CN109209230B - 一种浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法 - Google Patents

Abstract

一种浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述方法利用钻具组合管串实施，钻具组合管串实施可将泥浆由上至下传送到孔底，钻具组合管串包括下述由下至上设置的部件：用于引导下套管的导向修孔钻头、提供钻头旋转动力的螺杆马达、引导套管弯曲且装有MWD随钻测量仪的加重钻杆、锁定或解锁套管的可回收座封器；所述方法按照下述步骤进行：a、可回收座封器与套管在地面座封；b、钻具组合管串连接并下放入孔；c、调整工具面角；d、造斜段下套管；e、解封可回收座封器与套管。采用本发明方法可以解决浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管的难题，具有良好的应用前景。

Description

一种浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法

技术领域

本发明涉及一种钻井套管下入方法，尤其是浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，属钻探技术领域。

背景技术

目前，石油和地质勘探钻进过程的套管下入方法有很多，但是现有技术对于浅层水平井软弱地层造斜孔段的套管下入均不适用。其主要原因如下：第一，浅层水平井的垂直深度小，垂直钻孔距离较短的情况下便需要从垂直孔过渡到水平孔，因此造斜段的曲率较大，而用于护壁的套管刚度大，加之软弱地层无法为套管提供足够的支持力，在曲率较大的造斜孔内无法直接通过浮箍浮鞋的牵引发生弯曲进入造斜孔段；第二，孔底沉渣多，现有下套管技术无法完成清渣，导致孔内堵塞而钻头无法钻进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述方法可以实现孔底动力清渣、随钻测量角度及引导大刚度套管弯曲进入造斜孔段。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述方法利用钻具组合管串实施，钻具组合管串可将泥浆由上至下传送到孔底，钻具组合管串包括下述由下至上设置的部件：用于引导下套管的导向修孔钻头、提供钻头旋转动力的螺杆马达、引导套管弯曲且装有MWD随钻测量仪的加重钻杆、锁定或解锁套管的可回收座封器，所述方法按照下述步骤进行：

a、可回收座封器与套管在地面座封：使套管与可回收座封器可靠固定；

b、钻具组合管串连接并下放入孔：入孔过程为：在孔口将导向修孔钻头与螺杆马达的传动轴连接后入孔；将预先在地面上已连接好的定向接头及加重钻杆下放，将定向接头与螺杆马达定子上端的母扣连接；将MWD随钻测量仪下放到加重钻杆并固定；下放已连接座封器接头及已座封套管的可回收座封器，将可回收座封器接头与加重钻杆的上端连接；

c、调整工具面角：通过下入的套管的根数计算钻具组合管串下入的深度，在导向修孔钻头进入造斜段前，将套管在孔口夹持固定，开启泥浆泵，泥浆经动力头向套管内通入泥浆，MWD随钻测量仪接收到泥浆脉冲信号后显示工具面角实时角度，如与下放前标定的零位角发生偏差，则正转钻杆调整管串方向，直至角度偏差为零；

d、造斜段下套管：工具面角调整好后，继续下放套管，根据下管过程中的阻力状态开启泥浆泵将泥浆通入所述管串底部进行孔底清渣，泥浆驱动螺杆马达总成的转子回转，进而通过万向轴、传动轴、导向修孔钻头通入孔内，回转的导向修孔钻头及流动的泥浆，使孔内沉渣不断随着泥浆上返至孔口，起到清除孔内沉渣的作用；清渣完成，动力头反转，使套管过渡接头与套管脱离，使用吊环继续下放套管，直至造斜段套管下放到位；

e、解封可回收座封器与套管：造斜段套管下放到位后，将套管过渡接头从动力头上拆下，采用孔口夹持器夹持套管，使之固定不动，动力头连接钻杆及打捞接头下入套管内，打捞接头位于钻杆下端，将打捞接头与中心管上端连接，强力上提动力头与钻杆，使座封器与套管解锁，将钻具组合管串上提从孔内取出，孔内保留下放的套管。

上述浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述可回收座封器包括中心管、外壳体、下芯管、上接头、下接头和锁定机构，外壳体的上下端分别连接上接头、下接头，中心管与上接头滑动配合；锁定机构设有滑动体和牙块，滑动体与外壳体轴孔滑动配合，牙块位于在滑动体的斜槽内，斜槽底面的倾斜角度为5°-7°；牙块与设置在外壳体壁处的牙块窗的位置对应，滑动体的上、下端分别连接中心管下端和下芯管上端，下芯管与下接头轴孔滑动配合；所述牙块为楔形，牙块与斜槽底面相接触的面具有与斜槽底面匹配的倾斜角度，斜槽的横截面形状为燕尾槽形，牙块与斜槽匹配插接。

