CN102704840A

CN102704840A - 自推式径向水平井转向装置

Info

Publication number: CN102704840A
Application number: CN2012101564549A
Authority: CN
Inventors: 周卫东; 王瑞和; 师伟; 李罗鹏
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明涉及一种自推式径向水平井转向装置，适用于石油、天然气和煤层气钻井以及储层改造领域；包括换向阀、行程开关、活塞缸体组件、自动夹紧机构、接头以及转向轨道。其特征在于：所述换向阀由阀体、阀芯组成；所述行程开关包括位于活塞杆上端的流道和填块；所述活塞缸体组件主要由缸体、活塞、翼板和限位槽组成；所述自动夹紧机构包括弹簧、小活塞、橡胶块以及压帽，在活塞下行送进时，自动抱紧高压钻管，反之则松开；所述接头的作用是连接活塞和自动夹紧机构所处的高压腔室，其上面的两个流道控制送进速度；所述转向轨道为高压钻管在套管内转向提供通道，避免了套管段铣和扩孔的复杂工艺，降低作业风险，可有效增加水平段长度。

Description

自推式径向水平井转向装置

技术领域：

本发明涉及一种自推式径向水平井转向装置，适用于石油、天然气和煤层气钻井以及储层改造，提高油气和煤层气产量领域。

背景技术：

老油田进入开发后期，开采稠油、薄油层以及低渗透油层等难动用储量是挖潜、稳产的关键；另外，由于我国煤层气储层的低压、低渗和低吸附气饱和度的特性，煤层气井的日产量低、递减速度快也已成为亟待解决的问题。径向水平井技术是水平井提高原油和煤层气采收率和产量深入发展的产物。其显著特点在于：有效增加油气和煤层气储层的泄露面积，单井产量高；同时，径向水平段长度大，扩大油气和煤层气的渗流面积，降低油气和煤层气的渗流阻力，大大提高单井产量和最终采收率。传统的径向水平井技术需要套管段铣和大直径扩孔等复杂工艺，导致作业成本增加；在径向水平钻进过程中，高压钻管弯曲转向困难，水平段长度达不到预定深度，增产效果不明显。

发明内容：

本发明的目的：提供一种自推式径向水平井转向装置，用于将高压钻管在套管内实现由垂直到水平的顺利转向，同时提供高压钻管水平段前进所需的动力，实现径向水平段的不断延伸，达到设计深度。

本发明的特征：一种自推式径向水平井转向装置，包括换向阀(1A)、行程开关(2B)、活塞缸体组件(3C)、自动夹紧机构(4D)、接头(5E)以及转向轨道(6F)。其特征在于：所述换向阀(1A)由阀体(3)、阀芯(4)组成，对活塞(9)上下端面的高压和低压进行实时切换；所述行程开关(2B)包括两个位于活塞杆上端的流道(5)和流道(6)、填块1(7)以及填块2(8)，实现对孔N₂、孔A₂、孔O₂以及孔D₂两两之间有选择地连通；所述活塞缸体组件(3C)主要由缸体(11)、活塞(12)和限位槽(13)组成；所述自动夹紧机构(4D)包括弹簧(14)、小活塞(15)、橡胶块(18)以及压帽(19)，在活塞将要下行送进时，自动抱紧高压钻管，活塞将要恢复原来位置时，松开高压钻管；所述接头(5E)的作用是连接活塞(10)和自动夹紧机构(4D)所处的腔室，其上面的两个流道(16)的直径大小控制着高压钻管的送进速度；所述转向轨道(6F)为高压钻管的顺利弯曲转向提供通道，并保证高压钻管水平进入油气或煤层气储层。

本发明的优点：使高压钻管可以直接在套管内完成由垂直方向到水平方向的弯曲转向，避免了传统径向水平井所需的套管段铣和扩孔等复杂工艺，降低了作业成本；同时，为高压钻管的弯曲转向以及径向水平段的延伸提供持续的动力，使其顺利通过转向器，并且有效增加径向水平段长度。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明A-A向剖视图。

