CN104594838B - 油水井井下套管径向开窗装置 - Google Patents

油水井井下套管径向开窗装置 Download PDF

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Abstract

油水井井下套管径向开窗装置，涉及一种井下钻孔装置，具体涉及一种石油井下钻孔装置。为了解决现有的油水井井下套管径向开窗装置无法实现在几千米井下的钢套管的管壁上进行开孔的问题。本发明的油水井井下套管径向开窗装置，包括动力机构、推进机构、传动防转机构、传动机构、导向机构和执行机构；推进机构采用丝杠传动，并通过弹簧的弹性变形自动提供钻头钻孔的钻压力，动力机构利用高压水驱动螺杆钻具，螺杆钻具带动传动轴Ⅰ转动，传动轴Ⅰ带动传动轴Ⅱ转动，传动轴Ⅱ带动执行机构；执行机构通过柔性的万向轴将转动传递给钻头；在推进机构的作用下，执行机构沿着导向机构的弯曲通道慢慢前进，逐渐将钢套管钻通。本发明适用于石油井下钻孔作业。

Description

油水井井下套管径向开窗装置
技术领域
本发明涉及一种井下钻孔装置，具体涉及一种石油井下钻孔装置。
背景技术
随着石油能源逐渐减少，未来油田的开采趋势为，向低渗、特低渗、稠油油田以及小储量的边际油田等进军。国内外油田开发的实践表明：对于低渗透、薄储层、稠油等油田，水力深穿透射孔技术是最佳的开采方式。目前，采用最多的水力深穿透射孔技术是先在套管钻孔开窗，然后水力地层径向钻孔射孔，该技术在国外得到了广泛的应用，技术也比较成熟，国内很多公司进行石油开采时，都在借鉴此技术。目前，国内利用高压喷嘴在水泥层及岩石层上喷射开孔的技术已经比较成熟，难点在于对几千米下的钢套管的管壁上进行钻孔。
发明内容
本发明为了解决现有的油水井井下套管径向开窗装置无法实现在几千米井下的钢套管的管壁上进行开孔的问题。
油水井井下套管径向开窗装置，包括动力机构、推进机构、传动防转机构、传动机构、导向机构和执行机构；
所述推进机构包括调整丝杆、标尺、螺母Ⅰ、扶正套、钢管、套筒和垫片；调整丝杆与螺母Ⅰ通过螺纹配合，调整丝杆可沿螺母Ⅰ的轴线上下移动；螺母Ⅰ的下端固定连接在钢管的上端；钢管设置在套管的里侧；套筒设置在钢管的里侧，套筒上端顶着调整丝杆，套筒下端顶着垫片；垫片固定在螺杆钻具的接头处；扶正套固定在套管的上端口处，扶正套环绕钢管并与上方的螺母Ⅰ之间留有间隙；标尺固定在螺母Ⅰ上；
所述动力机构包括高压泵组、高压软管、接头和螺杆钻具；高压软管的一头连接在高压泵组上，高压软管的另一头从调整丝杆和套筒的内部穿过，通过接头固定连接在螺杆钻具上；
所述传动防转机构包括防转键和防转槽；防转键与螺杆钻具的外壳体连接；防转槽与导向靴总成固定连接；
所述传动机构包括传动轴Ⅰ、传动键、传动轴Ⅱ和弹簧；传动轴Ⅰ设置在防转键的内部，传动轴Ⅰ的上端固定连接在螺杆钻具上，传动轴Ⅰ的下端连接着传动轴Ⅱ的上端；传动轴Ⅱ的上端固定连接着传动键并套在传动轴Ⅰ的内部，通过传动键与传动轴Ⅰ下端设有的的滑槽配合，传动轴Ⅱ可在传动轴Ⅰ内部上下移动；弹簧套在传动轴Ⅱ上，弹簧的一端顶着传动轴Ⅰ的下端；弹簧的另一端顶着传动轴Ⅱ的下端；
所述导向机构是由靴体Ⅰ、靴体Ⅱ和上部定位套组成的导向靴总成；导向靴总成上端固定连接螺母Ⅱ，导向靴总成下端通过锚定器固定在套管中；螺母Ⅱ通过螺纹连接在钢管的下端；