上述浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述加重钻杆为空心结构的细长杆，加重钻杆的长度为常规钻杆的单根长度，加重钻杆的外径为所引导下入的套管内径的0.5-0.8倍，加重钻杆下端经导向接头连接螺杆马达，加重钻杆上端经座封接头连接座封器。

上述浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述导向修孔钻头由圆锥形的引导段和圆柱形的保径段构成，导向修孔钻头外周设有返浆槽，导向修孔钻头设有上下通透的钻头中心孔。

上述浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述MWD随钻测量仪底部设有凹槽，所述定向接头内设有顶丝，顶丝嵌入凹槽内，MWD随钻测量仪被顶丝限位。

上述浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述螺杆马达包括定子、转子、万向轴、弯壳体和传动机构，传动机构设有中空结构的传动轴、下壳体和轴承组，万向轴的上下端分别连接转子、传动轴，弯壳体的上端连接定子、下端连接下壳体，万向轴位于弯壳体内，传动轴位于下壳体内，弯壳体的弯度为3-4度。

上述浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，上述b步骤下放螺杆马达时，弯壳体的弯头朝向与钻孔的造斜方向保持一致，将此时的角度定为工具面角的零度位置。

上述浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，所述a步骤中将套管与套管接头丝扣连接，将可回收座封器置入套管内；采用外力下压中心管，中心管下压带动滑动体下移，进而推动牙块沿径向向外移动，直至牙块与套管紧密贴合。

上述浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，在传动轴的上部设有向传动轴内通入泥浆的传动轴侧孔。

本发明方法基于一种包括导向修孔钻头、螺杆马达、内置MWD随钻测量仪的加重钻杆、可回收座封器的钻具组合管串而实施，其有益效果如下：1、在钻进过程中可将泥浆通入钻具组合管串的进口，泥浆经钻具组合管串由导向修孔钻头喷出，实施孔底动力清渣，避免因孔内堵塞而无法钻进；2、加重钻杆为细长杆，低刚度易弯曲，可将刚度大的套管带入造斜段，完成造斜段套管的下入；3、可回收座封器可将套管可靠锁定，使套管与钻具共同钻进且钻孔完毕后钻头与套管分离，套管保留孔内；4、加重钻杆起到引导大刚度套管定向弯曲的作用5、随钻测量仪可以起到测量管串工具面角的作用。采用本发明方法可以解决浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管的难题，具有良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是浅层水平井造斜孔段示意图；

图2是钻具组合管串的结构示意图；

图3是螺杆马达的结构示意图；

图4是图3中A处的局部放大视图；

图5是可回收座封器的结构示意图；

图6是图5的B-B剖视图；

图7可回收座封器座封状态的结构示意图；

图8是导向修孔钻头的结构示意图；

图9是图8的仰视图；

图10是MWD随钻测量仪的示意图。

图中各标号为：1、导向修孔钻头，1-1、引导段，1-2、保径段，1-3、返浆槽，1-4、钻头中心孔，2、螺杆马达，2-1、定子，2-2、转子，2-3、万向轴，2-4、弯壳体，2-5、轴承组，2-6、传动轴，2-7、传动轴侧孔，2-8、下壳体，3、定向接头，4、加重钻杆，5、MWD随钻测量仪，6、座封器接头，7、可回收座封器，7-1、中心管，7-2、上接头，7-3、外壳体，7-3-1、牙块窗，7-4、防掉环，7-5、滑动体，7-5-1、斜槽，7-6、牙块，7-7、下芯管，7-8、下接头，8、套管，9、套管接头，10、垂直井，11、造斜段，12、水平井。

