CN100449110C - 分支井窗口连接装置及其连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种分支井窗口连接装置及其连接方法及定位重入装置，该分支井窗口定位装置包括位于主井眼中的导向套以及窗口连接器，可以实现分支井窗口机械连接的完整性，在两井眼交叉处提供可靠的机械支撑，隔离能力和连通性，导向套的设置可以实现窗口连接器的自动定位和定向功能，同时能够保证分支井尾管串自动顺利进入分支井眼。本发明通过在窗口连接器中设置主井和分支井重入导向套，进而实现主井和分支井眼的重进入功能。

Description

分支井窗口连接装置及其连接方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，提供一种用于分支井作业中，连接分支井眼与主井眼的分支井窗口连接装置及其连接方法。

背景技术

在进行石油钻井作业中，分支井技术是指在一个主井眼中钻出多个分支井眼，主井眼可以是垂直井、斜井或水平井，可以是新井，也可以是老井。分支井工程的实施可以提高油井的产量，降低成本，特别是在海上平台，可以充分利用海上平台井口槽，从而降低了平台建造费用。目前所使用的分支井技术，对于主井眼与分支井眼的连接，大部分采用的机械连接装置和方法存在操作难度大，工艺复杂的问题。

分支井技术的关键是在两井眼连接处形成一定的机械支撑能力、隔离能力和连通性以及实现主、分支井眼的重进入功能。目前采用的一些连接与重进入技术不能保证窗口连接器的准确定位、窗口准确定向以及分支井尾管顺利进入分支并眼。如美国专利(专利号5944108)所采用的窗口的钩式悬挂器，是靠一个钩子悬挂在主井眼套管的窗口来实现定位，在悬挂前必须要采用陀螺测量钩子和窗口的方向，操作程序较复杂，钩子悬挂的重量有限，还需设置尾管悬挂器，给分支井的作业带来一定的风险。

发明内容

本发明要解决现有技术中存在的窗口连接器定位以及窗口定向不准确的问题，和分支井尾管不能顺利进入分支井的问题，为此本发明提出一种分支井窗口连接装置及其连接方法，可以实现分支井窗口机械连接的完整性，在两井眼交叉处提供可靠的机械支撑，隔离能力和连通性，导向套的设置可以实现窗口连接器的自动定位和定向功能，同时能够保证分支井尾管串自动顺利进入分支井眼。

本发明通过在窗口连接器中设置主井和分支井重入导向套，进而实现主井和分支井眼的重进入功能。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提出一种分支井窗口连接装置，用于主井眼与分支井的连接，包括位于主井眼中的导向套以及窗口连接器，所述的窗口连接器的上部位于导向套的上部，窗口连接器的下部进入分支井中；其中该导向套的中部开设有第一窗口，窗口的下方依次设有弹性元件、第一导向斜面以及第一导向键，窗口的上面依次设有导向键槽以及第二导向斜面；所述窗口连接器的上部设有与所述的导向套的导向键槽以及第一导向斜面配合的第二导向键和第三导向斜面，所述的窗口连接器的中部设有第二窗口；所述的第一窗口与第二窗口的方位一致；窗口连接器中嵌入有重入导向套。

所述的导向键槽上宽下窄；所述导向键槽开设在第一导向斜面上；所述的弹性元件为弹片或弹块。

所述的导向套的第一窗口设置为规则的形状或为由上至下逐渐缩小的形状。

所述的该重入导向套包括主并重入导向套和分支井重入导向套。

所述的主井重入导向套设有一第四导向斜面以及第一弹片，第四导向斜面与弹片之间开设第三窗口，第三窗口的方位与第二窗口一致；其中所述的第四导向斜面与与窗口连接器的底部导向斜面配合。

所述的分支并重入导向套设有第五导向斜面以及两上下设置的第二、第三弹片，所述的第五导向斜面与第三弹片之间上下设置两密封沟槽；所述的第五导向斜面与所述的第三导向斜面配合。

所述第一、第二、第三、第四以及第五导向斜面为螺旋斜面或弧形斜面。

本发明还提出一种分支井窗口连接方法，包括以下步骤：

将导向套的下部放置在斜向器承托定位短节上，使导向套下部的第一导向键和第一导向斜面沿所述斜向器承托定位短节的导向斜面自动导向、定位，为窗口连接器定位定向，并使导向套的窗口方位与主井套管的窗口方位一致；

