CN103334711A - 电控井下套管开窗工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石油开采技术领域，特别涉及一种电控井下套管开窗工具。该工具由测量控制系统、水冷却系统、电控井下钻孔系统、步进系统和锚定系统组成；测量控制系统、水冷却系统、电控井下钻孔系统、步进系统和锚定系统从上至下顺次连接，测量控制系统包括母外套Ⅰ、控制装置、双公连接筒、测量控制系统和公外套Ⅰ，母外套Ⅰ、双公连接筒和公外套Ⅰ从上至下顺次丝扣连接，母外套Ⅰ内设有控制装置，控制装置包括单片机，公外套Ⅰ内设有测量控制系统，测量控制系统包括电感应器和陀螺。本发明实现了可以直接在套管上钻出多个大孔径的钻眼，不需要套管锻铣、扩孔，控制简单，工作量大幅降低，不损伤套管，使钻井成本大幅降低。

Description

电控井下套管开窗工具

技术领域：

本发明涉及一种石油开采技术领域，特别涉及一种电控井下套管开窗工具。

背景技术：

经过多年的开发，我国大部分油田都已进入开发中后期，如何提高低产井、老井的开采效率以及开发效果，是目前油田开采的一个重要方向与课题。传统的井下增产方式目前多采用井下射孔枪射孔、压裂技术以及目前应用较广的径向水平井射流技术。利用井下射孔枪进行射孔存在射孔距离短，油层反馈石油量少等不足；而压裂技术施工过程相对复杂，成本较高；径向水平井射流技术设备结构复杂，施工时对于环境要求及水质要求较严格，作业时间主要集中在春、夏及初秋阶段，限制了施工季节。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种电控井下套管开窗工具，该装置实现了可以直接在套管上钻出多个大孔径的钻眼，不需要套管锻铣、扩孔，控制简单，工作量大幅降低，不损伤套管，使钻井成本大幅降低。克服了现有井下增产方式存在成本高，操作复杂，工作量大，增产效果差的不足。

本发明所采取的技术方案是：一种电控井下套管开窗工具，由测量控制系统、水冷却系统、电控井下钻孔系统、步进系统和锚定系统组成；测量控制系统、水冷却系统、电控井下钻孔系统、步进系统和锚定系统从上至下顺次连接，测量控制系统包括母外套Ⅰ、控制装置、双公连接筒、测量控制系统和公外套Ⅰ，母外套Ⅰ、双公连接筒和公外套Ⅰ从上至下顺次丝扣连接，母外套Ⅰ内设有控制装置，控制装置包括单片机，公外套Ⅰ内设有测量控制系统，测量控制系统包括电感应器和陀螺；水冷却系统包括母外套Ⅰ、公外套Ⅰ、带有筛孔的双公连接筒和抽水电机，母外套Ⅰ、带有筛孔的双公连接筒、公外套Ⅰ从上至下顺次丝扣连接，抽水电机放于公外套Ⅰ中，抽水电机上端是带有滤网的筛管，抽水电机下部设有一导流管；电控井下钻孔系统包括母外套Ⅱ、双公连接筒和公外套Ⅱ，母外套Ⅱ、双公连接筒和公外套Ⅱ从上至下顺次丝扣连接，母外套Ⅱ内设置有双液压缸送进装置，推进活塞放于双液压缸送进装置内，推进活塞、花键连接轴、钻头顺次丝扣连接，大齿轮压在花键连接轴的端面上并与锥齿轮齿轮连接，双液压缸送进装置齿轮盖与双液压缸送进装置为丝扣连接，双液压缸送进装置齿轮盖压在大齿轮上，双液压缸送进装置齿轮盖与大齿轮中间为轴承，限位帽与双液压缸送进装置齿轮盖和母外套Ⅱ丝扣连接，锥齿轮与马达丝扣连接，三轴推进扶正装置放于公外套Ⅱ中，双液压缸送进装置、马达以及三轴推进扶正装置由控制装置进行控制；步进系统包括母外套Ⅰ、步进电机、步进电机连接体、丝杠、步进导向体和保护套，步进电机与步进电机连接体由连接螺栓连接，丝杠连接轴上端与步进电机输出轴通过定位键连接，丝杠连接轴下端与丝杠螺纹连接，步进导向体上端固结在步进电机连接体上，步进导向体上下端分别与定位环丝扣连接，定位环与限位环丝扣连接，上端的限位环与母外套Ⅰ丝扣连接，下端的限位环与保护套螺纹连接，在定位环内外壁上安装有O型圈，锚定提升轴内侧与丝杠螺纹连接，母外套Ⅰ与上端的限位环通过小防转螺钉连接，限位环与步进导向体通过大防转螺钉连接；锚定系统包括锥体、限位圈、滑块套和中心体，锥体与中心体丝扣连接，卡瓦牙安放在滑块套中，滑块套与扶正块由连接环连接，在滑块套中安放有弹簧，在滑块套下端设有滑块。

