CN108104753B - 一体化高效开窗侧钻工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体化高效开窗侧钻工具，它包括铣锥（1）、高压管（2）、保护筒（3），保护筒（3）上贴近铣锥（1）锥头的位置设有固定板（15），高压管的上端与铣锥之间设有高压管短节（16），高压管短节的中部焊接在固定板（15）上，铣锥下端冠部（17）的外壁上设有多个反螺旋沟槽一，各反螺旋沟槽一之间焊接有多个切削刃一（18），铣锥冠部（17）上方的铣锥锥形面和圆柱面上分别设有多条反螺旋沟槽二（19），各反螺旋沟槽二之间焊接有多个切削刃二（20）。它使用性能可靠，作业成功率高，不会出现斜铁损坏断裂现象，开窗速度快，窗口形状规则不会形成死台阶，开窗成功率高，整体效率较高，可以缩短施工周期和降低钻井成本。

Description

一体化高效开窗侧钻工具

技术领域

本发明涉及石油工具，具体涉及一种开窗侧钻工具。

背景技术

开窗侧钻工具是油田修井工程中针对下部套管严重损坏的油井或水井进行侧向重钻斜井的工具，达到利用上部套管的目的，或为了节省钻井成本而利用原井眼进行定向侧钻，使废井恢复生产能力。现有开窗侧钻工具由于不能确保将高压管在靠近铣锥冠部的位置剪断，会导致连接在铣锥冠部的高压管剩余长度较大。在铣锥沿着斜铁的表面下移正常铣削过程中高压管会随着铣锥旋转缠绕在铣锥上，既会使连接在铣锥上的高压管不容易被铣削掉，也会影响铣锥对套管一侧的管壁进行铣削。其使用性能不可靠，作业成功率不高，容易出现斜铁损坏断裂现象。其开窗速度也不够快，会出现窗口不平整圆滑、形状不规则现象，窗口容易形成死台阶。由此导致开窗成功率不高，安全可靠性也不够高，会增加起下钻的次数，大大增大了施工周期，提高了钻井成本，整体效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用性能可靠，作业成功率高，不会出现斜铁损坏断裂现象，开窗速度快，窗口形状规则不会形成死台阶，开窗成功率高，整体效率高，可以缩短施工周期和降低钻井成本的一体化高效开窗侧钻工具。

本发明的技术解决方案是：它包括铣锥、高压管、保护筒、斜铁、进入管、活塞缸、若干块上牙块、上活塞、分配管、下活塞、若干块下牙块、钢球、球座和引子，铣锥的下端与保护筒的上端轴向相连，斜铁的上端与保护筒轴向相连，斜铁的下端与活塞缸的上端轴向相连，活塞缸的下端与引子上端轴向相连，进入管位于活塞缸内、上端与斜铁下端部轴向相连，高压管安装在斜铁上、下端与进入管中心孔上端相连通，上活塞和下活塞一上一下分别安装在活塞缸内并与活塞缸轴向滑动密封配合，上活塞滑动套装在进入管下半段外部并与进入管轴向滑动密封配合，球座位于活塞缸内安装在下活塞的下端部，钢球位于球座的上方活动安装在下活塞中心孔内，分配管位于活塞缸内钢球的上方安装在上活塞和下活塞之间，分配管上端与上活塞的下端轴向相连并与上活塞中心孔轴向相连通、下端套装在下活塞的中心孔内与下活塞轴向滑动配合，下活塞上半段中心孔的内壁上设有与分配管相配合的单向内卡牙，分配管的壁部轴向设有若干条弹性缝隙，分配管设有弹性缝隙位置处的轴向中部位置的外壁上设有与下活塞的单向内卡牙相配合的单向外卡牙，各上牙块的外壁侧分别安装于活塞缸壁部的上牙块窗口内、朝向上活塞的一侧与上活塞的上细下粗锥形外壁相配合安装在上活塞上，各下牙块的外壁侧分别安装于活塞缸壁部的下牙块窗口内、朝向下活塞的一侧与下活塞的上粗下细锥形外壁相配合安装在下活塞上，保护筒上贴近铣锥锥头的位置设有焊接在保护筒上的固定板，高压管的上端与铣锥之间设有高压管短节，高压管短节的下端套装在高压管上端的外部与高压管相密封连通、中部穿过固定板上的短节孔内并焊接在固定板上、上端插装并密封焊接在铣锥上的高压管短节安装孔内与铣锥中心孔相连通，铣锥下端冠部的外壁上设有多个与钻具周向相反的用于液流上返的反螺旋沟槽一，各反螺旋沟槽一之间的铣锥冠部外壁上焊接有多个排布成反螺旋状的切削刃一，铣锥冠部上方的铣锥下细上粗锥形面和锥形面上方的圆柱面上分别设有多条与钻具周向相反的用于液流上返的反螺旋沟槽二，各反螺旋沟槽二之间的铣锥锥形面和圆柱面外壁上焊接有多个排布成反螺旋状的切削刃二。

