腔内；磨料添加装置15由漏斗与横管构成，磨料添加装置15通过横管连接气动泵16。地面高压水系统通过油田作业水罐车及油田高压注水车将高压水输送至地下提供动力。同时，另外的工程作业车还装有配电柜、电脑、荧光屏，工作人员通过按钮可手动或自动完成水平打井任务。

钻采打孔机构由推动给进机构与高压射流自旋喷头构成，推动给进机构由导向装置、驱动导向块11、导向块10、给进弹簧组7、弹簧组固定座组成。导向装置由“L”型板12、水平推板8及高压腔壁构成，用于安装及定位输送驱动导向块，使驱动导向块11先后按垂直和水平方向运动；“L”型板12的垂直部位与高压腔壁构成垂直的导向槽，“L”型板12的水平部位与安装在其下方的水平推板8构成水平的导孔，驱动导向块11并排放置在导向装置的垂直导向槽中，高压射流自旋喷头9安装在导向装置的水平导孔内，当驱动导向块11在高压水的作用下，下沉到水平导孔时，与高压射流自旋喷头9连接，推动高压射流自旋喷头9沿水平导孔前进。给进弹簧组7、弹簧组固定座安装在导向装置下端的腔室内，即安装在水平推板8与隔离套板6形成的腔室内，给进弹簧组7通过连杆与水平导孔内的驱动导向块11连接，该驱动导向块11嵌入高压射流自旋喷头9的底座中，高压射流自旋喷头9安放在水平推板8上；驱动导向块11为块状物，中间带有通孔，它们并排安装在导向装置垂直的导向槽内，锲形的导向块10固定在高压腔的壁上，驱动导向块11刚好能够通过导向块10的底端，梭子12最上面的驱动导向块11上安装配重滑块13，配重滑块13的长度大于驱动导向块11的长度，小于驱动导向块11的长度与导向块10底截面长度之和，驱动导向块11可以通过导向块10下沉，但导向块10能够阻挡配重滑块13继续下沉；高压射流自旋喷头9，主要切削岩石，完成第二步的钻井工作。

套管钻孔机构的液压马达5与开孔钻头18相连接，液压马达5与压力进给管线17连通，液压马达5固定在可来回移动的液压缸架上，开孔钻头18目的为钻透套管，工作时压力进给管线17中通入高压水；液压缸架为一托板4，托板4内有滑槽，一侧安装在高压腔壁上的滑道与该滑槽滑动连接，托板4向下延伸再水平弯曲后成为一个液压缸3的液压杆，该液压缸3与压力进给管线17连通，这样当液压杆来回运动时，可带动托板4上的液压缸5前进或后退。套管钻孔机构主要完成第一步钻透套管工作。

本实施方式中高压射流自旋喷头9由底座和喷头构成，底座的前端与喷头连接，底座的后端设置有与驱动导向块11相互配合的孔，驱动导向块11可以嵌入该孔中，底座、喷头连接后，中间形成一条水道，当驱动导向块11嵌入底座时，驱动导向块11中间的通孔与底座、喷头中间的水道相对应，喷头中间的水道在靠近喷头的前端的部位形成分支，每一个分支为一条射水孔27，高压水通过这些射水孔激射出强力射流，作用于岩石，将岩石粉碎。喷头中间的水道还有向后的两条分支，高压水通过这两条分支后，能够协助推动高压射流自旋喷头9向前运动。驱动导向块11的前端有密封，它对驱动导向块11与高压射流自旋喷头9的底座进行密封。

本实施例的工作程序如下，升降扶正机构14将地面高压水系统与井口卡住后实施作业。地面高压水系统将高压水提供给套管钻孔机构，同时磨料添加装置15也将磨料提供给套管钻孔机构，液压马达5带动开孔钻头18旋转，开启液压缸3，推动液压马达5与开孔钻头18前进，开孔钻头18在液压马达5与液压缸3的作用下钻透高压钢管2和井套管。液压缸3，托板4可使液压马达5与开孔钻头18前进或后退；液压马达5的主要动力来源为来自压力进给管线17中的高压水。第一阶段开孔钻头18钻透套管后，升降扶正机构14将高压钢管2向下推进至高压射流自旋喷头9到达高压钢管2刚被打出的孔的位置，接着对高压钢管2内高压水加压，高压水推动高压射流自旋喷头9向打井方向伸进。在伸进过程中，高压射流自旋喷头9每前进一单元格，驱动导向块11下降一块。给进弹簧组7与弹簧组固定座也协助推动驱动导向块11与高压射流自旋喷头9前进，待高压射流自旋喷头9前进一单元格，驱动导向块11下落补充预先下落的驱动导向块11。待驱动导向块11完成推进深度，导向块10阻挡配重滑块13继续下沉，钻井工作完成。