母外套Ⅰ与双公连接筒、双公连接筒与公外套Ⅰ之间均通过小防转螺钉连接防转。

母外套Ⅰ与带有筛孔的双公连接筒、带有筛孔的双公连接筒与公外套Ⅰ之间均通过小防转螺钉连接防转。

母外套Ⅱ与双公连接筒、双公连接筒与公外套Ⅱ之间均通过小防转螺钉连接防转。

本发明的有益效果是：本发明由于采用了测控、步进、动力、钻孔、锚定机构，因而具有可以直接在套管上钻出多个大孔径的钻眼的功能，不需要套管锻铣、扩孔，控制简单，工作量大幅降低，不损伤套管，使钻井成本大幅降低。

附图说明：

 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1为测量控制系统的结构示意图。

图2为水冷却系统的结构示意图。

图3为电控井下钻孔系统的结构示意图。

图4为步进系统的结构示意图。

图5为锚定系统的结构示意图。

具体实施方式：

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种电控井下套管开窗工具，由测量控制系统、水冷却系统、电控井下钻孔系统、步进系统和锚定系统组成；测量控制系统、水冷却系统、电控井下钻孔系统、步进系统和锚定系统从上至下顺次连接。

测量控制系统包括母外套Ⅰ1、控制装置2、双公连接筒3、测量控制系统4和公外套Ⅰ5，母外套Ⅰ1、双公连接筒3和公外套Ⅰ5从上至下顺次丝扣连接，母外套Ⅰ1与双公连接筒3、双公连接筒3与公外套Ⅰ5之间均通过小防转螺钉29连接防转。母外套Ⅰ1内设有控制装置2，控制装置2包括单片机，公外套Ⅰ5内设有测量控制系统4，测量控制系统4包括电感应器和陀螺，它起到计算测量下井深度以及工具在井内的倾斜度等井下数据。

水冷却系统包括母外套Ⅰ1、公外套Ⅰ5、带有筛孔的双公连接筒6和抽水电机7，母外套Ⅰ1、带有筛孔的双公连接筒6、公外套Ⅰ5从上至下顺次丝扣连接，母外套Ⅰ1与带有筛孔的双公连接筒6、带有筛孔的双公连接筒6与公外套Ⅰ5之间均通过小防转螺钉29连接防转。带有筛孔的双公连接筒6其上带有筛孔以便于在井下抽水，为钻进时提供水冷却液，抽水电机7放于公外套Ⅰ5中，抽水电机7上端是带有滤网的筛管，起到二次过滤的作用，抽水电机7下部设有一导流管，该导流管将从井下抽进来的水输送到电控井下钻孔系统为钻进过程起到冷却作用。

