CN104196463B - 用于煤层气井的作业管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤层气井的作业管柱，所述煤层气井包括水平井和与所述水平井交叉连通的竖直井，所述水平井内下入有支护管；所述作业管柱包括作业管串和与所述作业管串下端连接的引鞋，所述引鞋的下部为斜切口结构，在底端形成尖头；所述作业管串的中心线至所述尖头的径向距离等于或大于所述支护管的半径。该作业管柱的结构能够使作业管串下入竖直井时，顺利绕过支护管，到达竖直井井眼位置。

Description

用于煤层气井的作业管柱

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，特别是涉及一种用于煤层气井的作业管柱。

背景技术

煤层气开采过程中，需要钻井作业，通常会出现水平井和竖直井交叉连通的情况，如图1所示，其示出了水平井和竖直井交叉连通的结构简图。

施工中，水平井10内下入支护管11，以增强井壁的稳定性和水平井10井眼的稳定性；同时，若竖直井20需要捞砂作业、完井管柱等特殊作业时，需要下入作业管串21，并且作业管串21需要下入到水平井10和竖直井20交叉连通点以下，到达竖直井20井眼位置，所以，理论上，水平井10内的支护管11会绕过水平井10和竖直井20交叉连通点，避免通过竖直井20的井筒，影响作业管串21的下入。其中，作业管串21的直径小于支护管11的直径。

但是，实际施工时，受仪器测量误差等因素影响，支护管11往往会偏离设计，通过竖直井20的井筒，从而作业管串21在下入过程中可能会接触支护管11，遇阻而无法通过。

为解决上述问题，在作业管串21的下部连接与作业管串21等径的引鞋22’，并两者的中心线重合，引鞋22’的下部为斜切口结构；为便于表述，将作业管串21和引鞋22’的结构统称为作业管柱。施工时，若支护管11通过竖直井20的井筒，在下入作业管串21时，由于其下端所接的引鞋22’的下端为斜切口结构，径向尺寸小，容易通过支护管11与竖直井20井壁之间的间隙，从而引导作业管串21顺利下入，可参考图2理解。

作业管串21下入时，其通常位于竖直井20的中心，由于作业管串21的长度较长，达到几千米，当引鞋22’接触到支护管11受阻时，只能旋转作业管串21，以使引鞋22’位于适当位置，能够通过支护管11与竖直井20井壁之间的间隙。

然而，上述方案仍存在下述问题：

若支护管11恰好位于竖直井20的中心，如图3所示，那么作业管串21正常下入时，引鞋22’必定会接触支护管11受阻，而且无论如何转动作业管串21，引鞋22’也无法绕过支护管11下入水平井10与竖直井20的交叉连通点以下，除非将作业管串21沿竖直井20径向平移至引鞋22’可绕过支护管11的位置，但，碍于作业管串21的长度，无法将其平移，若给作业管串21施加一个侧向力，使其倾斜，以期引鞋22’能够绕过支护管11，但如此，引鞋22’在绕过支护管11后容易接触竖直井11井壁而受阻，无法引导作业管串21下入。

有鉴于此，如何使作业管串顺利下入竖直井，并到达竖直井井眼位置，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于煤层气井的作业管柱，能够使作业管串下入竖直井时，顺利绕过支护管，到达竖直井井眼位置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于煤层气井的作业管柱，所述煤层气井包括水平井和与所述水平井交叉连通的竖直井，所述水平井内下入有支护管；所述作业管柱包括作业管串和与所述作业管串下端连接的引鞋，所述引鞋的下部为斜切口结构，在底端形成尖头；所述作业管串的中心线至所述尖头的径向距离等于或大于所述支护管的半径。

如此设计，支护管位于竖直井的中心时，其与竖直井井壁的两个间隙大小相同，且相对最小，下入作业管串时，若作业管串保持其中心线与竖直井的中心线重合，由于作业管串的中心线至引鞋的尖头的径向距离等于或大于支护管的半径，并引鞋的下部为斜切口结构，所以引鞋的尖头至少可以贴着支护管的外壁从支护管与竖直井井壁之间的间隙通过，从而引导作业管串绕过支护管到达竖直井井眼位置；显然，下入时，若作业管串的中心线偏离竖直井的中心线，引鞋也能够引导作业管串顺利下入至竖直井井眼位置。此外，若支护管并非位于竖直井的中心，其与竖直井井壁存在两个间隙时，两个间隙中总有一者大于前述提到的相对最小间隙，其与竖直井井壁仅存在一个间隙时，该间隙也必然大于前述提到的相对最小间隙，从而，引鞋也能够引导作业管串顺利下入至竖直井井眼位置。