本发明的技术效果是：它使用性能可靠，作业成功率高，不会出现斜铁损坏断裂现象，开窗速度快，窗口形状规则不会形成死台阶，开窗成功率高，整体效率较高，可以缩短施工周期和降低钻井成本。它使用范围广，不受井的深度限制。它定位性能好，定向准确，不需注水泥就可进行开窗，一次下井就可以完成座封、开窗的作业。由于铣锥设计的特殊结构和优质高效切削材料的采用，使得开窗速度更快，且对斜铁无伤害。它结构设计合理，使用安全可靠，减少了起下钻的次数，可广泛用于定向斜井或侧钻水井的钻井作业。

它属于油田大修工程的科研攻关项目，可以实现定向侧钻过程中坐封、开窗、修窗等工序一次性完成，彻底解决了多年来困扰工程技术人员的难题，实现了实质性的技术突破。

附图说明

图1为本发明实施例轴向剖视图。

具体实施方式

如图1所示，它包括铣锥1、高压管2、保护筒3、斜铁4、进入管5、活塞缸6、若干块上牙块7、上活塞8、分配管9、下活塞10、若干块下牙块11、钢球12、球座13和引子14，铣锥1的下端与保护筒3的上端轴向相连，斜铁4的上端与保护筒3轴向相连，斜铁4的下端与活塞缸6的上端轴向相连，活塞缸6的下端与引子14上端轴向相连，进入管5位于活塞缸6内、上端与斜铁4下端部轴向相连，高压管2安装在斜铁4上、下端与进入管5中心孔上端相连通，上活塞8和下活塞10一上一下分别安装在活塞缸6内并与活塞缸6轴向滑动密封配合，上活塞8滑动套装在进入管5下半段外部并与进入管5轴向滑动密封配合，球座13位于活塞缸6内安装在下活塞10的下端部，钢球12位于球座13的上方活动安装在下活塞10中心孔内，分配管9位于活塞缸6内钢球12的上方安装在上活塞8和下活塞10之间，分配管9上端与上活塞8的下端轴向相连并与上活塞8中心孔轴向相连通、下端套装在下活塞10的中心孔内与下活塞10轴向滑动配合，下活塞10上半段中心孔的内壁上设有与分配管9相配合的单向内卡牙101，分配管9的壁部轴向设有若干条弹性缝隙91，分配管9设有弹性缝隙91位置处的轴向中部位置的外壁上设有与下活塞10的单向内卡牙101相配合的单向外卡牙92，各上牙块7的外壁侧分别安装于活塞缸6壁部的上牙块窗口内、朝向上活塞8的一侧与上活塞8的上细下粗锥形外壁相配合安装在上活塞8上，各下牙块11的外壁侧分别安装于活塞缸6壁部的下牙块窗口内、朝向下活塞10的一侧与下活塞10的上粗下细锥形外壁相配合安装在下活塞10上，保护筒3上贴近铣锥1锥头的位置设有焊接在保护筒3上的固定板15，高压管2的上端与铣锥1之间设有高压管短节16，高压管短节16的下端套装在高压管2上端的外部与高压管2相密封连通、中部穿过固定板15上的短节孔内并焊接在固定板15上、上端插装并密封焊接在铣锥1上的高压管短节安装孔内与铣锥1中心孔相连通，铣锥1下端冠部17的外壁上设有多个与钻具周向相反的用于液流上返的反螺旋沟槽一，各反螺旋沟槽一之间的铣锥冠部17外壁上焊接有多个排布成反螺旋状的切削刃一18，铣锥冠部17上方的铣锥1下细上粗锥形面和锥形面上方的圆柱面上分别设有多条与钻具周向相反的用于液流上返的反螺旋沟槽二19，各反螺旋沟槽二19之间的铣锥1锥形面和圆柱面外壁上焊接有多个排布成反螺旋状的切削刃二20。

