CN107313734B - 一种开窗侧钻工具及其开窗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了开窗侧钻工具及其开窗方法，该开窗侧钻工具包括铣柱以及连接在铣柱的开窗钻头，所述的开窗钻头通过第一剪钉与造斜器的上端连接，造斜器的下端与液压锚定器的心轴通过螺纹连接；在开窗钻头上设置有与铣柱内腔连通的第一铜管，第一铜管通过转换接头与造斜器上的第二铜管连接，第二铜管与第三铜管连接。本发明将开窗钻头、造斜器以及液压锚定器连接在一起，开窗时将其一起放入井内，一趟工序便可完成锚定和开窗作业。此外，本发明的液压锚定器锚在开窗作业完成后还可以进行解锚，使卡瓦向内缩回，从而将液压锚定器回收，而且不用再下第二趟井去专门打捞或者磨铣锚定器，大大提高了钻井效率，节省了钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种开窗侧钻工具及其开窗方法，属于井下开窗技术领域。
背景技术
开窗侧钻工具包括用于在井内进行开窗侧钻的铣柱、造斜器和锚定器。传统的开窗侧钻工具的造斜器和铣柱是两套独立的工具，在开窗侧钻作业时先将造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造斜器斜面方位，再通过锚定器坐封使造斜器固定于井内，然后通过旋转或拉压钻具使送入器与造斜器分离，再起出钻具和送入器并换上铣柱进行开窗作业。由于侧钻井都比较深，因而每一趟起下钻不仅作业时间长、成本高，而且工人劳动强度大。此外，传统的锚定器锚定后其卡瓦无法缩回，导致锚定器不能回收，必须用磨鞋工具将其磨铣掉，费时费力，更不节约成本。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种结构简单、操作方便、开窗效率高、并可重复使用的开窗侧钻工具及其开窗方法，以克服现有技术中的不足。
本发明的技术方案：一种开窗侧钻工具，包括铣柱以及连接在铣柱上的开窗钻头，所述的开窗钻头通过第一剪钉与造斜器连接，造斜器的下端与液压锚定器的心轴上端通过钻杆螺纹连接；在开窗钻头以及铣柱内设置有相互连通的水眼孔，在开窗钻头的下端设置有与其水眼孔连通的第一铜管，第一铜管通过铜管转换接头与造斜器上的第二铜管连接，第二铜管再与第三铜管连接，第三铜管与心轴内的水眼孔相连通；在心轴的上端套有限位套，在心轴的外壁上位于限位套的下侧设置有限位凸台，在心轴上还套有与限位套通过螺纹连接的可以上下滑动的驱动套，限位凸台位于限位套和驱动套之间，因此可以限定驱动套上下移动的距离；在心轴的侧壁上位于限位凸台的下端设置有与驱动套内腔连通的注浆孔，驱动套的下端与套在心轴上的卡瓦锥体螺纹连接，在卡瓦锥体的外壁上设置有卡瓦套，在心轴的下端通过第二剪钉与卡瓦套固定；所述卡瓦套在外壁上均匀地开设了3个斜窗口，3个卡瓦分别安放在卡瓦套的3个斜窗口内，而卡瓦与卡瓦锥体是通过燕尾槽连接，当卡瓦锥体在心轴上左右移动时，3个卡瓦会同时被拉入或被推出卡瓦套，而在初始状态，卡瓦锥体被第四剪钉固定在卡瓦套内部，此时卡瓦是处于被拉入卡瓦套的状态；所述卡瓦套的上端与防退套的下端螺纹连接，在防退套的内壁设置有第一防退螺纹齿；在驱动套右侧的锁环外壁上设置有与防退套内壁的第一防退螺纹齿相配合的第二防退螺纹齿，锁环设置在挡环和驱动套右端台阶之间，挡环通过第三剪钉固定在驱动套上。
所述的开窗钻头上位于第一剪钉的一侧设置有防掉螺堵。
所述造斜器上从上至下设置有斜度逐级增加的台阶斜面。
所述造斜器的上端外壁上设置有安装第二铜管的沟槽。
所述第三铜管的内径大于第一铜管以及第二铜管的内径。
同时，本发明还提供一种上述开窗侧钻工具的开窗方法，包括以下步骤：
(a)首先将开窗侧钻工具下入到需要开窗作业的位置，然后向铣柱内腔打入高压泥浆，高压泥浆通过开窗钻头上的铜管将压力传给液压锚定器的心轴内的水眼孔，泥浆压力通过心轴上的注浆孔将压力传递到驱动套上，驱动套将第四剪钉剪断后带动限位套、锁环、挡环以及3个卡瓦一起向下移动，在卡瓦套的3个斜窗口的导向作用下，3个卡瓦同时张开并紧紧地锚定于套管内壁；
