CN110397419B - 一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油天然气行业中空气钻井领域使用的裸眼侧钻坐封器。它解决裸眼钻井中斜向器固定困难的问题。控制短接上端和斜向器下端丝扣连接，控制短接下端和储油筒体上端丝扣连接，进气通道和斜向器内部输气流道接通；储油筒体下端和增压筒体上端用塞打螺钉固紧，压油活塞置入储油室内腔；增压活塞的活塞端置入增压筒体的排气室内，增压活塞的活塞杆置入增压筒体的进油喉内，作动活塞上端置入增压筒体的压力油室内；锚定筒体上端和增压筒体下端丝扣连接，锚定筒体下端和引鞋上端丝扣连接；圆锥体置入锚定筒体内腔，圆锥体上端和作动活塞下端丝扣连接。本发明将压力小的压缩空气转化为压力大的压力油液，保证斜向器在裸眼井段可靠坐封。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油天然气行业中空气钻井领域使用的裸眼侧钻坐封器。
背景技术
在石油天然气行业中，空气钻井技术是通过地面的空气压缩机组将空气变成压力为1.2～2.0 MPa的压缩空气，经由输气管汇注入钻井平台上的立压管线内，以高压空气替代普通钻井液，把钻井过程中产生的岩屑携带到地面，同时对钻头进行冷却降温，然后经过专用排砂管排入砂坑的一种欠平衡钻井模式。与传统钻井技术相比，空气钻井能够大幅度提升钻井速度，缩短工程周期，还利于降低钻头的损耗，节约钻井液成本，降低工程投入，已经越来越广泛的被应用于油气田钻井中，特别是页岩气的开发中。
空气钻井过程中，井下环境复杂，可能出现各种异常工况，如钻具断裂等。当井下问题难以解决，无法继续钻进时，就会考虑在上部井眼进行侧钻。并且作为生产策略的一部分，会进行多分支井作业，在开发非常规油气藏时，作业者还利用侧钻水平井，以尽可能增大油藏接触面积。在侧钻作业中主要包括套管内侧钻和裸眼侧钻，其中套管侧钻可以把斜向器可靠固定在套管内壁上，利用斜向器完成快速侧钻；相比套管内侧钻，裸眼侧钻是一个技术难点，其主要原因是由于裸眼井段井径不像金属套管那样规则，裸眼井壁也不具备金属套管内壁那样的强度，同时常规斜向器悬挂工具（或坐封器）难以在空气钻井裸眼侧钻中使用，因此目前大多数裸眼井侧钻是采取打水泥塞并从水泥塞处进行侧钻；若将打水泥塞的侧钻方式以及常规液压式斜向器悬挂工具（或坐封器）应用于空气钻井侧钻有诸多不便，最大的阻碍在于因钻井液介质不同，空气钻井更换液态钻井液（泥浆）将大大延长施工周期，且实施起来难度较大，极为不便。
因此，如何利用空气钻井技术并有效的将斜向器固定在裸眼井段上是现目前的技术难点，本发明结合空气钻井的特点与裸眼侧钻的技术要求，特提供一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器，为空气钻井技术在页岩气的开发应用中提供有力支撑。
发明内容
本发明的目的是：为了解决裸眼钻井中斜向器固定困难的问题，特提供一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器，是由控制短接、储油筒体、压油活塞、增压筒体、塞打螺钉、增压活塞、作动活塞、圆锥体、锚定筒体、压板、锁定块、圆柱弹簧、锚定块、片弹簧、锥块和引鞋构成；其结构特征是：控制短接内部安装有控制器模块和电磁换向阀，进气通道和电磁换向阀入口接通，排气通道a和排气通道b分别与电磁换向阀两个出口接通，排气通道a下端出口设置一圈环形槽口，排气通道b设置在控制短接中心位置处；控制短接上端和斜向器下端丝扣连接，控制短接下端和储油筒体上端丝扣连接，进气通道和斜向器内部输气流道接通；储油筒体内腔设置有气流通道a、气流通道b和储油室，储油筒体外圆下部周向均匀设置五个扶正筋，每个扶正筋上均设置有径向台阶孔；储油筒体下端和增压筒体上端用塞打螺钉固紧，压油活塞置入储油室内腔，气流通道a上端和排气通道a下端环形槽口联通，气流通道a下端和气流通道c上端联通，气流通道b上端和排气通道b下端联通，气流通道b下端和储油室上端联通；增压筒体内腔上部设置有排气室，内腔下部设置有压力油室，排气室和压力油室之间设置有进油喉；增压筒体上部设置有气流通道c，气流通道c下端和排气室上端联通，排气通道c和排气室下端联通，排油通道上端和储油室下端联通，排油通道下端和进油喉联通，排气通道d和压力油室下端联通；增压筒体外圆上部周向均匀设置五个螺钉孔；增压活塞的活塞端置入增压筒体的排气室内，增压活塞的活塞杆置入增压筒体的进油喉内，作动活塞上端置入增压筒体的压力油室内；锚定筒体上端和增压筒体下端丝扣连接，锚定筒体下端和引鞋上端丝扣连接；圆锥体置入锚定筒体内腔，圆锥体上端和作动活塞下端丝扣连接；锚定筒体外圆中部周向均匀设置六个扶正筋，扶正筋上设置有矩形台阶孔，矩形台阶孔外端设置有矩形沉槽；六个锥块分别置入锚定筒体六个扶正筋上的矩形台阶孔底部，锥块两端矩形凸台钩挂在锚定筒体的