固定板15与铣锥1之间的高压管短节16外壁上设有使高压管短节16更容易被剪断的环形槽。

铣锥冠部17与锥形面之间设有与保护筒3相配合的环形槽21，铣锥1设有环形槽21的位置径向设有与保护筒3相配合的螺纹孔，保护筒3与铣锥环形槽21相对应的位置设有相配合的内环形卡块31，铣锥1与保护筒3之间径向设有剪钉22，剪钉22从保护筒3的外侧穿过保护筒3上的剪钉沉孔、通过螺纹将保护筒3安装在铣锥1上。剪钉22朝向铣锥1的一端的外壁上设有外螺纹、中心位置设有延伸过保护筒3与铣锥1结合面位置且有助于剪钉22被剪断的剪切盲孔。

保护筒3与斜铁4相配合的一侧设有与斜铁4的外凸弧形面相配合的内凹弧形面，保护筒3的内凹弧形面扣在斜铁4的外凸弧形面上并焊接在斜铁4上。保护筒3与斜铁4之间设有从保护筒3侧穿过保护筒3上的螺钉沉孔、通过螺纹安装在斜铁4上的固定螺钉23。

上活塞8上端部中心孔内设有两道密封圈槽，各密封圈槽内分别安装有与进入管5相密封配合的密封圈。

上活塞8下端部外壁为与活塞缸6内壁轴向滑动密封配合的粗直段，粗直段的上方为与上牙块7相配合的下粗上细的锥形段，上活塞8粗直段的外壁上设有两道密封圈槽，各密封圈槽内分别安装有与活塞缸6内壁相密封配合的密封圈。上活塞8下端部的中心孔内设有与分配管9相配合的内螺纹，分配管9的上端通过螺纹与上活塞8轴向相连。

下活塞10上端部外壁为与活塞缸6内壁轴向滑动密封配合的粗直段，粗直段的下方为与下牙块11相配合的上粗下细的锥形段，下活塞10粗直段的外壁上设有两道密封圈槽，各密封圈槽内分别安装有与活塞缸6内壁相密封配合的密封圈。下活塞10下端部的中心孔内设有与球座13相配合的内螺纹，球座13通过螺纹安装在下活塞10下端，球座13上轴向设有与钢球12相配合的通孔。

各上牙块7的外壁上径向分别设有剪切销沉孔，上活塞8与各剪切销孔相配合的位置径向分别设有螺纹孔，各上牙块7分别通过剪切销24安装在上活塞8上，剪切销24从上牙块7外侧穿过上牙块7上的剪切销沉孔、通过螺纹将上牙块7安装在上活塞8上；各下牙块11的外壁上径向分别设有剪切销沉孔，下活塞10与各剪切销沉孔相配合的位置分别设有螺纹孔，各下牙块11分别通过剪切销24安装在下活塞10上，剪切销24从下牙块11外侧穿过剪切销沉孔、通过螺纹将下牙块11安装在下活塞10上。各剪切销24位于上牙块7与上活塞8之间的外壁上或位于下牙块11与下活塞10之间的外壁上设有使剪切销24更容易被剪断的环形剪切槽。

各上牙块7和各下牙块11朝向活塞缸6外侧的外弧面外壁上分别设有与井下套管内壁相配合的轴向周向锚定牙25。

铣锥1上轴向设有中心孔，中心孔的下端与高压管短节安装孔相连通、上端设有与钻杆相连接的内螺纹。

活塞缸6的上端部和下端部分别设有内螺纹，斜铁4的下端通过外螺纹与活塞缸6的上端轴向相连，引子14的上端通过外螺纹与活塞缸6的下端轴向相连。引子14上轴向设有上下相连通的轴向通孔。

分配管9位于上活塞8下方的管壁上设有若干个液流孔93。

工作过程：首先将本开窗侧钻工具与钻具相连接下至需侧钻开窗的井下段位，调整好侧钻方向，启动泵压。液流通过上部钻具经过铣锥1中心孔，再通过高压管短节16进入到高压管2中，当液流进入到进入管5中时，由于钢球12在重力作用下坐落在球座13上，在液流压力的作用下，将内循环通道封住。液流不再下流而是通过分配管9上的液流孔93和弹性缝隙91进入到上活塞8和下活塞10之间的活塞缸6腔体内，在上活塞8和下活塞10之间形成压力，从而推动上活塞8和下活塞10沿着活塞缸6形成轴向反向移动，将上牙块7与上活塞8之间和下牙块11与下活塞10之间的剪切销24剪断，上牙块7和下牙块11就会被上活塞8和下活塞10的锥形面从活塞缸6上面的牙块窗口径向推出。随着液流压力的增加，上牙块7和下牙块11表面的轴向周向锚定牙25与套管内壁接触增加并逐渐嵌入管壁，工具就牢牢地坐封锚定在套管内壁上。同时下活塞10内壁上的单向内卡牙101到达与分配管9外壁上单向外卡牙92相配合位置相互锁住，以防止井上停止泵压后上活塞8与下活塞10回缩，保证锚定可靠。