将窗口连接器的上部坐落在导向套的上方，窗口连接器的上部的第二导向键和第三导向斜面沿导向套上部的第二导向斜面自动导向、定位，并使窗口连接器的方位与导向套的窗口的方位一致；

将窗口连接器的下部放入分支井中。

还包括在窗口连接器中嵌入重入导向套的步骤，为了实现重入功能定位定向，该重入导向套为主井重入导向套或分支井重入导向套。

所述的分支井重入导向套嵌入所述的窗口连接器中，可实现分支井的重进入功能；在实际施工中若需要重进入主井，可将窗口连接器中的分支井重入导向套更换为主井重入导向套，以实现主井的重进入功能。

本发明的技术效果是显著的：本发明的连接装置采用了多次导向定位以保证主井眼与分支井眼的完整准确的连接，具体是：首先采用导向套将分支井尾管串顺利导入分支井中，同时实现分支井窗口连接器的准确定位、定向，而不需要进行陀螺仪测方位；再通过在窗口连接器中安装重入导向套，进行再次导向定位，保证实现重入功能。本发明的装置通过简单的机械结构，解决了现有技术中存在的缺陷，从而减少了分支井的施工程序，减少了施工的技术难度，可有效提高施工的安全性，降低作业成本。

附图说明

图1分支井窗口连接器在主井和分支井安装的示意图。

图2为斜向器承托定位短节结构示意图。

图3为本发明的导向套侧视图。

图4为本发明的导向套的主视图。

图5为本发明所述的窗口连接器的后视图。

图6为本发明所述的窗口连接器的主视图。

图7为本发明的支并重入导向器结构示意图。

图8为本发明的主井重入导向器结构示意图。

图9为斜向器承托定位短节安装于主井套管示意图。

图10为本发明的导向套安装于主井中的斜向器承托定位短节的示意图。

图11为分支井管串及窗口连接器安装示意图。

图12为本发明另一种结构的窗口连接器的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种分支井窗口连接装置，用于主井眼与分支井的连接，参见图1、图3、图4以及图5，该装置包括位于主井眼中的导向套3以及窗口连接器4，所述的窗口连接器4的上部位于导向套3的上部，窗口连接器4的下部进入分支井5中；其中该导向套3的中部开设有第一窗口10，第一窗口10的下方依次设有弹性元件、第一导向斜面8以及第一导向键12，第一窗口10的上面依次设有导向键槽13以及第二导向斜面11；所述窗口连接器4的上部设有与所述的导向套3的导向键槽13以及第二导向斜面11配合的第二导向键15和第三导向斜面14，所述的窗口连接器4的中部设有第二窗口17；所述的第一窗口10与第二窗口17对应的方位一致。

本发明所述的装置在使用中的安装示意图可如图1所示，所述的分支井窗口连接装置用于主井和分支井连接，分支井窗口处的连接主要是通过坐落在主井套管1中的导向套3和窗口连接器4来实现的。该导向套3的下部坐落于斜向器承托定位短节2，本装置的导向套3所预开的窗口与主井套管1开设的窗口设置在相同方位，窗口连接器4的上部坐落于主井套管1内的导向套3的上部，由于该导向套3的设置，实现安装窗口连接器4的定位与定向，窗口连接器4的方位与主套管1的窗口的方位及导向套3的窗口方位一致，窗口连接器4的下部进入分支井5中，进而完成本装置的基本安装，实现分支井窗口的机械连接。

参照图2，图2所示的为斜向器承托定位短节结构示意图，在分支井技术中，斜向器承托定位短节是必需的机构，其中斜向器承托定位短节2下部的卡瓦30的作用是使其与主套管1实现座封，鱼颈槽31、键槽6和导向螺旋斜面7是为后续可回收式斜向器和分支井连接装置的导向套3提供定位、定向的参考基准。

参照图3和图4，该两副图是对本发明所述的分支井连接装置的导向套3作出的侧视以及主视图，该导向套3包括位于下部的第一导向斜面8，位于第一导向斜面8上方的弹性元件，弹性元件上方设有第一窗口10，第一窗口10的上方设有键槽13以及第二导向斜面11，该第一导向斜面8的下方还具有一导向键12。在本发明的实施例中，所述的弹性元件可为一弹片9，也可以采用其他的弹性元件代替；该第一、第二导向斜面也可设置为导向螺旋斜面或弧形斜面。