电控井下钻孔系统包括母外套Ⅱ42、双公连接筒3和公外套Ⅱ43，母外套Ⅱ42、双公连接筒3和公外套Ⅱ43从上至下顺次丝扣连接，母外套Ⅱ42与双公连接筒3、双公连接筒3与公外套Ⅱ43之间均通过小防转螺钉29连接防转。母外套Ⅱ42内设置有双液压缸送进装置8，推进活塞9放于双液压缸送进装置8内，推进活塞9、花键连接轴10、钻头13顺次丝扣连接，大齿轮11压在花键连接轴10的端面上并与锥齿轮16齿轮连接，双液压缸送进装置齿轮盖14与双液压缸送进装置8为丝扣连接，双液压缸送进装置齿轮盖14压在大齿轮11上，双液压缸送进装置齿轮盖14与大齿轮11中间为轴承12，限位帽15与双液压缸送进装置齿轮盖14和母外套Ⅱ42丝扣连接，起到固定限制作用。锥齿轮16与马达17丝扣连接，三轴推进扶正装置18放于公外套Ⅱ43中，双液压缸送进装置8、马达17以及三轴推进扶正装置18由控制装置2进行控制；当需要进行钻进作业时，电控系统发布指令，双液压缸送进装置8中的液缸向下压缩，推动推进活塞9，同时，马达17带动锥齿轮16旋转，进而使大齿轮11旋转，其带动花键连接轴10、钻头13旋转，并进行钻进作业，此时，由电控所控制的水冷却系统工作，并进行水冷却，三轴推进扶正装置18伸出支架，三轴在陀螺仪及测量系统的控制下，调整仪器井下姿态，使其与套管同轴，起到稳定钻进的作用。当钻进作业结束时，三轴推进扶正装置18收回支架，双液压缸送进装置8中的液缸向上压缩，收回钻头13，马达17停止工作，完成整个作业过程。

步进系统包括母外套Ⅰ1、步进电机19、步进电机连接体21、丝杠24、步进导向体25和保护套31，步进电机19与步进电机连接体21由连接螺栓20连接，丝杠连接轴23上端与步进电机19输出轴通过定位键22连接，丝杠连接轴23下端与丝杠24螺纹连接，步进导向体25上端固结在步进电机连接体21上，步进导向体25上下端分别与定位环27丝扣连接，定位环27与限位环28丝扣连接，上端的限位环28与母外套Ⅰ1丝扣连接，下端的限位环28与保护套31螺纹连接，在定位环27内外壁上安装有O型圈26，锚定提升轴32内侧与丝杠24螺纹连接，母外套Ⅰ1与上端的限位环28通过小防转螺钉29连接，限位环28与步进导向体25通过大防转螺钉30连接，均起到防转作用。在钻孔作业之前，需要将整个电控井下套管开窗工具锚定在套管上，其中步进电机19在测量控制系统的指令下，进行旋转，输出扭矩，带动丝杠24旋转，与丝杠24螺纹连接的锚定提升轴32将会在丝杠24上向下移动，进而带动锚定系统，打开卡瓦牙34，使之坐封在套管上，完成锚定作业；当需要解封时，同样在测量控制系统的指令下，步进电机19进行反转，锚定提升轴32在丝杠24上向上移动，进而带动锚定系统，完成解封作业。

锚定系统包括锥体33、限位圈38、滑块套40和中心体41，锥体33与中心体41丝扣连接，卡瓦牙34安放在滑块套40中，滑块套40与扶正块36由连接环35连接，在滑块套40中安放有弹簧37，在滑块套40下端设有滑块39。当滑块39上下移动时将会完成坐封和解封作业，且限位圈38起到对滑块39的限位作用。当步进系统按照测量控制系统的指令，带动锚定系统上下移动时，将会打开或者关闭卡瓦牙34，起到坐封和解封的目的。