图3为本发明换向阀的剖视图。

图4为本发明自动夹紧机构的剖视图。

图5为本发明换向阀中阀芯的剖视图。

具体实施方式：

在附图中，转向装置通过接头2与油管进行连接。在装置本体上开有长方形的深槽20，以安放换向阀和连接孔A₁和孔A₂、出口B₁和孔B₂、出口C₁、孔C₂和孔C₃、孔D₁和孔D₂、进口N₁和孔N₂的高压软管。在活塞缸体组件3C中，迷宫密封9保证流道6和流道7在分别连通孔N₂和孔D₂、孔A₂和孔O₂时相互之间不产生干扰。位于活塞杆下端的三个翼板和缸体内壁上对应的三个限位槽，保证活塞在往复运动过程中，不发生旋转，使活塞杆上端的流道5和流道6与孔N₂、孔A₂、孔O₂、孔D₂在活塞的往复运动中始终处于同一平面内，而不发生旋转。其中，孔C₃和孔C₂同时与换向阀的出口C₁相连通。当自动夹紧机构4D处于高压腔室时，液压力推动小活塞15克服弹簧14的弹力，挤压橡胶18发生弹性变形抱紧高压钻管1，在活塞10向下移动的同时，实现对高压钻管1的送进；当自动夹紧机构4D处于低压腔室时，六个小活塞15在弹簧14的作用下使橡胶18松开高压钻管1，并随活塞10复位至初始位置。接头5E上的两个流道16控制着自动夹紧机构4D向下移动过程中的送进速度。

当进行径向水平钻进作业时，通过接头2上端的油管扣与油管连接后下入到预定位置。然后在油管内部下入高压钻管1至转向轨道入口处，同时向高压钻管1和高压钻管1与油管之间的环空泵入高压流体。流体先进入进口N₁，然后通过孔N₁和孔N₂之间的高压软管，在填块1上的半环形流道的作用下，使A₂与N₁相通，从而换向阀的上端处于高压状态；同时，通过孔D₁和D₂之间的高压软管和填块2上的半环形流道的连通作用下，使换向阀的下端与装置和套管之间的环空相通，而处于低压状态。此时，阀芯4在其两端压差的作用下向下移动。当阀芯4移动至换向阀的下端时，出口C₁和进口M、出口B₁和O₂相互连通，在B₁和B₂、C₁和C₂之间高压软管的作用下，使活塞10的上端面压力升高，而活塞10下端面的压力降低。此时，活塞在上下端面压差的作用下，推动活塞10向下移动。同时，由于孔C₃和出口C₁也相互连通，使自动夹紧机构4D也处于高压的环境中，六个小活塞15挤压橡胶18抱紧高压钻管1实现对高压钻管1的送进。当活塞10运动至最下端时，位于活塞杆上端的流道5和流道6自动与孔N₂、孔A₂、孔O₂以及孔D₂对正并连通，分别使孔N₂和孔D₂、孔A₂和孔O₂相互连通。此时，换向阀的阀芯4的两端的高压和低压进行调换，推动阀芯4向上移动。当阀芯4移动至换向阀的上端时，出口B₁和M进口相通，出口C₁通过阀芯4内部的空腔与O₁相通，使活塞10的下端面的压力升高，而上端面处于低压环境，在压差的作用下活塞上移。与此同时，自动夹紧机构4D也处于低压环境中，橡胶18也自动松开对高压钻管1的抱紧，随活塞10复位至初始位置，如此交替进行，可实现对高压钻管1的往复送进，使其顺利通过转向轨道，并不断地向地层水平延伸，直至达到预定深度。

接头5E上的流道16的直径大小决定着自动夹紧机构4D向下的移动速度，通过调节流道16的直径，可以对活塞10的送进速度进行控制。

自推式转向装置可以对高压钻管1在转向轨道的入口的近距离处进行往复送进，可以避免了高压钻管1由于长距离送进带来的屈曲问题，为径向水平钻进，特别是长距离水平延伸提供了必要的设备。

以上所述仅为本发明最具代表性的实施方式，凡依据本发明申请专利范围内所做的均等变化与修饰，均应属于本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种自推式径向水平井转向装置，包括换向阀、行程开关、活塞缸体组件、自动夹紧机构、接头以及转向轨道。其特征在于：所述换向阀由阀体、阀芯组成；所述行程开关包括位于活塞杆上端的流道和填块；所述活塞缸体组件主要由缸体、活塞、翼板和限位槽组成；所述自动夹紧机构包括弹簧、小活塞、橡胶块以及压帽，在活塞下行送进时，自动抱紧高压钻管，反之则松开；所述接头的作用是连接活塞和自动夹紧机构所处的高压腔室，其上面的两个流道控制送进速度；所述转向轨道为高压钻管在套管内转向提供通道。

2.根据权利要求1所述的行程开关上的环形流道，使换向阀的出口与活塞上下端面所在腔室有选择地连通。

3.根据权利要求1所述的自动夹紧机构，利用液压力和弹簧弹力完成对高压钻管的抱紧和松开动作。