钻采领域的八个专利

燕山大学石油工程系钻采领域的八个专利1、液化氮气在油气层内气化压裂方法，申请（专利）号：201110361327.82、钻柱减振-避振器，申请（专利）号：201110361339.03、预弯曲连续油管，专利号：ZL201020237813.X4、钻井用井底负压发生器，申请号：201210264775.05、井筒内燃烧稠油降粘装置及方法，申请号：20131029780296、重力推靠式垂直钻井防斜装置，申请号：201310350057X7、重力指向式垂直钻井防斜装置，申请号：20131035185548、旋转导向钻井系统偏重式稳定平台，申请号：2013103502772李子丰燕山大学专利液化氮气在油气层内气化压裂方法申请号：201110361327.8申请日：2011-11-15发明人：李子丰燕山大学石油工程系1、专利背景本专利适用于渗透率较低的油气层，如当前的能源生产的重点和热点——页岩气藏。开发页岩气必须进行大规模压裂。当前最常用的是水力压裂，水力压裂可实现大规模压裂效果，但面临粘土水化膨胀和部分地区水资源短缺的问题。水平井技术.页岩气开发核心技术压裂技术燕山大学石油工程系2、专利内容液化氮气气化压裂技术采用临界点为126.2K，3390kPa，三相点为63.15K，12.46kPa的液化氮气作为压裂液。压裂过程中，用隔热油管将液化氮气压入储层，在地面或井下关井、焖井。1-套管，2-隔热油管，3-射孔，4-裂缝，5-封隔器液化氮气气化压裂方法示意图燕山大学石油工程系2、专利内容液氮注入地层，同周围环境有温度差。首先，在地层中出现一个冷源，周边岩石遇冷体积收缩，同时，极低的温度也会使岩石变脆，这两方面因素叠加就会使岩石中产生一些微裂缝，天然裂缝也有一定程度的开启。随着液氮不断的吸热，到达一定阶段，液氮气化为氮气，氮气气化量增加并在地层温度环境下膨胀，使得裂缝在一定程度上得以扩展。燕山大学石油工程系2、专利内容该压裂过程是以下四个压裂效应共同作用的结果：液氮压力压裂将液氮以远远超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起高压，当此压力超过井壁处地应力及岩石抗张强度，地层中将形成裂缝。岩石收缩压裂液氮具有极低的温度，地层中的岩石遇液氮后受冷收缩，岩石间的裂缝扩大。岩石脆变压裂岩石在超低温环境下脆变，更易产生裂纹，甚至发生脆性断裂。氮气膨胀压裂氮气压缩系数大，膨胀能力强，弹性能量大。液氮转变为气态并在地层温度环境下体积会膨胀，在此过程中对周围岩石做功，使得裂缝在一定程度上得以扩展。燕山大学石油工程系3、专利优势与现有压裂技术，特别是目前最成功的大规模水力压裂技术相比，液化氮气气化压裂技术具有以下优势：(1)不受水资源限制；(2)没有粘土水化膨胀问题；(3)不污染储层；(4)没有环境污染，没有腐蚀，安全性好；(5)可实现大规模压裂；(6)裂隙方向受地应力影响较小；(7)氮气压缩系数大，膨胀能力强，弹性能量大，可以作为压裂用理想流体；(8)气源丰富，价格低廉，也可采用现场制氮注氮设备直接在现场从空气中获取压裂用液氮，省去压裂液运输环节；(9)除应用于页岩气开发外，还可以考虑用于煤层气、致密砂岩气以及低渗油藏的开发；(10)不在法国等法律限制之列。燕山大学专利钻柱减振-避振器申请号：201110361339.0申请日：2011-11-15发明人：李子丰12346785916156145134101112燕山大学石油工程系1、技术背景为了减小钻柱振动，常规的措施是在钻柱中间安装减振器。现在钻井工程中广泛使用二种减振器。一种是液压减振器，其主要结构是一个环形油缸和一个环形活塞，油缸中充满液压油，当钻头纵向振动时，液压减振器轴向载荷发生变化，环形油缸中的液压油被压缩或体积膨胀，从而吸收或释放钻柱振动的能量。另一种是弹簧减振器，其原理是增加钻柱的弹性。无论是液压减振器还是弹簧减振器，或是二者的组合，将它们接入钻柱内后，仅改变了钻柱系统的固有频率，既不隔断振动也很少吸收振动。