超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、煤層氣鉆井設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓水射流徑向水平井是鉆井行業(yè)的前沿技術(shù)，可在0.3m或更小半徑的垂直井段中從垂直轉(zhuǎn)向水平，保證水平井準(zhǔn)確的進入目的層；可在某一深度儲層水平面上鉆多個不同方位的水平井眼，也可在多個不同深度水平面上分別鉆出多個徑向水平井眼，能夠增大泄油面積，提高單井產(chǎn)量、油氣采收率和單井控制儲量。超短半徑水平井鉆井技術(shù)作業(yè)效率高、成本低，適合低滲油氣儲層老油藏的開采，也適合用于煤層氣的開采。
[0003]目前已投入應(yīng)用的徑向井鉆井技術(shù)水平(CN101660391A，CN101748970B)存在水平井段井眼直徑小的缺陷，儲層接觸面積小，難以最大程度發(fā)揮水平井優(yōu)勢，大直徑的徑向水平井技術(shù)(CN2128666Y，CN2615322Y)的井下錨定和轉(zhuǎn)向都存在著不同的缺陷，轉(zhuǎn)向裝置由井口的液壓裝置通過液壓管控制，作業(yè)復(fù)雜，井下工具變換方位困難；錨定器由油管打壓、銷釘控制，作業(yè)程序復(fù)雜，鉆完一個水平井段后必須起出管柱重新裝銷釘才能進行下一個井眼的鉆進，作業(yè)周期長、風(fēng)險大。
[0004]為此，本發(fā)明的設(shè)計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設(shè)計，綜合長期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗和成果，研究設(shè)計出一種超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置及其施工方法，以克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置及其施工方法，使井下管柱的錨定、定向、轉(zhuǎn)向動作均由地面上提、下放和旋轉(zhuǎn)油管柱控制，操作簡單，可一趟組合鉆完所有徑向水平井眼，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置，包括內(nèi)管總成和外管總成，其特征在于:
[0007]所述內(nèi)管總成包含陀螺儀定位短節(jié)、內(nèi)管和轉(zhuǎn)筒總成，所述陀螺儀定位短節(jié)上端端通過螺紋與油管柱相連接，所述陀螺儀定位短節(jié)下端與內(nèi)管相連接，所述內(nèi)管的下端與轉(zhuǎn)筒總成相連接，所述內(nèi)管的中部安裝有支撐體，支撐體與內(nèi)管之間設(shè)置有支撐體壓簧，所述內(nèi)管下部設(shè)定有定位槽；
[0008]所述外管總成包含外管、卡瓦片、摩擦塊和支撐板，外管的上端通過卡瓦鎖定銷鎖定所述卡瓦片的下端，卡瓦片能夠能夠在支撐體的支持下張開，外管的中部安裝有摩擦塊，所述摩擦塊與外管之間安裝有壓簧，所述外管上固定有與所述內(nèi)管上定位槽相配合的定位銷，所述外管的下部聯(lián)接有支撐板。
[0009]其中:所述定位槽包含滑動段和定位段，所述滑動段為一環(huán)形槽，所述定位段包含錐形引導(dǎo)槽和直條槽，所述直條槽設(shè)置于錐形引導(dǎo)槽的下端并與其連通，所述直條槽的一側(cè)連通設(shè)有一斜向上延伸的卡接槽。
[0010]其中:所述陀螺定位短節(jié)和內(nèi)管通過陀螺定位短節(jié)下接頭相聯(lián)接。
[0011]其中:所述外管和支撐板之間通過一活動缸體聯(lián)接，從而使得外管和支撐板通過活動缸體可進行相對轉(zhuǎn)動。
[0012]其中:所述活動缸體上還安裝有補償彈簧以使外管和支撐板可發(fā)生有限制的軸向運動。
[0013]如上任一所述的井底轉(zhuǎn)向裝置的施工方法，包含下述步驟:
[0014]步驟一.連接轉(zhuǎn)向工具，下入管柱至設(shè)計深度，釋放外筒；