具体实施方式

参看图1，本发明所述方法是在已完成钻孔的浅层井的造斜段下入套管。所述浅层井包括垂直井10、造斜段11和水平井12。在造斜段下套管之间，垂直井内已下入套管。

所述方法利用钻具组合管串实施，参看图2，钻具组合管串包括下述由下至上设置的部件：用于替代浮靴引导下套管的导向修孔钻头1、提供钻头旋转动力的螺杆马达2，引导套管弯曲的加重钻杆4，在加重钻杆内设有测量角度的MWD随钻测量仪，锁定或解锁套管的可回收座封器7。其中，螺杆马达与加重钻杆之间由导向接头3连接，加重钻杆与可回收座封器之间由座封器接头6连接。加重钻杆4为空心结构的细长杆，中空结构用于通入泥浆，细长结构是为了保证加重钻杆低钢度、易变形，从而顺利将套管带入造斜孔段。加重钻杆的长度为常规钻杆的单根长度(通常为10米)，加重钻杆的外径为所引导的套管的内径的0.5-0.8倍。MWD随钻测量仪5的下部设有凹槽，如图10所示。所述定向接头内设有顶丝，顶丝嵌入凹槽内，MWD随钻测量仪即被顶丝限位。

参看图3、图4，螺杆马达2由定子2-1、转子2-2、万向轴2-3、弯壳体2-4和传动机构组成。传动机构设有中空结构的传动轴2-6、下壳体2-8和轴承组2-5。定子上端与定向接头连接，定子下端与弯壳体连接，转子位于定子内。弯壳体下端连接下壳体。万向轴一端与转子连接，另一端与传动轴连接，在传动轴的上部设有向传动轴内通入泥浆的传动轴侧孔2-7。为实现大曲率造斜，弯壳体的弯度设计为3-4度，螺杆马达的级数为1-2.5级。采用小级数的螺杆马达是为了在满足软弱地层钻进动力要求的基础上尽量降低自身尺寸。轴承组位于弯壳体与传动轴之间，轴承组用于支撑传动轴转动。

参看图8、图9，导向修孔钻头与传动轴的下端螺纹连接，导向修孔钻头由圆锥形的引导段1-1和圆柱形的保径段1-2构成，导向修孔钻头外周设有返浆槽1-3，导向修孔钻头设有上下通透的钻头中心孔1-4。上述结构可在钻头引导下套管的过程中将泥浆经钻头体流入孔底，孔底沉渣被大流量的泥浆携带经返浆槽上返至孔口，完成孔底的清渣作用。返浆槽与保径段圆柱面相交的交线还具有修孔的作用。

参看图5-图7，可回收座封器包括中心管7-1、外壳体7-3、下芯管7-7、上接头7-2、下接头7-8和锁定机构，外壳体的上下端分别连接上接头、下接头，中心管与上接头滑动配合，中心管上端设有母扣。锁定机构设有滑动体7-5和牙块7-6，滑动体与外壳体轴孔滑动配合，牙块位于在滑动体的斜槽7-5-1内，斜槽底面的倾斜角度为5°-7°。牙块与设置在外壳体壁处的牙块窗7-3-1位置对应，可从牙块窗中探出。滑动体的上、下端分别连接中心管下端和下芯管上端，下芯管与下接头轴孔滑动配合。牙块为楔形，大头向下安装，牙块与斜槽底面相接触的面具有与斜槽底面匹配的倾斜角度，斜槽的横截面形状为燕尾槽形，牙块与斜槽匹配插接，牙块的外表面为与套管内壁匹配贴合的圆弧面。中心管上还设有与其螺纹连接的防掉环7-4，防掉环位于上接头与滑动体之间。图5所示为座封器解锁座封的状态，该状态下牙块回收；图7所示为座封器座封状态，该状态下外力下压中心管，中心管带动滑动体下移，进而推动牙块沿径向向外移动，直至牙块7-6与套管8的内壁紧密贴合。

以下结合附图对本发明方法予以详述：

a、可回收座封器与套管在地面座封：首先将套管8与套管接头9丝扣连接，如图2所示；然后将可回收座封器置入套管内，可回收座封器与套管接头内部的挡圈接触上，即表明套管放置到位；采用外力下压中心管，中心管下压推动牙块沿径向向外移动，直至牙块与套管紧密贴合完成座封。