简单地使用它们，对钻井作业益处有限。在转盘转速一定的情况下，减振器的作用只是将共振井深由一个深度调节到了另一个深度，共振仍不可避免。在某些情况下，减振器甚至会增加钻柱的振动。燕山大学石油工程系1、技术背景本发明的目的是针对现有液压减振器和弹簧减振器技术的不足，以及为了减小钻柱振动、防止钻柱共振，延长钻具和钻头的使用寿命，提高钻井速度，提供一种能够自动判别钻柱的共振状态、改变钻柱弹性、使钻柱脱离共振的钻柱减振-避振器。燕山大学石油工程系2、发明内容当钻柱处于共振状态时，如果改变钻柱的弹性，钻柱就可能脱离共振状态。钻柱减振-避振器就是检测钻柱共振状态和使钻柱脱离共振状态的工具。钻柱减振-避振器内含有检测钻柱纵向振动的单元；当判断钻柱处于共振状态时，转换液压腔与气室的阀门开关状态；改变钻柱减振-避振器的弹性；进而改变整个钻柱的弹性；使钻柱脱离共振状态。钻柱减振-避振器可以减小钻柱的振动和应力，提高钻具的使用寿命，降低钻井成本。12346785916156145134101112燕山大学石油工程系3、分析示例利用钻柱防共振分析软件，在钻速110转/分时，使用钻柱减振-避振器前后，钻柱的振动状态。明显可以看出，钻柱减振避振器使钻柱避开共振区，脱离了共振状态。燕山大学专利预弯曲连续油管专利号：ZL201020237813.X申请日：2010-6-25发明人：李子丰燕山大学石油工程系1、技术背景目前，全世界连续油管装备与技术正大量投入到油气田现场应用。连续油管作业设备由于其诸多优势被喻为“万能作业设备”。然而,由于连续油管工作条件复杂，在作业过程中要承受弯曲、拉伸以及内压等应力的共同作用，极易发生疲劳断裂，工作寿命短，作业成本高,从而使其推广应用受到了很大限制。在作业数量不大的情况下，每台作业机平均每年都要消耗4000m左右的连续管。据国外资料，世界上每年连续管的用量近5×106m。预弯曲连续油管是应用于石油与天然气工程领域中的一种弯曲的连续油管。通过降低连续油管在卷盘内和通过导轨时的弯曲应力，提高连续油管的使用寿命。燕山大学石油工程系2、发明内容目前，从工厂中生产出来的新连续油管在自然状态下都是直的（图1）。将连续油管制造成弯曲形状（图2），就可以降低连续油管在卷盘内和通过导轨（图3）时的弯曲应力。这种结构的连续油管无论是卷在卷盘内时，还是通过连续油管导轨时，其弯曲应力都比直连续油管的弯曲应力小很多，大幅度提高了连续油管的使用寿命。导轨连续油管图3连续油管与导轨图1直连续油管图2预弯曲连续油管燕山大学石油工程系3、预弯曲连续油管寿命预测基于对称循环和脉动循环下的疲劳实验数据，用拟合法和插值法建立了任意循环下预弯曲连续油管的疲劳寿命预测模型。理论计算表明：在纯弯曲条件下，预弯曲连续油管的疲劳寿命是直连续油管疲劳寿命的2倍以上；预弯曲连续油管技术可成倍提高连续油管的疲劳寿命。1.李子丰，李雪娇，王鹏.预弯曲连续油管及其疲劳寿命预测[J].石油学报，2012,33(4):142-146.2.ZifengLi,XuejiaoLi,PengWang.PrebendingCoiledTubingandItsFatigueLifePrediction[J].JournalofEnergyResourcesTechnology,2012,……燕山大学专利钻井用井底负压发生器申请号：201210264775.0申请日：2012-07-30发明人：李子丰1235467燕山大学石油工程系1、技术背景在石油、天然气和地质钻井过程中，井筒内的钻井液压强造成的压持效应，极大地降低了钻进速度。井底钻井液压强越大，钻速越慢；井底钻井液压强越小，钻速越高。为了提高钻进速度，采用了欠平衡钻井技术、充气钻井技术、泡沫钻井技术、气体钻井技术。这些钻井技术虽然有效地提高了钻速，但也有地面设备复杂、井壁稳定困难和地层压力控制困难等问题。以液体泥浆为循环介质的常规钻井技术，具有设备相对简单、井壁稳定性好、井控容易、钻柱磨损较轻等优点，如果能在井底产生负压，降低钻井液的压持效应，将提高钻进速度和有效地降低钻井成本。