(b)锚定好后下放钻杆，通过钻杆的下压重量剪断用于连接开窗钻头和造斜器的第一剪钉，使开窗钻头可以相对于造斜器转动，然后再进行旋转开窗工作，直至套管开窗作业的完成；
(c)开窗之后起钻，提起用于开窗的开窗钻头，然后用专门用于破岩的钻头下井，进行接下来的钻井工作。
上述方法中，当液压锚定器锚定成功后，旋转钻杆，带动液压锚定器上的心轴旋转，使锁环旋入防退套内，并使锁环和防退套之间的防退螺纹齿互相啮合，从而使被第三剪钉固定的驱动套以及与之相连的卡瓦锥体都无法回退，使与卡瓦锥体通过燕尾槽连接的3个卡瓦都无法后退松脱，这样即使在停止注浆的情况下，液压锚定器上的卡瓦依然能够紧紧地锚定于套管内壁。
上述方法中，当开窗作业的完成之后需要打捞造斜器以及液压锚定器时，首先采用打捞工具勾住造斜器顶端的打捞沟槽并上提，造斜器和液压锚定器在捞钩的上提作用力下，其心轴与卡瓦套之间的第二剪钉被剪断，使心轴上的限位凸台向上移动，并且随后带动限位套向上移动，从而给驱动套、卡瓦锥体、卡瓦施加了上提力，在上提力的作用下，驱动套随即剪断被锁环和挡环阻碍移动的第三剪钉，第三剪钉被剪断后驱动套、卡瓦锥体立即向上移动，卡瓦立刻收回于卡瓦套内部，最后便可将造斜器以及液压锚定器一起取出。
由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：本发明将开窗钻头、造斜器以及液压锚定器连接在一起，开窗时将其一起放入井内，一趟工序便可完成锚定和开窗作业，起下钻作业时间短、成本低，降低了工人劳动强度。此外，本发明的液压锚定器锚在开窗作业完成后还可以进行解锚，使卡瓦向内缩回，从而将液压锚定器回收，不仅节约成本，而且不用再下第二趟井去专门打捞锚定器，大大提高了钻井效率，节省了钻井成本，取出的锚定器和造斜器还可二次重复使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是液压锚定器的结构示意图。
附图标记说明：1-铣柱、2-开窗钻头、3-防掉螺堵、4-第一剪钉、5-第一铜管、6-造斜器、7-铜管转换接头、8-第二铜管、9-台阶斜面，10-第三铜管，11-转换接头，12-心轴，13-限位套，14-驱动套，15-锁环，16-挡环，17-第三剪钉，18-防退套，19-卡瓦套，20-卡瓦锥体，21-第四剪钉，22-卡瓦，23-第二剪钉，24-丝堵，25-注浆孔，26-排气孔，27-限位凸台，28-打捞沟槽。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图以及实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的实施例：开窗侧钻工具如图1及图2所示，包括铣柱1以及连接在铣柱1上的开窗钻头2，所述的开窗钻头2通过第一剪钉4与造斜器6连接，造斜器6的下端与液压锚定器的心轴12上端通过钻杆螺纹连接，所述的开窗钻头2上位于第一剪钉4的一侧设置有防掉螺堵3；在开窗钻头2以及铣柱1内设置有相互连通的水眼孔，在开窗钻头2的下端设置有与其水眼孔连通的第一铜管5，第一铜管5通过铜管转换接头7与造斜器6上的第二铜管8连接，第二铜管8再与第三铜管10连接，第三铜管10与心轴12内的水眼孔相连通，所述第三铜管10的内径大于第一铜管5以及第二铜管8的内径，所述造斜器6上从上至下设置有斜度逐级增加的台阶斜面9，同时在造斜器6的上端外壁上设置有安装第二铜管8的沟槽，第二铜管8固定安装在沟槽内；在心轴12的上端套有限位套13，在心轴12的外壁上位于限位套13的下侧设置有限位凸台27，在心轴12上还套有与限位套13通过螺纹连接的可以上下滑动的驱动套14，限位凸台18位于限位套13和驱动套14之间，因此可以限定驱动套14上下移动的距离；在心轴12的侧壁上位于限位凸台27的下端设置有与驱动套14内腔连通的注浆孔25，驱动套14的下端与套在心轴12上