所述执行机构是由万向轴、钻头和万向轴连接头组成的万向轴总成；万向轴的上端通过万向轴连接头连接传动轴Ⅱ，万向轴的下端连接钻头。
本发明的一种油水井井下套管径向开窗装置可实现在几千米井下的钢套管的管壁上进行开孔。
附图说明
图1为本发明油水井井下套管径向开窗装置的结构立体示意图；
图2为传动机构的结构立体示意图；
图3为图2中传动轴Ⅰ14的结构示意图；
图4为图2中传动轴Ⅱ16的结构示意图；
图5为导向机构的结构立体示意图；
图6为图5中靴体Ⅰ18-1的结构立体示意图；
图7为图5中弯曲通道18-4的结构示意图；
图8为执行机构的结构示意图。
图中：高压软管1；调整丝杆2；标尺3；螺母4；扶正套5；钢管6；套管7；套筒8；垫片9；接头10；螺杆钻具11；防转键12；防转槽13；传动轴Ⅰ14；滑槽14-1；腔体14-2；连接头14-3；传动键15；传动轴Ⅱ16；通孔16-1；端头16-2；连接孔16-3；弹簧17；导向靴总成18；靴体Ⅰ18-1；半弯曲通道18-1-1；螺纹孔Ⅰ18-1-2；螺纹孔Ⅱ18-1-3；螺纹孔Ⅲ18-1-4；螺纹孔Ⅳ18-1-5；螺纹孔Ⅴ18-1-6；螺纹孔Ⅵ18-1-7；螺纹孔Ⅶ18-1-8；螺纹孔Ⅷ18-1-9；靴体Ⅱ18-2；上部定位导向套18-3；弯曲通道18-4；出口直线段18-4-1；圆弧段Ⅰ18-4-2；圆弧段Ⅱ18-4-3；锥孔18-4-4；万向轴总成19；万向轴19-1；钻头19-2；连接头19-3；连接螺母20；锚定器21。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，油水井井下套管径向开窗装置，包括动力机构、推进机构、传动防转机构、传动机构、导向机构和执行机构；
所述推进机构包括调整丝杆2、标尺3、螺母Ⅰ4、扶正套5、钢管6、套筒8和垫片9；调整丝杆2与螺母Ⅰ4通过螺纹配合，调整丝杆2可沿螺母Ⅰ4的轴线上下移动；螺母Ⅰ4的下端固定连接在钢管6的上端；钢管6设置在套管7的里侧；套筒8设置在钢管6的里侧，套筒8上端顶着调整丝杆2，套筒8下端顶着垫片9；垫片9固定在螺杆钻具11的接头处；扶正套5固定在套管7的上端口处，扶正套5环绕钢管6并与上方的螺母Ⅰ4之间留有间隙；标尺3固定在螺母Ⅰ4上；
所述动力机构包括高压泵组、高压软管1、接头10和螺杆钻具11；高压软管1的一头连接在高压泵组上，高压软管1的另一头从调整丝杆2和套筒8的内部穿过，通过接头10固定连接在螺杆钻具11上；
所述传动防转机构包括防转键12和防转槽13；防转键12与螺杆钻具11的外壳体连接；防转槽13与导向靴总成18固定连接；
所述传动机构包括传动轴Ⅰ14、传动键15、传动轴Ⅱ16和弹簧17；传动轴Ⅰ14设置在防转键12的内部，传动轴Ⅰ14的上端固定连接在螺杆钻具11上，传动轴Ⅰ14的下端连接着传动轴Ⅱ16的上端；传动轴Ⅱ16的上端固定连接着传动键15并套在传动轴Ⅰ14的内部，通过传动键15与传动轴Ⅰ14下端设有的的滑槽14-1配合，传动轴Ⅱ16可在传动轴Ⅰ14内部上下移动；弹簧17套在传动轴Ⅱ16上，弹簧17的一端顶着传动轴Ⅰ14的下端；弹簧17的另一端顶着传动轴Ⅱ16的下端；
所述导向机构是由靴体Ⅰ18-1、靴体Ⅱ18-2和上部定位套18-3组成的导向靴总成(18)；导向靴总成(18)上端固定连接螺母Ⅱ20，导向靴总成(18)下端通过锚定器21固定在套管7中；螺母Ⅱ20通过螺纹连接在钢管6的下端；