可选地，所述作业管串的中心线至所述引鞋与所述尖头相对侧的径向距离等于或小于所述作业管串的半径。

可选地，所述引鞋的斜切口结构的端面为内凹弧面。

可选地，所述引鞋为圆管状结构。

可选地，所述引鞋为扁管状结构。

可选地，所述引鞋与所述作业管串通过丝扣连接。

附图说明

图1示出了水平井和竖直井交叉的结构简图；

图2为现有技术中作业管柱与支护管一种相对位置的示意图；

图3为现有技术中作业管柱与支护管另一相对位置的示意图，其中支护管位于竖直井的中心；

图4为本发明所提供作业管柱第一种实施例的结构简图；

图5为图4中所示作业管柱下入竖直井的结构简图；

图6至图8示出了支护管与竖直井的三种相对位置；

图9为本发明所提供第二种作业管柱下入竖直井的结构简图。

图1-3中：

水平井10，支护管11，竖直井20，作业管串21，引鞋22’；

图4-9中：

支护管11，竖直井20，作业管串21，引鞋22，尖头22a。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于煤层气井的作业管柱，能够使作业管串下入竖直井时，顺利绕过支护管，到达竖直井井眼位置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供的作业管柱，用于煤层气井，可参考图1理解，煤层气井包括水平井10和与水平井10交叉连通的竖直井20；水平井10内下入有支护管11，用以增强井壁的稳定性和水平井10井眼的稳定性。

请一并参考图4，图4为本发明所提供作业管柱第一种实施例的结构简图。

该实施例中，作业管柱包括作业管串21，还包括与作业管串21的下端连接的引鞋22，引鞋22的下部为斜切口结构，在底端形成尖头22a；其中，作业管串21的中心线至尖头22a的径向距离S等于支护管11的半径，并，作业管串21的中心线与引鞋22的中心线重合。

当支护管11受仪器测量误差等因素影响，通过竖直井20井筒，且位于竖直井20中心时，如图4中所示，支护管11与竖直井20井壁的两个间隙大小相同，且相对最小。

支护管11通过竖直井20井筒时，两者的相对位置包括下述几种情况：

其一，支护管11仅部分位于竖直井20内，如图6所示，此时，支护管11与竖直井20井壁仅存在一个间隙，该间隙值S₁的大小范围为：D₂₀-D₁₁<S₁<D₂₀；

其二，支护管11紧贴竖直井20井壁，如图7所示，支护管11完全通过竖直井20井筒，且处于极限位置，此时，可认为支护管11与竖直井20井壁存在两个间隙，其中一个间隙值S₂＝D₂₀-D₁₁，另一个间隙值为零；

其三，支护管11位于竖直井20中心，如图8所示，可认为支护管11处于另一极限位置，此时，支护管11与竖直井20井壁存在两个间隙，且大小相等，显然，该间隙值S₃＝(D₂₀-D₁₁)/2；

其四，支护管11完全通过竖直井20井筒，既未紧贴竖直井20井壁，也未处于竖直井20中心，此时，支护管11与竖直井20井壁存在两个间隙，其中之一介于零和S₃之间，另一介于S₃和S₂之间。

上述D₂₀表示竖直井20的井筒直径，D₁₁表示支护管11的直径。

从上述支护管11与竖直井20的相对位置可知，支护管11位于竖直井20中心时，其与竖直井20井壁之间的间隙值S₃相对最小，因为当支护管11处于其他位置时，总有一个间隙值大于S₃，也就是说，当支护管11位于竖直井20中心时，作业管串21在引鞋22的引导下能够绕过支护管11下入竖直井20，到达竖直井20井眼位置，那么不管支护管11处于何种位置，作业管串21在引鞋22的引导下均能够到达竖直井20井眼位置。

