[发明专利]一种过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用的煤层气开采钻进方法

权利要求书

1.一种过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用的煤层气开采钻进方法，其特征在于：所述方法是以过热液体为钻进的作业介质，将作业介质的温度和压力调节至满足完全闪沸喷射条件温度和压力范围内，然后输送至闪沸喷射钻头即进行钻进作业，使过热液体闪沸产生的气液两相多级脉动冲击和热应力作用于目标煤层，实现破煤钻进；

所述完全闪沸喷射条件温度范围是通过过热液体的饱和蒸汽压力P_s、井底环空压力P_a和无量纲参数P_a/P_s1计算获得。

2.根据权利要求1所述的过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用的煤层气开采钻进方法，其特征在于：所述闪沸喷射钻头通过如下方式设计：根据作业介质破煤门限压力P₀确定作业介质压力范围P＞P₀，确定闪沸喷射钻头的破煤喷嘴布置间距d₁、偏转角α以及喷嘴喉部直径d_t，以控制多孔闪沸喷射羽流相互作用程度，满足闪沸喷射作用面积与所需钻孔直径相匹配且冲击力均衡。

3.根据权利要求1或2所述的过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用的煤层气开采钻进方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)作业介质选取：选取物理化学性质稳定、无燃烧爆炸危险性、饱和蒸汽压符合使用条件，且不与目标储层矿物发生反应的作业介质，包括但不限于液态二氧化碳、液氮；

(2)环境参数获取：从地面向目标地层钻进主井以及水平导向孔，监测并记录井底环空压力P_a、温度T_a以及水平导向孔的直径；

(3)闪沸喷射钻头设计：根据所选作业介质破煤门限压力P₀确定作业介质压力范围P＞P₀，确定闪沸喷射钻头的破煤喷嘴布置间距d₁，偏转角α，以及喷嘴喉部直径d_t；确定原则是：对于同一种过热液体，多孔闪沸喷射羽流相互作用程度随着破煤喷嘴布置间距d₁及偏转角度α的增大而减弱，随着破煤喷嘴个数的增加而增强，冲击均衡性与羽流相互作用程度呈正相关关系；

(4)确定作业介质温度和压力范围，满足冲击均衡性：将作业介质饱和蒸汽压记为P_s，根据无量纲数P_a/P_s1确定所需液体饱和蒸汽压范围P_s＞P_a，通过查表得到该饱和蒸汽压所对应的温度范围T＞T₀，此时温度和压力分别为P₀和T的液体即为过热液体；为提高冲击均衡性，将喷嘴喉部作业介质比体积记为v_t，井底环控中作业介质比体积记为v_a，两个间隔最远喷嘴出口圆心距离记为d₂，根据计算得到d_c，冲击均衡性由参数控制，当D_n≥1时射流为完全闪沸状态，此时羽流之间表现为剧烈相互作用，冲击力均衡性最好，v_a可通过井底环空压力P_a、温度T_a查表得到，即此时P_t可通过P₀、喷嘴喉部直径d_t由经验公式计算得到，通过查表可得临界温度值T₁，此时温度范围T＞T₁＞T₀，由此确定作业介质温度T＞T₁和压力范围P＞P₀；

(5)将闪沸喷射钻头从井筒输送至目标储层中预先钻好的水平导向孔内部；

(6)过热液体制备：通过增压泵将作业介质加压至所需压力P＞P₀并输送至温度控制系统，通过温度控制系统将作业介质加热至T＞T₁温度范围，得到过热液体，储存在缓冲罐内；

(7)闪沸喷射钻进作业：将过热液体输送至闪沸喷射钻头，进行闪沸喷射钻进作业。

4.如权利要求3所述的过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用的煤层气开采钻进方法，其特征在于，在步骤(7)的作业过程中，通过步骤(4)中给出的温度计算标准调整过热液体温度T＞T₁，优化冲击力均衡性和钻进效率关系。