CN106930712B - 一体式开窗侧钻工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式开窗侧钻工具，包括依次连接的空心铣锥、导斜器斜铁和坐封锚定装置，在导斜器斜铁内设有导液管，导液管下端与坐封锚定装置内的射流管相连接，在射流管内孔下端设有一个坐封球，坐封球上部卡在设于射流管上的环形上卡沿处，在射流管内下端设有一个限位结构或限位胶带，使下钻时该坐封球卡在所述上卡沿处；在坐封锚定装置的下锥形体内孔下端设有一个环形下卡沿，坐封球坐封时在高压钻井液的推动下突破限位结构或限位胶带而下落并卡在下卡沿处实现坐封。该工具不仅能避免下钻过程中钻杆内钻井液产生激动压力而导致中途误坐封，也能避免由于起钻过快产生抽吸导致中途误坐封，工作可靠，可提高作业效率，降低作业成本。

Description

一体式开窗侧钻工具

技术领域

本发明属于修井工具，特别涉及一种一体式开窗侧钻工具。

背景技术

开窗侧钻工具包括用于在井内进行开窗侧钻的导斜器和铣锥。传统的开窗侧钻工具的导斜器和铣锥是两套独立的工具，在开窗侧钻作业时先将导斜器接在送入器上并用钻具下到井内预定位置，按侧钻设计要求调整好导斜器斜面方位，再通过液压或机械坐封使导斜器固定于井內，然后通过旋转或拉压钻具使送入器与导斜器分离，再起出钻具和送入器并换上铣锥进行开窗作业。由于侧钻井都比较深，因而每一趟起下钻不仅作业时间长、作业成本高，而且工人劳动强度大。

为克服传统开窗侧钻工具存在的问题，提高工作效率，CN102364029A提供一种一体式开窗侧钻工具。它包括依次同轴连接的铣锥、导斜器斜铁和坐封锚定装置，在导斜器斜铁内设有连通铣锥内孔和坐封锚定装置内腔的导液管，其特征是：所述的铣锥下部压在导斜器斜铁的上部斜面上，在铣锥下部沿圆周方向设有环形凹槽，环形凹槽对应导斜器斜铁一侧为一段里宽外窄的弧形卡槽、其余部分为里窄外宽的梯形槽，在导斜器斜铁上对应环形凹槽处固设有定位块，所述的定位块上设有与导斜器斜铁和铣锥同轴线且与弧形卡槽相配合的弧形卡沿并通过弧形卡沿卡入弧形卡槽内，在导斜器斜铁上端与铣锥之间设有定位螺钉。这种一体式开窗侧钻工具虽然可以通过分流孔释放钻杆内钻井液产生的激动压力，防止因为压力激动引起一体式开窗侧钻工具中途误坐封，但因为铣锥内孔结构复杂，加工难度大，所以已经被CN103195362A公开的一种一体式开窗侧钻工具取代。

CN103195362A提供了一种既能保证铣锥和导斜器的连接同轴度，又能避免因喷嘴被封堵而降低开窗效率，结构简单、便于加工的一体式开窗侧钻工具。它包括依次连接的空心铣锥、导斜器斜铁和坐封锚定装置，导斜器斜铁通过一个定位块卡在铣锥下部的弧形燕尾槽内，在导斜器斜铁上端与铣锥之间设有定位螺栓，在导斜器斜铁内设有连通铣锥下端的喷嘴孔和坐封锚定装置内腔的导液管，其特殊之处是：在铣锥上对应定位螺栓处沿径向设有副水孔，在定位螺栓上设有与副水孔连通的盲孔，在导斜器斜铁与铣锥未脱开时所述的定位螺栓将副水孔堵死，在导斜器斜铁与铣锥脱开时即定位螺栓被剪断后，所述的铣锥内孔通过副水孔和定位螺栓的盲孔与外部导通。