实施例2：

图2提供了实施例2的结构示意图，如图所示，本实施例与图1所示的实施例不同之处在于，推动给进机构利用双作用液压缸19与自动换向阀20替换给进弹簧组7、弹簧组固定座，双作用液压缸19的液压杆与水平导孔内的驱动导向块11连接，该驱动导向块11嵌入高压射流自旋喷头9的底座中。其它结构与实施例1相同。

本实施例的工作过程第一阶段与实施例1相同，第二阶段中，由双作用液压缸19与自动换向阀20推动驱动导向块11与高压射流自旋喷头9，利用高压水射流原理，利用高压水冲击岩石，完成钻井工作，其它与实施例1相同。

实施例3：

图3提供了实施例3的结构示意图，如图所示，这种油田井下高压流体驱动的自旋水平打孔装置主要是由地面高压水系统、钻采打孔机构、套管钻孔机构构成。地面高压水系统由井口、升降扶正机构14、磨料添加装置15、水泵22、电磁控制阀21构成，磨料添加装置15通过横管连接水泵22，水泵22连接电磁控制阀21，电磁控制阀21为二位三通电磁阀，电磁控制阀21与来自高压注水车的高压管线连接，水泵22与来自油田作业水罐车的管线连接。

钻采打孔机构由推动给进机构与高压射流自旋喷头构成，推动给进机构由导向装置、驱动导向块11组成。高压射流自旋喷头9由底座和喷头构成，喷头的前端为球形的，底座、喷头卡接后，中间形成一条水道，底座后端设置有垂直的燕尾槽，底座上还设有与驱动导向块11的导管相互配合的水平孔。参阅图6，驱动导向块的后端有燕尾槽，前端有燕尾台；驱动导向块11的通孔25内壁有环形凸台，凸台将通孔分隔为前后两部分，前端的孔内安装有弹簧24，弹簧24连接导管23，导管23可被弹簧24推出通孔25，最上面的驱动导向块11上面设置配重滑块13，此时弹簧24处于受压缩状态，导管23在通孔25内。本实施方式中的套管钻孔机构与实施例1相同。

本实施方式工作时，第二阶段中，高压水推动高压射流自旋喷头9向打井方向伸进。在伸进过程中，高压射流自旋喷头9每前进一单元格，驱动导向块11下降一块，第一块驱动导向块11下降至高压射流自旋喷头9处时，驱动导向块11前端的燕尾台落入高压射流自旋喷头9底座后端的燕尾槽中，导管23在弹簧24的作用下弹出，并进入高压射流自旋喷头9底座的水平孔中，使驱动导向块11、高压射流自旋喷头9自锁在一起，高压水则通过驱动导向块11、高压射流自旋喷头9中间的水道，最后从射水孔27中激射出来，粉碎岩石，打出水平井孔26；当第二块驱动导向块11下降时，第二块驱动导向块11前端的燕尾台落入第一块驱动导向块11后端的燕尾槽中，同时第二块驱动导向块11的导管23在弹簧24的作用下弹出，并进入第一块驱动导向块11的通孔25中，使二块驱动导向块11自锁在一起，其它的驱动导向块11下沉后，连接方式与此相同，这样，各个驱动导向块11被牢固地连接在一起，在高压水的作用下，沿水平方向直行，保证高压射流自旋喷头9打出直的水平井孔。本实施方式的工作状态参阅图4。其它过程与实施例1大致相同。

实施例4：

如图5所示，本实施例由地面高压水系统、钻采打孔机构组成，本实施例与实施例3不同之处在于，本实施例不包括套管打孔机构和升降扶正机构，其它结构与实施例3相同，本实施例对套管的打孔及打水平井孔，均由钻采打孔机构来完成。

本发明中的磨料填加装置为钻采打孔机构和套管钻孔机构提供磨料，以提高钻孔速度，另外，通过填加磨料还可以增大高压腔的压力，降低高压水的生产成本。

上述四个实施例中高压腔中充入的是高压水，本发明的高压腔中还可以充入高压气，高压气由地面高压气系统来提供，利用高压气冲击岩石，完成钻井工作，此时，本发明中的套管钻孔机构的马达应采用气动马达。