的卡瓦锥体20螺纹连接，在卡瓦锥体20的外壁上设置有卡瓦套19，在心轴12的下端通过第二剪钉23与卡瓦套19固定；所述卡瓦套19在外壁上均匀地开设了3个斜窗口，3个卡瓦22分别安放在卡瓦套19的3个斜窗口内，而卡瓦22与卡瓦锥体20是通过燕尾槽连接，当卡瓦锥体20在心轴12上左右移动时，3个卡瓦22会同时被拉入或被推出卡瓦套19，而在初始状态，卡瓦锥体20被第四剪钉21固定在卡瓦套19内部，此时卡瓦22是处于被拉入卡瓦套19的状态；所述卡瓦套19的上端与防退套18的下端螺纹连接，在防退套18的内壁设置有第一防退螺纹齿；在驱动套14右侧的锁环15外壁上设置有与防退套18内壁的第一防退螺纹齿相配合的第二防退螺纹齿，锁环15设置在挡环16和驱动套14右端台阶之间，挡环16通过第三剪钉17固定在驱动套14上。
采用上述开窗侧钻工具进行开窗作业时，可采用以下步骤进行：
(1)首先将开窗侧钻工具下入到需要开窗作业的位置，然后向铣柱1内腔打入高压泥浆，高压泥浆通过开窗钻头2上的铜管将压力传给液压锚定器的心轴12水眼孔，泥浆压力通过注浆孔25将压力传递到驱动套14上，驱动套14将第四剪钉21剪断后带动限位套13、锁环15、挡环16以及3个卡瓦22一起向下移动，在卡瓦套19的3个斜窗口的导向作用下，3个卡瓦22同时张开，并紧紧地锚定于套管内壁；由于驱动套14的带动，锁环15被压入防退套18，使锁环15和防退套18之间的防退螺纹互相啮合，从而使被第三剪钉17固定的驱动套14以及与之相连的卡瓦锥体20都无法回退，从而与卡瓦锥体20通过燕尾槽连接的3个卡瓦22都无法后退松脱，即使在停止注浆的情况下，液压锚定器上的卡瓦22依然能够紧紧地锚定于套管内壁，除非第三剪钉17在人为的操作下通过上提造斜器6使之被剪断。
(2)锚定好后，下放钻杆，在钻杆的下压重量剪断用于连接开窗钻头2和造斜器6的第一剪钉4，使开窗钻头2可以相对于造斜器6转动，此时第一铜管5会在开窗钻头2的旋转下被剪断从而喷出泥浆，喷出的泥浆可用于冷却和润滑开窗钻头2，然后继续旋转，进行开窗工作，直至套管开窗作业的完成；
(3)开窗之后起钻，提起用于开窗的开窗钻头2，然后用专门用于破岩的钻头下井，进行接下来的钻井工作。
在液压锚定器锚定成功之后，此时锁环15和防退套18之间的防退螺纹是互相啮合的，从而使被第三剪钉17固定的驱动套14以及与之相连的卡瓦锥体20都无法回退，从而与卡瓦锥体20通过燕尾槽连接的3个卡瓦22都无法后退松脱，从而在停止注浆的情况下，液压锚定器上的卡瓦22依然能够紧紧地锚定于套管内壁，除非第三剪钉17在人为的操作下通过上提造斜器6使之被剪断。
当开窗作业的完成之后需要打捞造斜器6以及液压锚定器时，首先采用打捞工具勾住造斜器6顶端预先设置的打捞沟槽28并上提，造斜器6和液压锚定器在捞钩的上提作用力下，其心轴12与卡瓦套19之间的第二剪钉23被剪断，心轴12上的限位凸台27向上移动，并且随后带动限位套13向上移动，从而给驱动套14、卡瓦锥体20、卡瓦22施加了上提力，在上提力的作用下，驱动套14随即剪断被锁环15和挡环16阻碍移动的第三剪钉17，第三剪钉17被剪断后驱动套14、卡瓦锥体20立即向上移动，卡瓦22立刻收回于卡瓦套19内部，最后便可将造斜器6以及液压锚定器一起取出。
Claims (8)
1.一种开窗侧钻工具，包括铣柱（1）以及连接在铣柱（1）上的开窗钻头（2），其特征在于：所述的开窗钻头（2）通过第一剪钉（4）与造斜器（6）连接，造斜器（6）的下端与液压锚定器的心轴（12）上端通过钻杆螺纹连接；在开窗钻头（2）以及铣柱（1）内设置有相互连通的水眼孔，在开窗钻头（2）的下端设置有与其水眼孔连通的第一铜管（5），第一铜管（5）通过铜管转换接头（7）与造斜器（6）上的第二铜管（8）连接，第二铜管（8）再与第三铜管（10）连接，第三铜管（10）与心轴（12）内的水眼孔相连通；在心轴（12）的上端套有限位套（13），在心轴（12）的外壁上位于限位套（13）的下侧设置有限位凸台（27），在心轴（12