当液流压力达到一定数值并稳压一段时间后，上提或下压钻具，确保坐封牢固无误后，钻具带动铣锥1按设定方向旋转，将铣锥1与保护筒3相连接的剪钉22及与铣锥冠部17相接的高压管短节16剪断（由于固定板15的作用，使得高压管短节16在最靠近铣锥冠部17的位置被剪断，可确保铣锥1后续的高效铣削）。然后继续旋转并下放钻具，铣锥1就可以沿着斜铁4的表面下移，铣削掉残留在斜铁4表面的高压管短节16、固定板15及高压管2，在斜铁4斜面的导向作用下，铣锥1再逐渐对套管一侧的管壁进行铣削。随着铣锥1在斜铁4表面的下移铣削，窗口不断扩大，铣锥1也不断进入套管外的岩层。当铣锥1进入岩层的深度达到开窗侧钻设计所要求的数值后，上提钻具到初始开窗的位置，然后再继续旋转下放钻具进行修整窗口，反复循环此项操作。当确保窗口规则平整、圆滑无死台阶后，即可起出铣锥1，进行下一步的操作。至此就实现了一次性坐封、开窗的任务，与现有同类工具相比其工作速度和效率均得到很大提高，大大减少了起下钻次数，并可以有效提高开窗侧钻质量。

Claims (10)

1.一体化高效开窗侧钻工具，它包括铣锥（1）、高压管（2）、保护筒（3）、斜铁（4）、进入管（5）、活塞缸（6）、若干块上牙块（7）、上活塞（8）、分配管（9）、下活塞（10）、若干块下牙块（11）、钢球（12）、球座（13）和引子（14），铣锥（1）的下端与保护筒（3）的上端轴向相连，斜铁（4）的上端与保护筒（3）轴向相连，斜铁（4）的下端与活塞缸（6）的上端轴向相连，活塞缸（6）的下端与引子（14）上端轴向相连，进入管（5）位于活塞缸（6）内、上端与斜铁（4）下端部轴向相连，高压管（2）安装在斜铁（4）上、下端与进入管（5）中心孔上端相连通，上活塞（8）和下活塞（10）一上一下分别安装在活塞缸（6）内并与活塞缸（6）轴向滑动密封配合，上活塞（8）滑动套装在进入管（5）下半段外部并与进入管（5）轴向滑动密封配合，球座（13）位于活塞缸（6）内安装在下活塞（10）的下端部，钢球（12）位于球座（13）的上方活动安装在下活塞（10）中心孔内，分配管（9）位于活塞缸（6）内钢球（12）的上方安装在上活塞（8）和下活塞（10）之间，分配管（9）上端与上活塞（8）的下端轴向相连并与上活塞（8）中心孔轴向相连通、下端套装在下活塞（10）的中心孔内与下活塞（10）轴向滑动配合，下活塞（10）上半段中心孔的内壁上设有与分配管（9）相配合的单向内卡牙（101），分配管（9）的壁部轴向设有若干条弹性缝隙（91），分配管（9）设有弹性缝隙（91）位置处的轴向中部位置的外壁上设有与下活塞（10）的单向内卡牙（101）相配合的单向外卡牙（92），各上牙块（7）的外壁侧分别安装于活塞缸（6）壁部的上牙块窗口内、朝向上活塞（8）的一侧与上活塞（8）的上细下粗锥形外壁相配合安装在上活塞（8）上，各下牙块（11）的外壁侧分别安装于活塞缸（6）壁部的下牙块窗口内、朝向下活塞（10）的一侧与下活塞（10）的上粗下细锥形外壁相配合安装在下活塞（10）上，其特征在于：保护筒（3）上贴近铣锥（1）锥头的位置设有焊接在保护筒（3）上的固定板（15），高压管（2）的上端与铣锥（1）之间设有高压管短节（16），高压管短节（16）的下端套装在高压管（2）上端的外部与高压管（2）相密封连通、中部穿过固定板（15）上的短节孔内并焊接在固定板（15）上、上端插装并密封焊接在铣锥（1）上的高压管短节安装孔内与铣锥（1）中心孔相连通，铣锥（1）下端冠部（17）的外壁上设有多个与钻具周向相反的用于液流上返的反螺旋沟槽一，各反螺旋沟槽一之间的铣锥冠部（17）外壁上焊接有多个排布成反螺旋状的切削刃一（18），铣锥冠部（17）上方的铣锥（1）下细上粗锥形面和锥形面上方的圆柱面上分别设有多条与钻具周向相反的用于液流上返的反螺旋沟槽二（19），各反螺旋沟槽二（19）之间的铣锥（1）锥形面和圆柱面外壁上焊接有多个排布成反螺旋状的切削刃二（20）。