所述执行机构是由万向轴19-1、钻头19-2和万向轴连接头19-3组成的万向轴总成19；万向轴19-1的上端通过万向轴连接头19-3连接传动轴Ⅱ16，万向轴19-1的下端连接钻头19-2。
具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的传动轴Ⅰ14的上端设有传动轴Ⅰ连接头14-3，下端内部设有腔体14-2；传动轴Ⅰ连接头14-3上设有外螺纹，固定连接螺杆钻具11；传动轴Ⅰ14的下端设有的滑槽14-1的尺寸与传动键15相应；腔体14-2为圆柱体，其尺寸与传动轴Ⅱ16的上端相应；腔体14-2的轴线与传动轴Ⅰ14的轴线重合。
其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3和图4说明本实施方式，所述传动轴Ⅱ16上端设有通孔(16-1),传动轴Ⅱ16的下端设有端头16-2，端头16-2内部设有连接孔16-3；通孔(16-1)的尺寸、形状与传动键15的横截面的尺寸、形状相应；传动键15采用过盈配合的方式安装在通孔(16-1)内。
其它步骤和参数与具体实施方式一、二相同。
具体实施方式四：结合图5和图7说明本实施方式，所述导向靴总成(18)的靴体Ⅰ18-1和靴体Ⅱ18-2通过螺栓连接，靴体Ⅰ18-1和靴体Ⅱ18-2连接在一起时内部形成一个弯曲通道18-4；上部定位套18-3安装在弯曲通道18-4靠近螺母Ⅱ20一端的端口处。
其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：结合图5和图7说明本实施方式，所述靴体Ⅰ18-1设有半圆形槽体18-1-1、螺纹孔Ⅰ18-1-2、螺纹孔Ⅱ18-1-3、螺纹孔Ⅲ18-1-4、螺纹孔Ⅳ18-1-5、螺纹孔Ⅴ18-1-6、螺纹孔Ⅵ18-1-7、螺纹孔Ⅶ18-1-8和螺纹孔Ⅷ18-1-9；螺纹孔Ⅰ18-1-2、螺纹孔Ⅱ18-1-3、螺纹孔Ⅲ18-1-4、螺纹孔Ⅳ18-1-5均匀设置在靴体Ⅰ18-1连接螺母Ⅱ20的一侧；螺纹孔Ⅴ18-1-6、螺纹孔Ⅵ18-1-7、螺纹孔Ⅶ18-1-8和螺纹孔Ⅷ18-1-9分别设置在靴体Ⅰ18-1与靴体Ⅱ18-2连接面的四个角处。所述靴体Ⅱ18-2与靴体Ⅰ18-1结构相同，二者以螺钉连接；所述靴体Ⅰ18-1设有半圆形槽体18-1-1；靴体Ⅱ18-2上也设有半圆形槽体，靴体Ⅰ18-1设有半圆形槽体18-1-1和靴体Ⅱ18-2的半圆形槽体构成弯曲通道18-4。
其它步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：结合图5和图7说明本实施方式，所述的弯曲通道18-4依次由出口直线段18-4-1、圆弧段Ⅰ18-4-2、圆弧段Ⅱ18-4-2和锥孔段18-4-4四段组成，出口直线段18-4-1、圆弧段Ⅰ18-4-2和圆弧段Ⅱ18-4-2相切连通；锥孔段18-4-4位于靠近螺母Ⅱ20的一侧；所述的上部定位套18-3安装在弯曲通道18-4的锥孔段18-4-4处；即上部定位套18-3安装在弯曲通道18-4靠近螺母Ⅱ20一端的端口处。
其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：结合图8说明本实施方式，所述钻头19-2包括刀片和刀柄，刀片与刀柄间通过螺纹销钉连接；刀柄与万向轴19-1通过顶丝连接。