b、钻具组合管串连接并下放入孔：入孔过程为：在孔口将导向修孔钻头与螺杆马达的传动轴连接，下放时弯壳体的弯头朝向要与钻孔的造斜方向保持一致，将此时的角度定为工具面角的零度位置。螺杆马达下放其上端靠近孔口处后，采用孔口夹持器将螺杆马达夹持固定，然后将预先在地面上已组装好的定向接头、加重钻杆与动力头连接，动力头下移，将定向接头的公扣与螺杆马达上端母扣连接，然后继续下放所述管串，当加重钻杆上端靠近孔口时，使用孔口夹持器夹紧加重钻杆，采用吊臂将MWD随钻测量仪吊起位于孔口上方后(需注意，MWD随钻测量仪起吊过程应避免与地面发生摩擦)，下放MWD随钻测量仪进入加重钻杆，下放基本到位后，采用工具旋转，使MWD随钻测量仪上的凹槽与定向接头中已固定好的顶丝相配合，顶丝落入凹槽后，MWD随钻测量仪与定向接头固定；然后使用吊环及吊卡依次下放座封接头、已座封完毕的套管及其他套管，根据孔的深度，确定套管下入根数。

c、调整工具面角：通过下入的套管根数可计算出所述管串下入的深度，在导向修孔钻头进入造斜段前，将套管在孔口夹持固定，然后将连接有套管过渡接头的动力头下放，将套管过渡接头与套管丝扣连接；连接完毕后，通过动力头向套管内通入泥浆，MWD随钻测量仪接收到泥浆脉冲信号后可显示管串的工具面角，正转动力头，调整管串方向，基本到位后，再次通泥浆，观察角度偏差，然后微转动力头，继续调整管串方向，直至角度偏差为零。

d、造斜段下套管：工具面角调整好后，反转动力头，将套管过渡接头与套管的丝扣脱离，采用吊环吊卡继续下放套管；由于进入造斜段后孔内沉渣增多，且由于管串自重原因导致造斜段下管时，管串始终与孔下表面接触，基于以上两方面原因使造斜段下管过程阻力较大，在下套管过程中需根据下管过程中的阻力状态开启泥浆泵进行孔底清渣，防止沉渣堆积过多无法下入。清渣过程为：将套管与已安装在动力头上的套管过渡接头连接，开启泥浆泵，泥浆通过动力头进入管串，泥浆驱动螺杆马达总成的转子回转，继而通过万向轴、传动轴、导向修孔钻头通入孔内，转子带动万向轴、传动轴回转，传动轴带动导向修孔钻头回转，回转的导向修孔钻头及流动的泥浆，使孔内沉渣不断随着泥浆上返至孔口，从而起到清除孔内沉渣的作用；清渣完成后，动力头反转，使套管过渡接头与套管脱离，继续下放套管。由于造斜段的曲率较大，套管的刚度也较大，若直接通过螺杆马达连接套管，则无法使套管发生弯曲进入造斜段，本发明在螺杆马达与套管之间增加低刚度的加重钻杆，通过加重钻杆发生弯曲，进入造斜段，逐渐将套管带入造斜段。

e、解封可回收座封器与套管：造斜段套管下放到位后，需将导向修孔钻头、螺杆马达总成、加重钻杆(包括MWD随钻测量仪)、可回收座封器提出孔外，仅在孔内保留下放的套管，因此需在孔内将可回收座封器与套管解封，解封步骤为：将套管过渡接头从动力头上拆下，采用孔口夹持器、吊臂和动力头相配合依次向套管内下放钻杆，最下端钻杆连接打捞接头，打捞接头下放到可回收座封器中心管上端后，正转钻杆，使打捞接头的公扣与可回收座封器中心管上端的母扣相连接，连接完毕后，开启泥浆泵，向管串内通泥浆，若可观察到管串工具面角数值，则说明打捞接头与可回收座封器的中心管已连接好，此时可采用继续正转钻杆或强力上提的方式，使可回收座封器的滑动体上移，从而使牙块回收，套管上完成解封。

Claims (8)

1.一种浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，其特征在于：所述方法利用钻具组合管串实施，钻具组合管串可将泥浆由上至下传送到孔底，钻具组合管串包括下述由下至上设置的部件：用于引导下套管的导向修孔钻头(1)、提供钻头旋转动力的螺杆马达(2)、引导套管弯曲且装有MWD随钻测量仪的加重钻杆(4)、锁定或解锁套管的可回收座封器(7)；

所述可回收座封器包括中心管(7-1)、外壳体(7-3)、下芯管(7-7)、上接头(7-2)、下接头(7-8)和锁定机构，外壳体的上下端分别连接上接头、下接头，中心管与上接头滑动配合；锁定机构设有滑动体(7-5)和牙块(7-6)，滑动体与外壳体轴孔滑动配合，牙块位于在滑动体的斜槽(7-5-1)内，斜槽底面的倾斜角度为5°-7°；牙块与设置在外壳体壁处的牙块窗(7-3-1)位置对应，滑动体的上、下端分别连接中心管下端和下芯管上端，下芯管与下接头轴孔滑动配合；所述牙块为楔形，牙块与斜槽底面相接触的面具有与斜槽底面匹配的倾斜角度，斜槽的横截面形状为燕尾槽形，牙块与斜槽匹配插接；

