[发明专利]煤层气水平井定向水力喷射工具串及施工方法

说明书

一种煤层气水平井定向水力喷射工具串及施工方法，其特征在于工具串包括依次连接的导锥、筛管、扶正器单流阀、水力锚、封隔器、喷射器、水力偏心定向器、上扶正器、液压丢手和油管，所述水力偏心定向器与喷射器通过固定方式连接，水力偏心定向器的上端和喷射器的下端分别通过上活动轴承和下活动轴承连接于上扶正器和封隔器，偏心定向器在水力作用下，带动喷射器旋转实现定向喷射功能；本发明设计合理、功能齐全，组合系统可靠性、稳定性和安全性较高，能实现管外防窜流和定点压裂功能，还能实现大排量、大孔眼、定方位水力喷砂射孔和大排量、大规模分段压裂施工，适应于固井、非固井等各种复杂条件煤层气水平井施工；具有施工效率高、施工成本低、增产改造范围大、施工成功率高和改造效果好等优点。

技术领域

本发明涉及地面煤层气开发的技术领域，尤其涉及一种煤层气水平井定向水力喷射工具串及施工方法。

背景技术

水平井是实现煤层气快速、高效抽采的一种有效途径，而分段压裂又是水平井增产的一种技术措施，近年来，随着水平井开发煤层气技术的进步，分段压裂水平井开发越来越受到重视。鉴于煤层中钻进的水平井采用下套管不固井的完井方式，常规的射孔弹射孔技术瞬间施工压力高，对生产套管的损害大，而且还会对储层产生压实作用。采用水力喷砂射孔的方式进行射孔施工时，射孔工具和工艺都是沿用石油与天然气行业的连续油管拖动工艺和工具，鉴于煤层与常规油气储层的差异，煤层气井采用清水携砂射孔时，射孔排量小于1.0m3/min，孔径少于12mm，压裂适应排量4-6m3/min左右，喷射器的过砂量较少，还无法实现水力定向射孔功能。连续油管压裂时，由于连续油管的喷射排量小，水力封隔和孔内增压效果差，无法解决定点压裂和管外防串流问题。连续油管外的清水携砂排量也有限制，压裂施工排量小(5m3/min左右)、加砂规模小，煤层压裂改造效果差，难以满足多段、大排量、大规模压裂需要。而且工具外径大，大规模管外加砂安全性差，限制了煤层气分段压裂水平井的规模化推广。

综上所述，目前煤层气水平井分段压裂施工成本高、施工排量小、压裂规模小，无法实现水力定向射孔压裂功能，致使水平井分段压裂改造效果差，难以满足煤层气水平井强化开采的需要。为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤层气水平井定向水力喷射工具串及施工方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤层气水平井定向水力喷射工具串及施工方法，具有压裂施工功能多、施工效率高、施工成本低、稳定性和安全性能高等特点，能实现大排量、大孔眼、定方位水力喷砂射孔和大排量、大规模分段压裂施工，从而提高压裂增产改造范围、压裂施工成功率和压裂改造效果。

为解决上述问题，本发明公开了一种煤层气水平井定向水力喷射工具串，放入水平井中，其特征在于包括依次连接的导锥、筛管、扶正器单流阀、水力锚、封隔器、喷射器、水力偏心定向器、上扶正器、液压丢手和油管，所述水力偏心定向器与喷射器通过固定方式连接，水力偏心定向器的上端和喷射器的下端分别通过上活动轴承和下活动轴承连接于上扶正器和封隔器，偏心定向器在水力作用下，带动喷射器旋转实现定向喷射功能。

其中：所述喷射器的外径设为102mm，其外径尺寸相对缩小后有效提高了环空加砂的安全性，所述喷射器的外表面喷涂有0.5mm厚的硬质合金材料层，以提高本体的耐磨蚀性能，提高环空压裂的过砂量。

其中：所述喷射器设有6个直径为6.5mm的喷嘴，所述喷嘴为圆锥收敛形，其收缩角为50°，喷嘴采用YG6X材料加工；喷嘴与本体连接方式为螺纹连接，提高连接强度和密封性能。

其中：YG6X材料中碳化钨含量为93.5％，密度14.6-15g/cm3，硬度HRC91.7-92.5，抗拉强度1400kN。