）上还套有与限位套（13）通过螺纹连接的可以上下滑动的驱动套（14），限位凸台（27）位于限位套（13）和驱动套（14）之间；在心轴（12）的侧壁上位于限位凸台（27）的下端设置有与驱动套（14）内腔连通的注浆孔（25），驱动套（14）的下端与套在心轴（12）上的卡瓦锥体（20）螺纹连接，在卡瓦锥体（20）的外壁上设置有卡瓦套（19），在心轴（12）的下端通过第二剪钉（23）与卡瓦套（19）固定；所述卡瓦套（19）在外壁上均匀地开设了3个斜窗口，3个卡瓦（22）分别安放在卡瓦套（19）的3个斜窗口内，而卡瓦（22）与卡瓦锥体（20）是通过燕尾槽连接；所述卡瓦套（19）的上端与防退套（18）的下端螺纹连接，在防退套（18）的内壁设置有第一防退螺纹齿；在驱动套（14）右侧的锁环（15）外壁上设置有与防退套（18）内壁的第一防退螺纹齿相配合的第二防退螺纹齿，锁环（15）设置在挡环（16）和驱动套（14）右端台阶之间，挡环（16）通过第三剪钉（17）固定在驱动套（14）上。
2.根据权利要求1所述的开窗侧钻工具，其特征在于：所述的开窗钻头（2）上位于第一剪钉（4）的一侧设置有防掉螺堵（3）。
3.根据权利要求1所述的开窗侧钻工具，其特征在于：所述造斜器（6）上从上至下设置有斜度逐级增加的台阶斜面（9）。
4.根据权利要求1所述的开窗侧钻工具，其特征在于：所述造斜器（6）的上端外壁上设置有安装第二铜管（8）的沟槽。
5.根据权利要求1所述的开窗侧钻工具，其特征在于：所述第三铜管（10）的内径大于第一铜管（5）以及第二铜管（8）的内径。
6.一种应用权利要求1～5任意一项所述的开窗侧钻工具的开窗方法，其特征在于包括以下步骤：
（a）首先将开窗侧钻工具下入到需要开窗作业的位置，然后向铣柱（1）内腔打入高压泥浆，高压泥浆通过开窗钻头（2）上的铜管将压力传给液压锚定器的心轴（12）内的水眼孔，泥浆压力通过心轴（12）上的注浆孔（25）将压力传递到驱动套（14）上，驱动套（14）将第四剪钉（21）剪断后带动限位套（13）、锁环（15）、挡环（16）以及3个卡瓦（22）一起向下移动，在卡瓦套（19）的3个斜窗口的导向作用下，3个卡瓦（22）同时张开并紧紧地锚定于套管内壁；
（b）锚定好后下放钻杆，通过钻杆的下压重量剪断用于连接开窗钻头（2）和造斜器（6）的第一剪钉（4），使开窗钻头（2）可以相对于造斜器（6）转动，然后再进行旋转开窗工作，直至套管开窗作业的完成；
（c）开窗之后起钻，提起用于开窗的开窗钻头（2），然后用于破岩的钻头下井，进行接下来的钻井工作。
7.根据权利要求6所述的开窗方法，其特征在于：当液压锚定器锚定成功后，旋转钻杆，带动液压锚定器上的心轴（12）旋转，使锁环（15）旋入防退套（18）内，并使锁环（15）和防退套（18）之间的防退螺纹齿互相啮合，从而使被第三剪钉（17）固定的驱动套（14）以及与之相连的卡瓦锥体（20）都无法回退，使与卡瓦锥体（20）通过燕尾槽连接的3个卡瓦（22）都无法后退松脱，这样即使在停止注浆的情况下，液压锚定器上的卡瓦（22）依然能够紧紧地锚定于套管内壁。
8.根据权利要求6所述的开窗方法，其特征在于：当开窗作业的完成之后需要打捞造斜器（6）以及液压锚定器时，首先采用打捞工具勾住造斜器（6）顶端的打捞沟槽（28）并上提，造斜器（6）和液压锚定器在捞钩的上提作用力下，其心轴（12）与卡瓦套（19）之间的第二剪钉（23）被剪断，使心轴（12）上的限位凸台（27）向上移动，并且随后带动限位套（13）向上移动，从而给驱动套（14）、卡瓦锥体（20）、卡瓦（22）施加了上提力，在上提力的作用下，驱动套（14）随即剪断被锁环（15）和挡环（16）阻碍移动的第三剪钉（17），第三剪钉（17）被剪断后驱动套（14）、卡瓦锥体（20）立即向上移动，卡瓦（22）立刻收回于卡瓦套（19）内部，最后便可将造斜器（6）以及液压锚定器一起取出。
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