通过实践检验，这种一体式开窗侧钻工具存在的问题逐渐显现：

1、由于没有释放钻井液激动压力的通道，因此在下钻过程中一旦因为操作失误造成顿钻等情况发生，进入该工具内的钻井液容易引发坐封锚定装置的卡瓦移动造成中途误坐封，发生误坐封时工具卡在井眼内只能强行上提或下压，若工具卡死上提或下压仍无法解卡时，只能进行破坏性的上提将铣锥拉脱，起出铣锥后下磨铣工具将导斜器斜铁和坐封锚定装置磨掉，磨铣时不仅磨铣难度大，而且容易将原井眼套管磨漏导致井眼报废，所以处理误坐封时不仅耗时长，费用高，而且成功概率小，很容易造成井内事故甚至导致井眼报废。

2、下钻过程中导液管和铣锥内孔容易被井内稠油等异物堵塞，造成一体式开窗侧钻工具无法坐封或因此造成测井仪器下不到位无法定向或因为中途遇阻工具本身无法到达预定位置等复杂情况，一旦出现这些复杂情况必须将工具起出时，由于该工具与井眼的间隙仅为3mm左右,在该工具下锥形体内的单向阀把该工具内、外的钻井液隔开，如果起钻速度快就会产生相当大的抽吸力，而这种抽吸力足以拉动下锥形体并迫使卡瓦移动造成误坐封，因此起钻速度要控制在正常起钻速度的四分之一以下,显然大大降低了作业效率，增加了作业成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种不仅能避免下钻过程中钻杆内钻井液产生激动压力而导致中途误坐封，也能避免由于起钻过快产生抽吸导致中途误坐封，工作可靠，可提高作业效率，降低作业成本的一体式开窗侧钻工具。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种一体式开窗侧钻工具，包括依次同轴连接的空心铣锥、导斜器斜铁和坐封锚定装置，在导斜器斜铁内设有连通铣锥下端的喷嘴孔和坐封锚定装置内腔的导液管，导液管下端与坐封锚定装置内的射流管相连接，其特殊之处是：在射流管内孔下端设有一个坐封球，坐封球上部卡在设于射流管上的环形上卡沿处，在射流管内下端设有一个限位结构，使下钻时该坐封球卡在所述上卡沿处；在坐封锚定装置的下锥形体内孔下端设有一个环形下卡沿，所述坐封球坐封时在高压钻井液的推动下突破限位结构而下落并卡在下卡沿处实现坐封。

作为进一步优选，所述上卡沿和下卡沿均为圆锥面，以提高密封效果。

作为进一步优选，所述的坐封锚定装置包括分别固接在导斜器斜铁下端外缘和中心处的缸套和所述射流管，在缸套内设有空心的上、下锥形体，在上、下锥形体上分别均布连接有可由缸套外壁伸出的卡瓦，在上、下锥形体之间连接有限位管，所述射流管上、下端分别与导液管和上锥形体插接，在限位管上均布有条形孔。

作为进一步优选，在导斜器斜铁上端与铣锥之间设有定位螺栓，在铣锥上对应定位螺栓处沿径向设有副水孔，在定位螺栓上设有与副水孔连通的盲孔，在导斜器斜铁与铣锥未脱开时所述的定位螺栓将副水孔堵死，在导斜器斜铁与铣锥脱开时即定位螺栓被剪断后，铣锥内孔通过副水孔和定位螺栓的盲孔与外部导通，用于避免因铣锥的喷嘴孔被地层或水泥封堵而导致的憋泵，确保开窗时可以加足钻压，提高磨铣速度，从而提高了开窗效率。

作为进一步优选，所述铣锥内孔为沿其轴向布置且笔直的阶梯状中心孔，铣锥内孔上端为连接螺孔，以简化结构。

作为进一步优选，在铣锥下端连接有铣锥头，所述的喷嘴孔设在铣锥头上且与铣锥内孔连通。

作为进一步优选，导斜器斜铁通过一个定位块卡在铣锥下部的弧形燕尾槽内，所述的定位块对应导斜器斜铁一侧为圆柱形并插入焊接在导斜器斜铁上，用于保证铣锥和导斜器的连接强度和同轴度。

