CN101629472B - 径向水平井套管开孔工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向水平井套管开孔工艺。该工艺首先将转向器(1)螺纹连接在油管(7)下端下放到指定深度的套管开孔处；然后在地面完成钻头(2)、活节钻轴(3)、小螺杆(4)及连续管(5)的下部钻具组合连接，沿油管内部下放到转向器(1)的通道内，当开孔钻头(2)顶到套管后，小螺杆(4)的“u”型引鞋正好坐入转向器(1)顶端的“n”型坐键装置上，形成双向坐键，连续管钻机与高压泵车、水罐相连，形成一个完整的水力动力供给体系，从而实现了套管径向开孔。该新工艺可以实现5¹/₂″套管内开孔，孔眼直径φ30mm，形状规则，套管开孔后，可实施后期的油层喷射钻进。

Description

径向水平井套管开孔工艺

技术领域：

本发明涉及油田钻井领域中一种套管开孔方法，尤其是一种径向水平井套管开孔工艺。

背景技术：

径向水平井是指在直井的套管内壁沿径向在同一个油层或不同油层内钻出一个或数个不同方位的辐射状水平井眼。套管开孔工艺技术是径向水平井施工中的一项关键技术。目前的套管开孔工艺技术施工难度大、工作量大、成本高，施工后开孔形状不规则，无法达到预期的效果。出现该现象的主要原因是开孔工艺存在以下缺点：

(1)采用水力开孔时，开孔喷嘴在高压水流的反作用力下出现回缩，无法与套管壁紧密接触，而且水力开孔施工后的开孔形状不规则，高压水流也会对转向器造成冲蚀；

(2)机械式开孔通常适用于转向器曲率半径较大的情况，曲率半径过小，钻头及其上部连接的机构通过困难或不能通过，即使能通过，摩阻也会较大，造成扭矩变大，在套管上开孔比较困难。

发明内容：

为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种径向水平井套管开孔工艺，该新工艺在很大程度上减小了钻头及其上部连接机构通过转向器时所受的阻力，钻头很容易通过转向器直接作用在套管上，并且转动钻头时，摩擦扭矩较小，提高了上部动力源的使用效率，实现了在套管上径向开孔，克服了套管内壁径向机械开孔的难题，同时钻头所钻出的窗口形状规则，开孔后便于后期的喷射钻进。

本发明所采用的技术方案是：首先，将转向器螺纹连接在油管下面下放到指定深度的套管开孔处；然后在地面完成钻头、活节钻轴、小螺杆及连续管的下部钻具组合连接，沿油管内部下放到转向器的通道内，当开孔钻头顶到套管内壁后，小螺杆的“u”型坐键槽正好坐入转向器顶端的“n”型坐键装置上，形成双向坐键。连续管钻机与高压泵车、水罐相连，形成一个完整的钻井液供给体系，高压泵车从水罐内抽取清水，以1L/S的流量注入连续管内，进入与其相连的小螺杆内，使得小螺杆带动下部连接的活节钻轴和钻头以140-160r/min高速旋转，在小螺杆及连续管自重的作用下，进行切削套管作业，从而实现了套管径向开孔。

上述的转向器为分体结构，内部有“倒问号”型通道，转向器上端内固定有小螺杆定位座，小螺杆定位座的上部为坡面，坡面的上端为坐键，小螺杆定位座的下部外壁上有与坡面相连通的坐键槽。

上述的小螺杆下端外壁螺纹连接小螺杆引鞋，小螺杆引鞋的下部为与小螺杆定位座的坡面相吻合的斜面，斜面下端为与小螺杆定位座的坐键槽相配合的引鞋坐键，小螺杆引鞋的上部外壁有与斜面相连通的引鞋坐键槽，引鞋坐键槽与小螺杆定位座的坐键相配合，从而实现双坐键。

上述的活节钻轴由链节结构，由若干活节铰接而成。

本发明具有如下有益效果：本发明克服了以往工艺的缺点，钻头及活节钻轴能够轻易地通过转向器，降低了活节钻轴与转向器之间的摩阻，提高了对上部螺杆动力的使用效率，钻头在小螺杆提供的动力下在套管上容易钻出形状规则的孔眼。

附图说明：

图1是本发明所用钻具的结构示意图；

图2是图1中转向器的结构示意图；

图3是图1中小螺杆引鞋的主视图；

图4是图3的附视图；

图5是图3的右视图；

图6是图1中小螺杆定位座的主视图；

图7是图6的附视图；

图8是图6的右视图；

图9是图1中活节钻轴在转向器内的结构示意图。

1-转向器，2-钻头，3-活节钻轴，4-小螺杆，5-连续管，6-“倒问号”型通道，7-油管，8-小螺杆定位座，9-坡面，10-坐键槽，11-小螺杆下端引鞋，12-斜面，13-引鞋坐键，14-活节，15-引鞋坐键槽，16-坐键。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