[0015]下井之前將外管的定位銷位置處于內(nèi)管定位槽的卡緊槽處，使內(nèi)管和外管在下井過程中處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，按設(shè)計下入至預(yù)計深度，上提內(nèi)管柱，上提高度為C，同時觀察懸重變化，由于摩擦塊作用，當(dāng)懸重稍有增加說明由于內(nèi)管向上運動使定位銷已處于定位槽的直條槽位置，完成外筒釋放；
[0016]步驟二.確定井下方位，下放管柱完成井下工具的錨定和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)向，下陀螺儀測方位；
[0017]步驟三.下入高壓射流鉆具進行徑向水平井鉆進；
[0018]步驟四.上提鉆具完成解鎖、轉(zhuǎn)筒恢復(fù)；
[0019]步驟五.旋轉(zhuǎn)鉆柱，變換井下工具方位，下放鉆具完成錨定和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)向，下陀螺儀測方位，確定方位后下入高壓射流鉆具進行徑向水平井鉆進；
[0020]反復(fù)步驟四和步驟五完成同一水平面多個方位的徑向井鉆進；
[0021]步驟六.上提油管柱完成下一個水平面多個徑向水平井的鉆進；
[0022]步驟七.按設(shè)計完成整個井筒的徑向井鉆進，起出。
[0023]其中:在步驟二中具體過程如下:下放油管柱高度大于b，此時外管與內(nèi)管能相互旋轉(zhuǎn)，下入陀螺儀測方位，旋轉(zhuǎn)油管柱到預(yù)定方位，取出陀螺儀，繼續(xù)下放油管柱距離為a，同時觀察懸重，如果懸重減少說明井下錨定、轉(zhuǎn)向完畢。
[0024]其中:在步驟四中具體過程如下:上提內(nèi)管柱高度等于小于距離a，此過程中支撐體上行，卡瓦片對油管壁的擠壓力逐漸變小直至無作用力，完成解除錨定，懸重恢復(fù)為油管柱+內(nèi)管自重，同時此過程中由于外管相對靜止，支持板也相對靜止，轉(zhuǎn)筒總成在轉(zhuǎn)筒固定銷作用下逐漸從徑向恢復(fù)垂直，完成恢復(fù)。
[0025]其中:在步驟五中具體過程如下:再下入陀螺儀，旋轉(zhuǎn)油管柱到預(yù)計方位，下放內(nèi)管柱長度a，支撐體支撐卡瓦片，同時完成錨定和轉(zhuǎn)筒總成轉(zhuǎn)向，反復(fù)完成同一深度任意方位徑向水平井的鉆進。
[0026]其中:在步驟六中具體過程如下:上提內(nèi)管柱，上提內(nèi)管柱高度為a+b+c，使定位銷處于定位槽的直條槽下端，同時觀察懸重變化，由于摩擦塊作用，當(dāng)懸重大于油管柱+內(nèi)管自重，說明內(nèi)外管同時向上移動，定位銷處于定位槽的直條槽位置，繼續(xù)上提，帶動外筒摩擦塊至預(yù)計深度，下放內(nèi)管柱進行下一個水平面的徑向井作用，反復(fù)完成多個水平面任意多個徑向井的鉆進。
[0027]通過上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明的超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置及其施工方法具有如下效果:
[0028]1、徑向井井眼直徑大，儲層接觸面積大；
[0029]2、通過地面上提、下放和旋轉(zhuǎn)油管柱便能夠控制井下錨定、變換方位和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)向動作，易于操作，工藝簡單；
[0030]3、能夠一趟組合鉆完任意多個不同方位、不同深度的徑向井井眼。
[0031]本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容可通過后述的說明及所附圖而得到。
【附圖說明】
[0032]圖1顯示了本發(fā)明的超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置的示意圖。
[0033]圖2顯示了本發(fā)明中定位槽的放大示意圖。
[0034]附圖標(biāo)記:
[0035]1.油管柱，2.陀螺定位短節(jié)，3.陀螺定位短節(jié)下接頭，4.內(nèi)管上接頭，5.內(nèi)管，6.支撐體，7.卡瓦，8.卡瓦鎖定銷，9.摩擦塊，10.壓簧，11.壓簧螺絲，12.定位銷，13.定位槽，14.活動缸體，15.補償彈簧，16.支持板，17.轉(zhuǎn)筒總成，18.轉(zhuǎn)筒固定銷，19.支撐體壓簧。
【具體實施方式】
[0036]參見圖1，顯示了本發(fā)明的超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置。
[0037]所述超短半徑水平井鉆井用的井底轉(zhuǎn)向裝置包括內(nèi)管總成和外管總成，所述內(nèi)管總成包含油管柱1、陀螺儀定位短節(jié)2、內(nèi)管5和轉(zhuǎn)筒總成17，所述油管柱I的下端可通過所述陀螺定位短節(jié)2連接于內(nèi)管5，所述內(nèi)管5的下端連接于轉(zhuǎn)筒總成，其中，所述陀螺定位短節(jié)2和內(nèi)管5可通過陀螺定位短節(jié)下接頭3相聯(lián)接，可選的是，所述陀螺定位短節(jié)2和內(nèi)管5可通過陀螺定位短節(jié)下接頭3和內(nèi)管5的內(nèi)管上接頭4進行絲扣連接，所述內(nèi)管5的中部安裝有支撐體6，支撐體6與內(nèi)管5之間設(shè)置有支撐體壓簧19，所述內(nèi)管5的下部外緣設(shè)有一定位槽13。
[0038]其中，所述支撐體壓簧19的一端連接于所述內(nèi)管5外緣的一凹陷內(nèi)，另一端連接于所述支撐體6內(nèi)緣的另一凹陷內(nèi)，從而實現(xiàn)彈性連接。
[0039]參見圖2，所述定位槽13的結(jié)構(gòu)可通過特別設(shè)置，有效應(yīng)用于本發(fā)明，其包含滑動段和結(jié)合段，所述滑動段為長度為a的環(huán)形槽C，所述接合段包含長度為b的錐形引導(dǎo)槽和長度為c的直條槽B，所述直條槽B設(shè)置于錐形引導(dǎo)槽的下端并與其連通，其中，所述直條槽B的一側(cè)連通設(shè)有一斜向上延伸的卡接槽A。
[0040]所述外管總成包含外管、卡瓦片7、摩擦塊9和支撐板16，外管的上端通過一卡瓦鎖定銷8鎖定所述卡瓦片7的下端，卡瓦片7的內(nèi)緣可在支撐體6的支持下張開，可選的是，所述支撐體6的外緣形成從下至上的錐形結(jié)構(gòu)，所述卡瓦片7內(nèi)緣為與支撐體6外緣錐形的內(nèi)錐形結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)張開操作，外管的中部安裝有摩擦塊9，所述摩擦塊9的下部通過壓簧螺絲11安裝在外管上，所述摩擦塊9的中部與外管之間安裝有壓簧10，所述壓簧10的一端連接于所述外管外緣的一凹口內(nèi)，另一端連接于所述摩擦塊9內(nèi)緣的另一凹口內(nèi)，從而實現(xiàn)彈性連接。
[0041]所述外管上固定有與所述定位槽13相配合的定位銷12，所述外管的下部聯(lián)接有支撐板16，可選的是，所述外管和支撐板16之間通過一活動缸體14聯(lián)接，從而使得外管和支撐板16可通過活動缸體14進行相對轉(zhuǎn)動，其中，所述活動缸體14上還可安裝有補償彈簧15，所述補償彈簧15使外管和支撐板16發(fā)生有限制的軸向運動。
[0042]下面對本發(fā)明的具體操作過程進行描述:下井之前將外管的定位銷12位置處于內(nèi)管5定位槽13的卡接槽A處，使內(nèi)管5和外管在下入井筒過程中處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，內(nèi)管5下端的轉(zhuǎn)筒總成17通過轉(zhuǎn)筒固定銷18與支持板16相聯(lián)接，轉(zhuǎn)筒總成17和支持板16相對平行，呈向下垂直的狀態(tài)。到達(dá)設(shè)定井深后上提內(nèi)管柱，上提高度為C，同時觀察懸重變化，由于摩擦塊9作用，當(dāng)懸重略大于管柱自重說明由于內(nèi)管5向上運動定位銷