使用本发明所述的装置时，该导向套3的下部的第一导向斜面8与斜向器承托定位短节2的导向螺旋斜面7配合，导向键12与斜向器承托定位短节2的导向键槽6配合，作为弹性元件的弹片9与斜向器承托定位短节2上的鱼颈槽31配合。

参照图5和图6，该两副图是窗口连接器的主视以及后视图，分支井窗口连接器4的下部设有一第二导向键15及其上方设有的一第三导向斜面14，使用时，该窗口连接器4的下部与分支井中的整个管串连接进入分支井5，其上部的第二导向键15和第三导向斜面14与导向套3的导向键槽13和第二导向斜面11配合，坐定于导向套3上，其窗口连接器的第二窗口17的方位由导向套3的导向键槽13和第二导向斜面11装设的位置所确定，实际上在窗口连接器4的下部还有一导向斜面18以及导向键(图6中未示)，以将主井重入导向套或分支井重入导向套定位于窗口连接器中。在本实施例中，该第三导向斜面14与第一、第二导向斜面一样可为导向螺旋斜面或弧形斜面。

为了实现分支井或主井眼的重进入功能，本发明还设置了重入导向装置，该重入导向装置分为：主井重入导向装置和分支井重入导向装置，具体结构参照图7和图8，可将如图所示的分支并重入导向套20或主井重入导向套29嵌入窗口连接器4，以实现分支井或主井眼的重进入功能；在本实施例中，分支井重入导向套20下部的第五导向斜面18与窗口连接器4下部的导向斜面和导向键配合定位，分支并重入导向套20上部设置有开缝弹片23、22，这两组弹片在定位的时候嵌入窗口连接器4的定位沟槽和防转沟槽，实现分支井重入导向套20在窗口连接器中的导向定位；当分支井重入导向套20嵌入窗口连接器4后，可将窗口连接器的的第二窗口17封闭。分支井重入导向套20的上部设有鱼颈槽24，用于分支井重入导向套20的送入及回收，送入及回收时，一种特制的有缝夹套式打捞工具的弹爪嵌入鱼颈槽24，实现重入导向套20的送入及回收。在弹片22下部设置两组密封沟槽19、21。

在实际施工中若需要重进入主井，可将窗口连接器中的分支井重入导向套更换为主井重入导向套，以实现主井的重进入功能。本发明所述的主井重入导向套29的中部开有窗口27并设有导向面26，其下部设有第四导向斜面25以及一定位键槽35，该导向斜面25以及定位键槽35与窗口连接器下部的导向斜面和定位键配合定位(图中未示)；另外，该主井重入导向套29的上部设有开缝的弹片28，在安装的时候，将弹片28嵌入与窗口连接器4连接的定位沟槽中，实现主井重入导向套29的定位，定位后主井重入导向套29的导向面26和窗口27的方向朝着主井眼，可实现重入主井眼的功能。

在本实施例中，主井以及分支井重入导向套结构中间的导向斜面可为导向螺旋斜面。

参照图9、图10、图11，分支井窗口连接主要工具的施工程序，在分支井开窗侧钻完成后，将可回收式斜向器提出地表，斜向器承托定位短节2则留在井中，下入导向套3，导向套3的导向斜面8与斜向器承托定位短节2的导向斜面7配合，实现导向套的定位与定向，导向套3的窗口32的方向与主套管1窗口的方向一致。导向套3就位后，下入分支井管串和窗口连接器4，窗口连接器4的上部坐落在主井眼的导向套3上，其斜面14与导向套的斜面11配合，实现窗口连接器4的定位与定向，实现窗口连接器4的窗口17与导向套3的窗口10的方向一致，实现主井眼和分支井眼的沟通。

在本发明中，由几次导向定位实现主井与分支井的沟通，主要的方案是：本发明装置中的导向套3的下部坐落于斜向器承托定位短节，保证导向套3的窗口与主井眼套管的窗口方向和位置一致，导向套3上部设置导向斜面和导向键槽，导向键槽具有上宽下窄的特征。在分支井尾管串的最下部是一个固定的弯接头，弯接头上也设置导向键，开窗侧钻完成后，尾管管串下放，在弯接头经过主井套管窗口时，弯接头上的导向键会进入导向套的键槽，引导弯接头及整个尾管串顺利进入分支井；当分支井窗口连接器经过主井套管窗口时，其上的导向键进入导向套3的键槽，引导分支井窗口连接器的窗口与主并套管窗口方向一致，导向键最终坐落在导向套宽键槽的下端，实现分支井窗口连接器的准确定位。分支井窗口连接器的下部连接一旋转接头，这样分支井尾管串窗口连接器的上部管串可以自由旋转，而分支井中的尾管串不旋转，保证了分支井尾管串的安全。