燕山大学石油工程系2、发明内容本发明的目的是针对现有以液体泥浆为循环介质的常规钻井技术，以减少钻头处的钻井液压持效应为目的，根据射流泵的工作原理，提供一种能够降低井底钻井液压强的井底负压发生器。要实现井底局部负压，井底负压发生器必须具备三个功能：（1）将环空分为上部环形空间和井底环形空间两个压强区；（2）井底环形空间压强低于上部环形空间压强，且流体从井底环形空间流向上部环形空间；（3）有钻进功能。12379156145134101112456816燕山大学专利井筒内燃烧稠油降粘装置及方法申请号：2013102978029申请日：2013.07.16发明人：李子丰1234561110978燕山大学石油工程系1、技术背景稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。通常把地面密度大于943kg/m3、地下粘度大于50mPa.s的原油叫稠油。因稠油粘度较大，难于流动，给井筒举升带来了严重的困难。许多油田的稠油可以从油层中流入井筒，但在由井底流向井口的过程中，由于温度降低，稠油变稠，甚至失去流动性。为此，井筒内稠油降粘是稠油开采的关键之一。目前，井筒内稠油降粘的方法主要有物理法、化学法。由于化学法有药剂用量大、对油品污染大等缺点，工业应用比较多的是物理法。燕山大学石油工程系1、技术背景物理降粘方法主要有：加热法、掺稀法。常用的加热方法有电加热法和热汽循环法。电加热法就是在油管上缠绕电阻丝，通过电流使油管升温，让油管内的稠油保持良好的流动性；它的优点是简单、易行，缺点是耗电太多、经济性差。热汽循环法就是通过在井筒内循环热蒸汽给稠油加热的方法；该方法需要较大的地面蒸汽发生设备。掺稀法就是通过油管向井下注入稀油等有机溶剂，并与稠油混合，然后将混合液采出；它的优点是简单、易行，缺点是耗高品质稀油太多，有可能出现采出的混合油的价值还没有注入的稀油的价值高的情况。燕山大学石油工程系2、发明内容本发明的目的在于提供一种结构简单、能耗低、能有效降低稠油粘度的井筒内稠油降粘装置及方法。本发明的装置主要包括壳体、点火器及温度测量传感器、连接电线，涡轮发电机、蓄电池和点火控制装置，其中在壳体上部设有中心通道，该通道内设有同轴线的涡轮发电机，在壳体底部设有空腔，该空腔内装有充电蓄电池和单片机点火控制装置，该蓄电池和点火控制装置通过电线与上述涡轮发电机连接。在壳体壁内部设有与上述通道轴线平行的U形通道，在该U形通道的上开口上面的壳体上设有点火器及温度测量传感器，该U形通道与上述涡轮发电机的出气口相连。上述点火器及温度测量传感器通过电线与上述电池及点火控制装置连接。1234561110978燕山大学石油工程系2、发明内容使用时，将上述装置连接到油管的底端，使油管腔与该装置的中心通孔相对应，点火器位于油管外侧，该装置随油管下入并淹没在井筒套管内的稠油中；从地面施加压力往油管中注入氧化剂即空气、氧气或液氧，氧化剂驱动涡轮发电机发电为蓄电池及点火控制装置提供电力后，从U形通道口喷出，点火器点燃氧化剂与稠油的混合物形成火焰，将稠油加热降粘。通过点火器上的温度测量传感器，可以测定燃烧温度，如果测得的温度在火焰燃烧的范围内，则表示燃烧正常；如果测得的温度低于火焰燃烧的温度，则表示火焰已经熄灭，需要重新点燃。1234561110978燕山大学石油工程系2、发明内容该方法直接燃烧部份稠油以加热剩余部分稠油，效率达100%。此外，燃烧的气体混入稠油中，还降低了井筒中流体的压力梯度，具有气举的作用。通过调整氧化剂的注入量，可以调节加温后的稠油的温度和粘度。本发明与现有技术相比具有如下优点：（1）结构简单、紧凑、体积小、具有稳定性和耐久性。（2）有效地升高稠油的温度和降低稠油的粘度，并基本保持稠油品质。（3）不需要外部燃料、稀油或化学处理剂；（4）稠油温度可控、耗电少、热效率高。1234561110978燕山大学专利重力推靠式垂直钻井防斜装置申请号：20131035