需要指出的是，图6至图8中的视图方位为图4所示视图方位的俯视。

请一并参考图5，图5为图4中所示作业管柱下入竖直井的结构简图。

该实施例中的作业管柱下入时，若作业管串21的中心线与竖直井20的中心线重合，由于作业管串21的中心线至引鞋22的尖头22a的径向距离S等于支护管11的半径，引鞋22的尖头22a可以贴着支护管11的外壁下入，并带动引鞋22的斜切口结构贴着支护管11外壁从支护管11与竖直井20井壁之间的间隙通过，从而引导作业管串21绕过支护管11到达竖直井20井眼位置。

即便作业管柱下入时，作业管串21的中心线偏离竖直井20的中心线，参照图5可以理解，其效果相当于增大了支护管11与竖直井20井壁的两个间隙中的一个，显然，在引鞋22的引导下，作业管串21也能够顺利下入至竖直井20井眼位置。

支护管11处于竖直井20中心时，本实施例提供的作业管柱能够顺利下入竖直井20，到达竖直井20井眼位置，基于前述分析，在支护管11与竖直井20处于其他相对位置时，该作业管柱同样能够顺利下入达到竖直井20井眼位置，避免了背景技术中支护管11处于竖直井20中心时，作业管串21无法下入的情况。

作业管串21长达数千米，且下入过程中，地面操作人员无法获知井下情况，在具体操作时可参照下述方法：当连接有引鞋22的作业管串21在下入过程中遇到支护管11受阻时，地面操作人员可旋转作业管串21，每旋转一定角度，如10～20度，做好方位标记，找到引鞋22可通过支护管11的位置，再缓慢下放至引鞋22进入竖直井20井眼位置。

该实施例中，作业管串21的中心线至引鞋22的尖头22a的径向距离S等于支护管11的半径，显然，该径向距离S大于支护管11的半径也是可行的，且该方案可减少引鞋22与支护管11的摩擦，降低两者的磨损。

具体的方案中，引鞋22的斜切口结构的端面为内凹弧面，如图4中所示，如此设计，可以减小所述斜切口结构的径向尺寸，便于引鞋22通过支护管11与竖直井20井壁的间隙。

当然，引鞋22的斜切口结构的端面设置为如背景技术中的平面也是可行的。

请参考图9，图9为本发明所提供第二种作业管柱下入竖直井的结构简图。

图9示出的作业管柱，与图4示出的作业管柱相比，结构基本一致，区别在于，该实施例提供的作业管柱，其引鞋22的中心线偏离作业管串21的中心线，且作业管串21的中心线至引鞋22与尖头22a相对的一侧的径向距离等于作业管串21的半径。

显然，在满足作业管串21的中心线至引鞋22的尖头22a的径向距离等于或大于支护管11的半径的条件下，该方案中，引鞋22的整体尺寸较小，便于实际操作。

应当理解，实际设计时，作业管串21的中心线至引鞋22与尖头22a相对一侧的径向距离小于作业管串21的半径也是可行的。

在上述各实施例中，引鞋22可以为圆管状结构，便于加工；引鞋22也可以设为扁管状结构，体积较小，便于实际操作。当然，还可以将引鞋22设置为不封闭的腔体结构，或其他结构。

具体的方案中，引鞋22与作业管串21通过丝扣连接，可靠方便。当然，也可选用其他连接方式，如法兰连接。

以上对本发明所提供的用于煤层气井的作业管柱进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.用于煤层气井的作业管柱，所述煤层气井包括水平井(10)和与所述水平井(10)交叉连通的竖直井(20)，所述水平井(10)内下入有支护管(11)；所述作业管柱包括作业管串(21)和与所述作业管串(21)下端连接的引鞋(22)，所述引鞋(22)的下部为斜切口结构，在底端形成尖头(22a)；其特征在于，所述作业管串(21)的中心线至所述尖头(22a)的径向距离等于或大于所述支护管(11)的半径。

2.根据权利要求1所述的作业管柱，其特征在于，所述作业管串(21)的中心线至所述引鞋(22)与所述尖头(22a)相对的一侧的径向距离等于或小于所述作业管串(21)的半径。

3.根据权利要求1或2所述的作业管柱，其特征在于，所述引鞋(22)的斜切口结构的端面为内凹弧面。

4.根据权利要求1或2所述的作业管柱，其特征在于，所述引鞋(22)为圆管状结构。

5.根据权利要求1或2所述的作业管柱，其特征在于，所述引鞋(22)为扁管状结构。

6.根据权利要求1或2所述的作业管柱，其特征在于，所述引鞋(22)与所述作业管串(21)通过丝扣连接。