该径向水平井套管开孔工艺首先将转向器1螺纹连接在油管7下面下放到指定深度的套管开孔处；然后在地面完成钻头2、活节钻轴3、小螺杆4及连续管5的下部钻具组合连接，沿油管内部下放到转向器1的“倒问号”型通道6内，当开孔钻头2顶到套管内壁后，小螺杆4的“u”型坐键槽正好坐入转向器1顶端的“n”型坐键装置上，形成双向坐键。连续管钻机与高压泵车、水罐相连，形成一个完整的钻井液供给体系，高压泵车从水罐内抽取清水，以1L/S的流量注入连续管内，进入与其相连的小螺杆4内，使得小螺杆4带动下部连接的活节钻轴3和钻头2以140-160r/min高速旋转，在小螺杆4及连续管5自重的作用下，进行切削套管作业，从而实现了套管径向开孔。

转向器1为分体结构，内部有“倒问号”型通道6，采取了“倒问号”的轨迹形式，实现了径向井在垂直状态下向水平方向施工的要求。同时充分优化了整个轨迹的设计，使得轨迹更加规则、圆滑。降低了活节软轴在轨迹中的摩擦阻力，使得钻进过程中降低切削过程需要的轴向力。转向器1上端内固定有小螺杆定位座8，小螺杆定位座8与小螺杆4下端的小螺杆引鞋11相对应，小螺杆定位座8的上部为坡面9，坡面9与小螺杆引鞋11上的斜面12相吻合。小螺杆及连续管的下部钻具组合连接，沿油管内部下放到转向器的通道内，当开孔钻头顶到套管内壁后，小螺杆引鞋11上的斜面12与小螺杆定位座8的坡面9相吻合，小螺杆引鞋11的引鞋坐键13插入小螺杆定位座8的坐键槽10内，小螺杆定位座8的坐键16插入小螺杆引鞋11的引鞋坐键槽15内，形成双向坐键，起到了横向固定螺杆的作用，提高了小螺杆4输出扭矩和输出转速。

小螺杆4为开孔动力源，上部与连续管5连接，通过连续管5为小螺杆4输送动力水源，从而实现了对钻头2开孔的动力供给；小螺杆通过提高输出扭矩和输出转速，带动下部活节钻轴3和钻头2，高速旋转切削套管，使钻头2完成套管开孔作业。

活节钻轴3用来连接小螺杆4和开孔钻头2，传导动力源。活节钻轴3采取了链节方式，由若干活节14铰接而成。从而提高了钻轴的灵活性，增强了钻轴的柔性，且刚度不失，满足套管开孔的要求。与以往的结构相比，其链节方式由于柔性大，通过转向器1弯角处活节钻轴3灵活性更强，大大降低了钻头通过转向器的阻力，使钻头很容易通过转向器。钻头转动时，活节钻轴由于柔性大，在转向器内塑性变形小，从而与转向器1之间的作用力变小，进而摩阻变小，从而提高了对上部小螺杆4动力的使用效率。

该技术已经取得试验成功，在试验过程中泵车以1.04L/S的流量泵入清水，清水通过连续管直接作用于特制小螺杆上，螺杆产生156r/min的输出转速，带动下部活节钻轴和钻头高速旋转切削套管，经过大约9分钟左右切削，成功钻穿壁厚7.72mmφ139.7mm的J-55套管。

Claims (2)

1.一种径向水平井套管开孔工艺，首先，将转向器(1)螺纹连接在油管(7)下端下放到指定深度的套管开孔处；然后在地面完成钻头(2)、活节钻轴(3)、小螺杆(4)及连续管(5)的下部钻具组合连接，沿油管内部下放到转向器(1)的通道内，当开孔钻头(2)顶到套管内壁后，小螺杆(4)下端的“u”型引鞋正好坐入转向器(1)顶端的“n”型坐键装置上，形成双向坐键；连续管钻机与高压泵车、水罐相连，形成一个完整的钻井液供给体系，高压泵车从水罐内抽取清水，通过高压泵车以  1L/S的流量注入连续管内，进入与其相连的小螺杆(4)内，使得小螺杆(4)带动下部连接的活节钻轴(3)和钻头(2)以140-160r/min的转速旋转，在小螺杆(4)及连续管(5)自重作用下，进行切削套管开孔作业，从而实现套管径向开孔；其中转向器(1)为分体结构，内部有“倒问号”型通道(6)，转向器(1)上端内固定有小螺杆定位座(8)，小螺杆定位座(8)的上部为坡面(9)，坡面(9)的上端为坐键(16)，小螺杆定位座(8)的下部外壁上有与坡面(9)相连通的坐键槽(10)；其中小螺杆(4)下端外壁螺纹连接小螺杆引鞋(11)，小螺杆引鞋(11)的下部为与小螺杆定位座(8)的坡面(9)相吻合的斜面(12)，斜面(12)下端为与小螺杆定位座(8)的坐键槽(10)相配合的引鞋坐键(13)，小螺杆引鞋(11)的上部外壁有与斜面(12)相连通的引鞋坐键槽(15)，引鞋坐键槽(15)与小螺杆定位座(8)的坐键(16)相配合，从而实现双坐键。

2.根据权利要求1所述的径向水平井套管开孔工艺，其特征在于：活节钻轴(3)为链节结构，由若干活节(14)铰接而成。 

Images