本发明工作时，首先由测量控制系统中的测量系统测定井下位置和深度，发出指令到达目标位置，接着由测量控制系统中的控制系统发出指令，控制步进系统进行步进作业，进而带动锚定系统实现坐封作业，坐封完毕后，再由测量控制系统发出指令，使水冷却系统进行井下抽水作业，为下一步的水冷却做好准备。当抽水完毕后，开始进行钻孔作业，由测量控制系统继续发出指令，使电控井下钻孔系统进行钻孔作业，同时进行扶正作业。当钻孔作业完毕后，测量控制系统发出指令由电控井下钻孔系统收回钻头和扶正轴，然后向步进系统发出指令，带动锚定系统进行解封作业，最后完成作业，起出工具。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电控井下套管开窗工具，由测量控制系统、水冷却系统、电控井下钻孔系统、步进系统和锚定系统组成；其特征在于：测量控制系统、水冷却系统、电控井下钻孔系统、步进系统和锚定系统从上至下顺次连接，测量控制系统包括母外套Ⅰ（1）、控制装置（2）、双公连接筒（3）、测量控制系统（4）和公外套Ⅰ（5），母外套Ⅰ（1）、双公连接筒（3）和公外套Ⅰ（5）从上至下顺次丝扣连接，母外套Ⅰ（1）内设有控制装置（2），控制装置（2）包括单片机，公外套Ⅰ（5）内设有测量控制系统（4），测量控制系统（4）包括电感应器和陀螺；水冷却系统包括母外套Ⅰ（1）、公外套Ⅰ（5）、带有筛孔的双公连接筒（6）和抽水电机（7），母外套Ⅰ（1）、带有筛孔的双公连接筒（6）、公外套Ⅰ（5）从上至下顺次丝扣连接，抽水电机（7）放于公外套Ⅰ（5）中，抽水电机（7）上端是带有滤网的筛管，抽水电机（7）下部设有一导流管；电控井下钻孔系统包括母外套Ⅱ（42）、双公连接筒（3）和公外套Ⅱ（43），母外套Ⅱ（42）、双公连接筒（3）和公外套Ⅱ（43）从上至下顺次丝扣连接，母外套Ⅱ（42）内设置有双液压缸送进装置（8），推进活塞（9）放于双液压缸送进装置（8）内，推进活塞（9）、花键连接轴（10）、钻头（13）顺次丝扣连接，大齿轮（11）压在花键连接轴（10）的端面上并与锥齿轮（16）齿轮连接，双液压缸送进装置齿轮盖（14）与双液压缸送进装置（8）为丝扣连接，双液压缸送进装置齿轮盖（14）压在大齿轮（11）上，双液压缸送进装置齿轮盖（14）与大齿轮（11）中间为轴承（12），限位帽（15）与双液压缸送进装置齿轮盖（14）和母外套Ⅱ（42）丝扣连接，锥齿轮（16）与马达（17）丝扣连接，三轴推进扶正装置（18）放于公外套Ⅱ（43）中，双液压缸送进装置（8）、马达（17）以及三轴推进扶正装置（18）由控制装置（2）进行控制；步进系统包括母外套Ⅰ（1）、步进电机（19）、步进电机连接体（21）、丝杠（24）、步进导向体（25）和保护套（31），步进电机（19）与步进电机连接体（21）由连接螺栓（20）连接，丝杠连接轴（23）上端与步进电机（19）输出轴通过定位键（22）连接，丝杠连接轴（23）下端与丝杠（24）螺纹连接，步进导向体（25）上端固结在步进电机连接体（21）上，步进导向体（25）上下端分别与定位环（27）丝扣连接，定位环（27）与限位环（28）丝扣连接，上端的限位环（28）与母外套Ⅰ（1）丝扣连接，下端的限位环（28）与保护套（31）螺纹连接，在定位环（27）内外壁上安装有O型圈（26），锚定提升轴（32）内侧与丝杠（24）螺纹连接，母外套Ⅰ（1）与上端的限位环（28）通过小防转螺钉（29）连接，限位环（28）与步进导向体（25）通过大防转螺钉（30）连接；锚定系统包括锥体（33）、限位圈（38）、滑块套（40）和中心体（41），锥体（33）与中心体（41）丝扣连接，卡瓦牙（34）安放在滑块套（40）中，滑块套（40）与扶正块（36）由连接环（35）连接，在滑块套（40）中安放有弹簧（37），在滑块套（40）下端设有滑块（39）。

2.按照权利要求1所述的电控井下套管开窗工具，其特征在于：所述母外套Ⅰ（1）与双公连接筒（3）、双公连接筒（3）与公外套Ⅰ（5）之间均通过小防转螺钉（29）连接防转。

3.按照权利要求1所述的电控井下套管开窗工具，其特征在于：所述母外套Ⅰ（1）与带有筛孔的双公连接筒（6）、带有筛孔的双公连接筒（6）与公外套Ⅰ（5）之间均通过小防转螺钉（29）连接防转。

4.按照权利要求1所述的电控井下套管开窗工具，其特征在于：所述母外套Ⅱ（42）与双公连接筒（3）、双公连接筒（3）与公外套Ⅱ（43）之间均通过小防转螺钉（29）连接防转。

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