其它步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：结合图8说明本实施方式，所述刀柄采用硬质合金材料制成，其外表面上镀有一层硬铬。
其它步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，所述油水井井下套管径向开窗装置在工作时，通常竖直设置，推进机构采用丝杠传动，并通过弹簧的弹性变形自动提供钻头钻孔的钻压力，动力机构利用高压水驱动螺杆钻具，螺杆钻具11带动传动轴Ⅰ14转动，传动轴Ⅰ14带动传动轴Ⅱ16转动，传动轴Ⅱ16带动执行机构；执行机构通过柔性的万向轴在将转动传递给钻头，并在推进机构的作用下使执行机构沿着导向机构的弯曲通道慢慢前进，逐渐将钢套管钻通。
其它步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。

Claims (8)

1.油水井井下套管径向开窗装置，包括动力机构、推进机构、传动防转机构、传动机构、导向机构和执行机构；其特征在于：
所述推进机构包括调整丝杆(2)、标尺(3)、螺母Ⅰ(4)、扶正套(5)、钢管(6)、套筒(8)和垫片(9)；调整丝杆(2)与螺母Ⅰ(4)通过螺纹配合，调整丝杆(2)沿螺母Ⅰ(4)的轴线上下移动；螺母Ⅰ(4)的下端固定连接在钢管(6)的上端；钢管(6)设置在套管(7)的里侧；套筒(8)设置在钢管(6)的里侧，套筒(8)上端顶着调整丝杆(2)，套筒(8)下端顶着垫片(9)；垫片(9)固定在螺杆钻具(11)的接头处；扶正套(5)固定在套管(7)的上端口处，扶正套(5)环绕钢管(6)并与上方的螺母Ⅰ(4)之间留有间隙；标尺(3)固定在螺母Ⅰ(4)上；
所述动力机构包括高压泵组、高压软管(1)、接头(10)和螺杆钻具(11)；高压软管(1)的一头连接在高压泵组上，高压软管(1)的另一头从调整丝杆(2)和套筒(8)的内部穿过，通过接头(10)固定连接在螺杆钻具(11)上；
所述传动防转机构包括防转键(12)和防转槽(13)；防转键(12)与螺杆钻具(11)的外壳体连接；防转槽(13)与导向靴总成(18)固定连接；
所述传动机构包括传动轴Ⅰ(14)、传动键(15)、传动轴Ⅱ(16)和弹簧(17)；传动轴Ⅰ(14)设置在防转键(12)的内部，传动轴Ⅰ(14)的上端固定连接在螺杆钻具(11)上，传动轴Ⅰ(14)的下端连接着传动轴Ⅱ(16)的上端；传动轴Ⅱ(16)的上端固定连接着传动键(15)并套在传动轴Ⅰ(14)的内部，通过传动键(15)与传动轴Ⅰ(14)下端设有的的滑槽(14-1)配合，传动轴Ⅱ(16)在传动轴Ⅰ(14)内部上下移动；弹簧(17)套在传动轴Ⅱ(16)上，弹簧(17)的一端顶着传动轴Ⅰ(14)的下端；弹簧(17)的另一端顶着传动轴Ⅱ(16)的下端；
所述导向机构是由靴体Ⅰ(18-1)、靴体Ⅱ(18-2)和上部定位套(18-3)组成的导向靴总成(18)；导向靴总成(18)上端固定连接螺母Ⅱ(20)，导向靴总成(18)下端通过锚定器(21)固定在套管(7)中；螺母Ⅱ(20)通过螺纹连接在钢管(6)的下端；