作为进一步优选，在定位块上设有与导斜器斜铁和铣锥同轴线且与弧形燕尾槽相配合的弧形卡沿，所述的定位块通过弧形卡沿卡入弧形燕尾槽内，以保证铣锥和导斜器的连接同轴度。

作为进一步优选，在铣锥下部沿圆周方向加工有环形凹槽，环形凹槽对应导斜器斜铁一侧为一段里宽外窄的所述弧形燕尾槽、其余大部分为里窄外宽的梯形槽，以使该工具打压坐封后旋转铣锥便可与定位块脱离并进行开窗侧钻。

作为进一步优选，在定位块与铣锥之间设有紧固螺钉，以确保铣锥与导斜器斜铁连接牢固。

本发明的有益效果是：

1、由于在射流管内孔下端设有一个坐封球，坐封球上部卡在设于射流管上的环形上卡沿处，通过设在射流管内下端的限位结构或限位胶带，使下钻时该坐封球卡在所述上卡沿处，因此能够阻止井眼内的钻井液等流体进入射流管以上的钻具内，这样就使钻具内因为没有钻井液而不会产生激动压力，更不会有异物从井里进入钻具内堵塞循环通道，从而既避免了下钻时坐封锚定装置因为压力激动而导致误坐封，也避免了因为异物堵塞循环通道造成测井工具下不到位以及因为堵塞造成打压压力传递不到坐封锚定装置而无法坐封。只需一次起下钻便可完成固定导斜器和铣锥开窗侧钻，比传统开窗侧钻工具节省了一趟起下钻作业，可大大提高工作效率，降低施工成本和劳动强度。

2、由于在坐封锚定装置的下锥形体内孔下端设有一个环形下卡沿，取消了现有开窗侧钻工具中设置于下锥形体下端的单向阀，可使下钻时上、下锥形体内、外的钻井液连通，从而当下钻中途遇阻需要起钻时，不会打破上、下锥形体的内、外压力平衡，因此即使起钻抽吸不会引起上、下锥形体移动，也就避免了由于起钻抽吸造成的误坐封事故发生，大大提高了工作可靠性，消除了用户使用的潜在风险。

3、由于在射流管下端设有上卡沿和坐封球，从而下钻时钻井液不能进入钻具内，所以钻具内不会产生激动压力，这样就不会引起坐封锚定装置误坐封，因此铣锥内腔无需再设置分流孔、连接通道以及坐封球，铣锥内孔为沿其轴向布置且笔直的中心孔，简化了铣锥结构，便于加工制造，可提高生产效率，并降低制造成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是图1中坐封锚定装置的局部放大图。

图中：铣锥1，铣锥内孔101，副水孔102，环形凹槽2，弧形燕尾槽201，梯形槽202，铣锥头3，喷嘴孔301，导液管4，导斜器斜铁5，射流管6，上卡沿601，缸套7，剪切螺钉8，径向卡瓦9，上锥形体10，限位管11，条形孔1101，密封圈12，下锥形体13，下卡沿1301，纵向卡瓦14，引鞋管15，进液孔1501，坐封球16，定位块17，弧形卡沿1701，紧固螺钉18，定位螺栓19，盲孔1901，限位结构或限位胶带20。

具体实施方式

如图1-图3所示，该一体式开窗侧钻工具包括空心铣锥1、连接在铣锥1下部的导斜器斜铁5和固接在导斜器斜铁5下端的坐封锚定装置。在导斜器斜铁5内设有连通铣锥1内孔与坐封锚定装置内腔的导液管4，在铣锥1下端固接有铣锥头3，在铣锥头3上设有与铣锥内孔101连通的喷嘴孔301，所述的导液管4上端由导斜器斜铁5的斜面上部引出并插入焊接到所述喷嘴孔301内。

所述的铣锥1下部压在导斜器斜铁5的上部斜面上，在铣锥1下部沿圆周方向加工有环形凹槽2，环形凹槽2对应导斜器斜铁5一侧为一段里宽外窄的弧形燕尾槽201、其余大部分为里窄外宽的梯形槽202，在导斜器斜铁5的斜面上对应环形凹槽2处固设有定位块17，定位块17对应导斜器斜铁5的一侧为圆柱形并插入焊接在导斜器斜铁5上，在定位块17上设有与导斜器斜铁5和铣锥1同轴线且与弧形燕尾槽201相配合的弧形卡沿1701，定位块17通过弧形卡沿1701卡入弧形燕尾槽201内，在定位块17与铣锥1之间设有紧固螺钉18。