2.如权利要求1所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于所述固定板（15）与铣锥（1）之间的高压管短节（16）外壁上设有使高压管短节（16）更容易被剪断的环形槽。

3.如权利要求1所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于所述铣锥冠部（17）与锥形面之间设有与保护筒（3）相配合的环形槽（21），铣锥（1）设有环形槽（21）的位置径向设有与保护筒（3）相配合的螺纹孔，保护筒（3）与铣锥环形槽（21）相对应的位置设有相配合的内环形卡块（31），铣锥（1）与保护筒（3）之间径向设有剪钉（22），剪钉（22）从保护筒（3）的外侧穿过保护筒（3）上的剪钉沉孔、通过螺纹将保护筒（3）安装在铣锥（1）上，剪钉（22）朝向铣锥（1）的一端的外壁上设有外螺纹、中心位置设有延伸过保护筒（3）与铣锥（1）结合面位置且有助于剪钉（22）被剪断的剪切盲孔。

4.如权利要求1所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于所述保护筒（3）与斜铁（4）相配合的一侧设有与斜铁（4）的外凸弧形面相配合的内凹弧形面，保护筒（3）的内凹弧形面扣在斜铁（4）的外凸弧形面上并焊接在斜铁（4）上，保护筒（3）与斜铁（4）之间设有从保护筒（3）侧穿过保护筒（3）上的螺钉沉孔、通过螺纹安装在斜铁（4）上的固定螺钉（23）。

5.如权利要求1所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于所述上活塞（8）上端部中心孔内设有两道密封圈槽，各密封圈槽内分别安装有与进入管（5）相密封配合的密封圈，上活塞（8）下端部外壁为与活塞缸（6）内壁轴向滑动密封配合的粗直段，粗直段的上方为与上牙块（7）相配合的下粗上细的锥形段，上活塞（8）粗直段的外壁上设有两道密封圈槽，各密封圈槽内分别安装有与活塞缸（6）内壁相密封配合的密封圈，上活塞（8）下端部的中心孔内设有与分配管（9）相配合的内螺纹，分配管（9）的上端通过螺纹与上活塞（8）轴向相连。

6.如权利要求1所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于所述下活塞（10）上端部外壁为与活塞缸（6）内壁轴向滑动密封配合的粗直段，粗直段的下方为与下牙块（11）相配合的上粗下细的锥形段，下活塞（10）粗直段的外壁上设有两道密封圈槽，各密封圈槽内分别安装有与活塞缸（6）内壁相密封配合的密封圈，下活塞（10）下端部的中心孔内设有与球座（13）相配合的内螺纹，球座（13）通过螺纹安装在下活塞（10）下端，球座（13）上轴向设有与钢球（12）相配合的通孔。

7.如权利要求1所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于各所述上牙块（7）的外壁上径向分别设有剪切销沉孔，上活塞（8）与各剪切销孔相配合的位置径向分别设有螺纹孔，各上牙块（7）分别通过剪切销（24）安装在上活塞（8）上，剪切销（24）从上牙块（7）外侧穿过上牙块（7）上的剪切销沉孔、通过螺纹将上牙块（7）安装在上活塞（8）上；各下牙块（11）的外壁上径向分别设有剪切销沉孔，下活塞（10）与各剪切销沉孔相配合的位置分别设有螺纹孔，各下牙块（11）分别通过剪切销（24）安装在下活塞（10）上，剪切销（24）从下牙块（11）外侧穿过剪切销沉孔、通过螺纹将下牙块（11）安装在下活塞（10）上。

8.如权利要求7所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于各所述剪切销（24）位于上牙块（7）与上活塞（8）之间的外壁上或位于下牙块（11）与下活塞（10）之间的外壁上设有使剪切销（24）更容易被剪断的环形剪切槽。

9.如权利要求1所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于各所述上牙块（7）和各下牙块（11）朝向活塞缸（6）外侧的外弧面外壁上分别设有与井下套管内壁相配合的轴向周向锚定牙（25）。

10.如权利要求1所述的一体化高效开窗侧钻工具， 其特征在于所述分配管（9）位于上活塞（8）下方的管壁上设有若干个液流孔（93）。