参照图12，为另一种设计形式的窗口连接器，该窗口连接器的上部有一螺旋导向面34，导向套33的窗口36的大小由上至下逐渐缩小，如图的A-A剖面、B-B剖面和C-C剖面。窗口36c的尺寸小于分支井尾管管串最下部套管鞋的直径，尾管管串可顺利导入分支井中。在本发明中，这种导向套的功能与原理与上述实施方式相同，故再此不再赘述。

以上是分支井窗口连接工具的基本结构原理和实施方法，通过该项技术可以实现分支井窗口机械连接的完整性，可实现窗口连接器的自动定位和定向功能，并实现主井和分支井眼的重进入功能。

Claims (10)

1、一种分支井窗口连接装置，用于主井眼与分支井的连接，其特征在于，包括位于主井眼中的导向套、窗口连接器以及重入导向套，所述的窗口连接器的上部位于导向套的上部，窗口连接器的下部进入分支井中；其中该导向套的中部开设有第一窗口，窗口的下方依次设有弹性元件、第一导向斜面以及第一导向键，窗口的上面依次设有导向键槽以及第二导向斜面；所述窗口连接器的上部设有与所述的导向套的导向键槽以及第一导向斜面配合的第二导向键和第三导向斜面，所述的窗口连接器的中部设有第二窗口；所述的第一窗口与第二窗口的方位一致；所述的重入导向套嵌入在窗口连接器中。

2、根据权利要求1所述的分支井窗口连接装置，其特征在于，所述的导向键槽上宽下窄；所述导向键槽开设在第一导向斜面上；所述的弹性元件为弹片或弹块。

3、根据权利要求1所述的分支井窗口连接装置，其特征在于，所述的导向套的第一窗口设置为规则的形状或为由上至下逐渐缩小的形状。

4、根据权利要求1所述的分支井窗口连接装置，其特征在于，所述的重入导向套包括主井重入导向套和分支并重入导向套。

5、根据权利要求4所述的分支井窗口连接装置，其特征在于，所述的主井重入导向套设有一第四导向斜面以及第一弹片，第四导向斜面与弹片之间开设第三窗口，第三窗口的方位与第二窗口一致；其中所述的第四导向斜面与与窗口连接器的底部导向斜面配合。

6、根据权利要求4所述的分支井窗口连接装置，其特征在于，所述的分支井重入导向套设有第五导向斜面以及两上下设置的第二、第三弹片，所述的第五导向斜面与第三弹片之间上下设置两密封沟槽；所述的第五导向斜面与所述的第三导向斜面配合。

7、根据上述任意一权利要求所述的分支井窗口连接装置，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四以及第五导向斜面为螺旋斜面或弧形斜面。

8、一种分支井窗口连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

将导向套的下部放置在斜向器承托定位短节上，使导向套下部的第一导向键和第一导向斜面沿所述斜向器承托定位短节的导向斜面自动导向、定位，为窗口连接器定位定向，并使导向套的窗口方位与主井套管的窗口方位一致；

将窗口连接器的上部坐落在导向套的上方，窗口连接器的上部的第二导向键和第三导向斜面沿导向套上部的第二导向斜面自动导向、定位，并使窗口连接器的方位与导向套的窗口的方位一致；

将窗口连接器的下部放入分支井中；

在窗口连接器中嵌入重入导向套。

9、根据权利要求8所述的分支井窗口连接方法，其特征在于，所述的重入导向套为主井重入导向套或分支井重入导向套，实现重入功能定位定向。

10、根据权利要求9所述的分支井窗口连接方法，其特征在于，所述的分支井重入导向套嵌入所述的窗口连接器中，实现分支井的重进入功能；在实际施工中若需要重进入主井，将窗口连接器中的分支井重入导向套更换为主井重入导向套，以实现主井的重进入功能。

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