在导斜器斜铁5上端与铣锥1之间设有定位螺栓19。在铣锥1上对应定位螺栓19处沿径向设有副水孔102，在定位螺栓19上设有与副水孔102连通的盲孔1901，在导斜器斜铁5与铣锥1未脱开时所述的定位螺栓19将副水孔102堵死，在导斜器斜铁5与铣锥1脱开时即定位螺栓19被剪断后，所述铣锥内孔101通过副水孔102和盲孔1901与铣锥1外部导通。所述铣锥内孔101为沿其轴向布置且笔直的阶梯状中心孔，铣锥内孔101上端为用于连接钻具的连接螺孔，以简化结构。

所述的坐封锚定装置包括固接在导斜器斜铁5下端外缘的缸套7和插入并固定在导斜器斜铁5下端中心孔内的射流管6，该射流管6上端与所述导液管4下端相互插接。在缸套7内设有空心的上锥形体10和下锥形体13，射流管6下端与上锥形体10的中心孔插接，在射流管6与上锥形体10之间以及在上、下锥形体与缸套7之间分别设有密封圈12。在上锥形体10外壁通过剪切螺钉8圆周均布连接有径向卡瓦9，在下锥形体13外壁通过剪切螺钉8圆周均布连接有纵向卡瓦14，所述径向卡瓦9和纵向卡瓦14在上锥形体10和下锥形体13的推动下可由设置在缸套7外壁上的矩形开口伸出，在下锥形体13的中心孔内设有连接上、下锥形体的限位管11，限位管11上端与上锥形体10通过粗牙螺纹连接，限位管11与下锥形体13通过细牙锯齿形螺纹连接且限位管11上的细牙锯齿形螺纹牙尖朝下，在限位管11的管壁上对应下锥形体13处圆周均布有沿纵向布置的条形孔1101。在缸套7下端通过螺纹连接有引鞋管15，在引鞋管15下端的堵头上沿径向设有与其内孔连通的进液孔1501。

在射流管6内孔下端设有一个坐封球16，坐封球16上部卡在设于射流管6内孔下端的环形上卡沿601处，在射流管6内下端设有一个限位结构或限位胶带20，使下钻时该坐封球16卡在所述上卡沿处。在所述下锥形体13内孔下端设有一个环形下卡沿1301，所述坐封球16坐封时在打入的高压钻井液的推动下会突破限位结构或限位胶带20的限位而下落并卡在下卡沿1301处实现坐封。所述上卡沿601和下卡沿1301均为圆锥面，以提高密封效果。本实施例中所述限位结构或限位胶带20以弹性限位结构为例，该弹性限位结构为设置在射流管6内下端的环形槽并在环形槽内卡入O型橡胶圈，使坐封球16卡在所述上卡沿601处。

工作时，将铣锥1上端与钻具连接，用钻具将该工具送入井下，下钻过程中井眼内的钻井液通过进液孔1501进入坐封锚定装置内，但在坐封球16的封堵下，进入坐封锚定装置内的钻井液不会进入到射流管6以上的钻具内，这样可使钻具内因没有钻井液而不会产生激动压力，也不会有异物从井里进入钻具内堵塞循环通道。当下钻中途遇阻需要起钻时，由于上、下锥形体内、外的钻井液通过下锥形体下端口连通，不会打破上、下锥形体的内、外压力平衡，因此即使起钻抽吸不会引起上、下锥形体移动，也就避免了由于起钻抽吸造成的误坐封事故发生。