所述执行机构是由万向轴(19-1)、钻头(19-2)和万向轴连接头(19-3)组成的万向轴总成(19)；万向轴(19-1)的上端通过万向轴连接头(19-3)连接传动轴Ⅱ(16)，万向轴(19-1)的下端连接钻头(19-2)。
2.根据权利要求1所述的油水井井下套管径向开窗装置，其特征在于：所述传动轴Ⅰ(14)的上端设有传动轴Ⅰ连接头(14-3)，下端内部设有腔体(14-2)；传动轴Ⅰ连接头(14-3)上设有外螺纹，固定连接螺杆钻具(11)；传动轴Ⅰ(14)的下端设有的滑槽(14-1)的尺寸与传动键(15)相应；腔体(14-2)为圆柱体，其尺寸与传动轴Ⅱ(16)的上端相应；腔体(14-2)的轴线与传动轴Ⅰ(14)的轴线重合。
3.根据权利要求1或2所述的油水井井下套管径向开窗装置，其特征在于：所述传动轴Ⅱ(16)上端设有通孔(16-1),传动轴Ⅱ(16)的下端设有端头(16-2)，端头(16-2)内部设有连接孔(16-3)；通孔(16-1)的尺寸、形状与传动键(15)的横截面的尺寸、形状相应；传动键(15)采用过盈配合的方式安装在通孔(16-1)内。
4.根据权利要求1所述的油水井井下套管径向开窗装置，其特征在于：所述导向靴总成(18)的靴体Ⅰ(18-1)和靴体Ⅱ(18-2)通过螺栓连接，靴体Ⅰ(18-1)和靴体Ⅱ(18-2)连接在一起时内部形成一个弯曲通道(18-4)；上部定位套(18-3)安装在弯曲通道(18-4)靠近螺母Ⅱ(20)一端的端口处。
5.根据权利要求4所述的油水井井下套管径向开窗装置，其特征在于：所述靴体Ⅱ(18-2)与靴体Ⅰ(18-1)结构相同，二者以螺钉连接；所述靴体Ⅰ(18-1)设有半圆形槽体(18-1-1)；靴体Ⅱ(18-2)上也设有半圆形槽体，靴体Ⅰ(18-1)设有半圆形槽体(18-1-1)和靴体Ⅱ(18-2)的半圆形槽体构成弯曲通道(18-4)。
6.根据权利要求5所述的油水井井下套管径向开窗装置，其特征在于：所述的弯曲通道(18-4)依次由出口直线段(18-4-1)、圆弧段Ⅰ(18-4-2)、圆弧段Ⅱ(18-4-2)和锥孔段(18-4-4)四段组成，出口直线段(18-4-1)、圆弧段Ⅰ(18-4-2)和圆弧段Ⅱ(18-4-2)相切连通；锥孔段(18-4-4)位于靠近螺母Ⅱ(20)的一侧；所述的上部定位套(18-3)安装在弯曲通道(18-4)的锥孔段(18-4-4)处；即上部定位套(18-3)安装在弯曲通道(18-4)靠近螺母Ⅱ(20)一端的端口处。
7.根据权利要求1所述的油水井井下套管径向开窗装置，其特征在于：所述钻头(19-2)包括刀片和刀柄，刀片与刀柄间通过螺纹销钉连接；刀柄与万向轴(19-1)通过顶丝连接。
8.根据权利要求7所述的油水井井下套管径向开窗装置，其特征在于：所述刀柄采用硬质合金材料制成，其外表面上镀有一层硬铬。
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《Hydraulic套管开窗工具在南海西部油田的首次应用》;赵苏文等;《海洋石油》;20100922;第30卷(第3期);第84-87页 *
《S114-2cx深井套管开窗侧钻作业难点及所采取的主要技术措施》;董来明等;《中国海上油气》;20101215;第22卷(第6期);第403-405页 *

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