所述方法按照下述步骤进行：

a、可回收座封器与套管在地面座封：使套管与可回收座封器可靠固定；

b、钻具组合管串连接并下放入孔：入孔过程为：在孔口将导向修孔钻头与螺杆马达的传动轴连接后入孔；将预先在地面上已连接好的定向接头及加重钻杆下放，将定向接头与螺杆马达定子上端的母扣连接；将MWD随钻测量仪下放到加重钻杆并固定；下放已连接座封器接头及已座封套管的可回收座封器，将可回收座封器接头与加重钻杆的上端连接；

c、调整工具面角：通过下入的套管的根数计算钻具组合管串下入的深度，在导向修孔钻头进入造斜段前，将套管在孔口夹持固定，开启泥浆泵，泥浆经动力头向套管内通入泥浆，MWD随钻测量仪接收到泥浆脉冲信号后显示工具面角实时角度，如与下放前标定的零位角发生偏差，则正转钻杆调整管串方向，直至角度偏差为零；

d、造斜段下套管：工具面角调整好后，继续下放套管，根据下管过程中的阻力状态开启泥浆泵将泥浆通入所述管串底部进行孔底清渣，泥浆驱动螺杆马达总成的转子回转，进而通过万向轴、传动轴、导向修孔钻头通入孔内，回转的导向修孔钻头及流动的泥浆，使孔内沉渣不断随着泥浆上返至孔口，起到清除孔内沉渣的作用；清渣完成，动力头反转，使套管过渡接头与套管脱离，使用吊环继续下放套管，直至造斜段套管下放到位；

e、解封可回收座封器与套管：造斜段套管下放到位后，将套管过渡接头从动力头上拆下，采用孔口夹持器夹持套管，使之固定不动，动力头连接钻杆及打捞接头下入套管内，打捞接头位于钻杆下端，将打捞接头与中心管上端连接，强力上提动力头与钻杆，使座封器与套管解锁，将钻具组合管串上提从孔内取出，孔内保留下放的套管。

2.根据权利要求1所述的浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，其特征在于：所述加重钻杆(4)为空心结构的细长杆，加重钻杆的长度为常规钻杆的单根长度，加重钻杆的外径为所引导下入的套管内径的0.5-0.8倍，加重钻杆下端导向接头连接螺杆马达，加重钻杆上端经座封接头连接座封器。

3.根据权利要求2所述的浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，其特征在于：所述导向修孔钻头(1)由圆锥形的引导段(1-1)和圆柱形的保径段(1-2)构成，导向修孔钻头外周设有返浆槽(1-3)，导向修孔钻头设有上下通透的钻头中心孔(1-4)。

4.根据权利要求3所述的浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，其特征在于：所述MWD随钻测量仪底部设有凹槽，所述定向接头内设有顶丝，顶丝嵌入凹槽内，MWD随钻测量仪被顶丝限位。

5.根据权利要求4所述的浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，其特征在于：所述螺杆马达包括定子(2-1)、转子(2-2)、万向轴(2-3)、弯壳体(2-4)和传动机构，传动机构设有中空结构的传动轴(2-6)、下壳体(2-8)和轴承组(2-5)，万向轴的上下端分别连接转子、传动轴，弯壳体的上端连接定子，下端连接下壳体，万向轴位于弯壳体内，传动轴位于下壳体内，弯壳体的弯度为3-4度。

6.根据权利要求5所述的浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，其特征在于：上述b步骤下放螺杆马达时，弯壳体的弯头朝向与钻孔的造斜方向保持一致，将此时的角度定为工具面角的零度位置。

7.根据权利要求6所述的浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，其特征在于：所述a步骤中将套管与套管接头丝扣连接，将可回收座封器置入套管内；采用外力下压中心管，中心管下压带动滑动体下移，进而推动牙块沿径向向外移动，直至牙块与套管紧密贴合。

8.根据权利要求7所述的浅层水平井软弱地层造斜孔段下套管方法，其特征在于：在传动轴的上部设有向传动轴内通入泥浆的传动轴侧孔(2-6)。

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