当该工具到达井下预定位置时，将导斜器斜铁5的斜面调整到预定方位后，开泵循环，高压钻井液依次通过铣锥内孔、导液管4、射流管6推动坐封球16脱开限位结构或限位胶带20的限位，坐封球16通过上锥形体10内孔和限位管11落在下卡沿1301上将下锥形体13下端口封闭，从而将循环通道堵死。因此高压钻井液最终通过条形孔1101进入上、下锥形体之间。当上、下锥形体之间充满钻井液时，由于限位管11上均布有条形孔1101而具有一定的弹性，钻井液便会推动上锥形体10并带动限位管11使其与下锥形体13发生“滑扣”现象，最终上、下锥形体将剪切螺钉8剪断并迫使径向卡瓦9和纵向卡瓦14卡到井壁上，当泵压达到预定值时，稳压30秒便可停泵。然后正转钻具，通过铣锥1将紧固螺钉18和定位螺栓19剪断，从而打开铣锥副水孔102，定位块17从弧形燕尾槽201中旋出，继续旋转钻具，导液管4在喷嘴孔301出口处被拧断而使喷嘴孔301自然形成铣锥喷嘴，此时导斜器斜铁5和铣锥1完全脱开，这时便可开泵循环钻井液，旋转钻具并施加钻压进行开窗侧钻。开窗过程中，一旦铣锥喷嘴孔301被地层或水泥憋堵，通过铣锥副水孔102便会释放一部分高压钻井液，从而避免了因憋压而引起的憋泵。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种一体式开窗侧钻工具，包括依次同轴连接的空心铣锥、导斜器斜铁和坐封锚定装置，在导斜器斜铁内设有连通铣锥下端的喷嘴孔和坐封锚定装置内腔的导液管，导液管下端与坐封锚定装置内的射流管相连接，其特征是：在射流管内孔下端设有一个坐封球，坐封球上部卡在设于射流管上的环形上卡沿处，在射流管内下端设有一个限位结构，使下钻时该坐封球卡在所述上卡沿处；在坐封锚定装置的下锥形体内孔下端设有一个环形下卡沿，所述坐封球坐封时在高压钻井液的推动下突破限位结构而下落并卡在下卡沿处实现坐封。

2.根据权利要求1所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：所述限位结构为弹性限位结构，该弹性限位结构为设置在射流管内下端的环形槽并在环形槽内卡入O型橡胶圈。

3.根据权利要求1或2所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：所述的坐封锚定装置包括分别固接在导斜器斜铁下端外缘和中心处的缸套和所述射流管，在缸套内设有空心的上、下锥形体，在上、下锥形体上分别均布连接有可由缸套外壁伸出的卡瓦，在上、下锥形体之间连接有限位管，所述射流管上、下端分别与导液管和上锥形体插接，在限位管上均布有条形孔。

4.根据权利要求1所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：在导斜器斜铁上端与铣锥之间设有定位螺栓，在铣锥上对应定位螺栓处沿径向设有副水孔，在定位螺栓上设有与副水孔连通的盲孔，在导斜器斜铁与铣锥未脱开时所述的定位螺栓将副水孔堵死，在导斜器斜铁与铣锥脱开时即定位螺栓被剪断后，铣锥内孔通过副水孔和定位螺栓的盲孔与外部导通，用于避免因铣锥的喷嘴孔被地层或水泥封堵而导致的憋泵。

5.根据权利要求4所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：所述铣锥内孔为沿其轴向布置且笔直的阶梯状中心孔，铣锥内孔上端为连接螺孔，以简化结构。

6.根据权利要求5所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：在铣锥下端连接有铣锥头，所述的喷嘴孔设在铣锥头上且与铣锥内孔连通。

7.根据权利要求1所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：导斜器斜铁通过一个定位块卡在铣锥下部的弧形燕尾槽内，所述的定位块对应导斜器斜铁一侧为圆柱形并插入焊接在导斜器斜铁上。

8.根据权利要求7所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：在定位块上设有与导斜器斜铁和铣锥同轴线且与弧形燕尾槽相配合的弧形卡沿，所述的定位块通过弧形卡沿卡入弧形燕尾槽内，以保证铣锥和导斜器的连接同轴度。

9.根据权利要求8所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：在铣锥下部沿圆周方向加工有环形凹槽，环形凹槽对应导斜器斜铁一侧为一段里宽外窄的所述弧形燕尾槽、其余部分为里窄外宽的梯形槽，以使该工具打压坐封后旋转铣锥便可与定位块脱离并进行开窗侧钻。

10.根据权利要求8所述的一体式开窗侧钻工具，其特征是：在定位块与铣锥之间设有紧固螺钉，以确保铣锥与导斜器斜铁连接牢固。

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