矩形台阶孔底部台阶上，锥块的斜面与圆锥体的圆锥面压紧；锥块内侧设置为斜面，锥块外侧设置有矩形凸台；片弹簧和锚定块共同置入锚定筒体的矩形台阶孔内；片弹簧具有极大刚度，片弹簧被锥块和锚定块压紧；锚定块外侧设置有锯齿状卡齿，锚定块两侧设置有锯齿状棘齿，锚定块两侧底部设置有凸台；锁定块和圆柱弹簧安装在锚定筒体矩形台阶孔外侧矩形沉槽的两端，锁定块一端设置有斜插结构，锁定块的斜插结构插入锚定块两侧的锯齿状棘齿内，保证锚定块径向伸出状态锁定，有效防止锚定块回退；压板中部设置有矩形通孔，压板两端用螺钉固定在锚定筒体扶正筋上；引鞋前段设置为锥形结构；安装完成后，储油室内充满液压油；控制器模块利用脉冲信号与地面进行通讯，控制器模块可以控制电磁换向阀转换工位；坐封过程中，控制器模块首先控制电磁换向阀联通进气通道和排气通道b，此时压缩空气推动压油活塞运动，储油室中的液压油流经排油通道和进油喉进入压力油室，然后控制器模块控制电磁换向阀联通进气通道和排气通道a，上部钻柱内的压缩空气经气流通道a、气流通道c进入排气室上部，压缩空气推动增压活塞轴向下移，进油喉被封闭，压力油室内的液压油封死在压力油室内，压力油室内的液压油在增压活塞的压力平衡作用下成为高压液压油，推动作动活塞轴向下移，进而推动圆锥体轴向下移，锥块在圆锥体的作用下径向伸出，并作用于片弹簧推动锚定块径向伸出。
本发明的有益效果是：（1）本发明利用压缩空气作为动力源，将压力小的压缩空气转化为压力大的压力油液，巨大的液压力有效保证裸眼井段可靠坐封；（2）本发明六个锚定块在片弹簧作用下，可根据裸眼井眼形状分别张开不同伸出量，有效保证六个锚定块全部有效卡紧，没有虚位；（3）本发明采用锁定块对锚定状态进行锁定，有效保证丢手后坐封状态可靠。
附图说明
图1是本发明一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器锚定块收回状态的结构示意图。
图2是本发明一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器锚定块伸出状态的结构示意图。
图3是图1A-A截面的剖视图。
图4是图1B-B截面的剖视图。
图中：1-控制短接、2-储油筒体、3-压油活塞、4-增压筒体、5-塞打螺钉、6-增压活塞、7-作动活塞、8-圆锥体、9-锚定筒体、10-压板、11-圆柱弹簧、12-锁定块、13-锚定块、14-片弹簧、15-锥块、16-引鞋、101-控制器模块、102-电磁换向阀、103-进气通道、104-排气通道a、105-排气通道b、201-气流通道a、202-气流通道b、203-储油室、401-气流通道c、402-排气通道c、403-排油通道、404-排气室、405-进油喉、406-压力油室、407-排气通道d。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器，是由控制短接1、储油筒体2、压油活塞3、增压筒体4、塞打螺钉5、增压活塞6、作动活塞7、圆锥体8、锚定筒体9、压板10、锁定块12、圆柱弹簧11、锚定块13、片弹簧14、锥块15和引鞋16构成；其结构特征是：控制短接1内部安装有控制器模块101和电磁换向阀102，进气通道103和电磁换向阀102入口接通，排气通道a104和排气通道b105分别与电磁换向阀102两个出口接通，排气通道a104下端出口设置一圈环形槽口，排气通道b105设置在控制短接1中心位置处；控制短接1上端和斜向器下端丝扣连接，控制短接1下端和储油筒体2上端丝扣连接，进气通道103和斜向器内部输气流道接通；储油筒体2内腔设置有气流通道a201、气流通道b202和储油室203，储油筒体2外圆下部周向均匀设置五个扶正筋，每个扶正筋上均设置有径向台阶孔；储油筒体2下端和增压筒体4上端用塞打螺钉5固紧，压油活塞3置入储油室203内腔，气流通道a201上端和排气通道a104下端环形槽口联通，气流通道a201下端和气流通道c401上端联通，气流通道b202上端和排气通道b105下端联通，气流通道b202下端和储油室203上端联通；增压筒体4内腔上部设置有排气室404，内腔下部设置有压力油室406，排气室404和压力油室406之间设置有进油喉405；增压筒体4上部设置有气流通道c401，气流通道c401下端和排气室404上端联通，排气通道c402和排气室404下端联通，排油通道403上端和储油室203下端联通，排油通道403下端和进油喉405联通，排气通道d407和压力油室406下端联通；增压筒体4外圆上部周向均匀设置五个螺钉孔；增压活塞6的活塞端置入增压筒体4的排气室404内，增压活塞6的活塞杆置入增压筒体4的进油喉405内，作动活塞7上端置入增压筒体4的压力油室406内；锚定筒体9上端和增压筒体4下端丝扣连接，锚定筒体9下端和引鞋16上端丝扣连接；圆锥体8置入锚定筒体9内腔，圆锥体8上端和作动活塞7下端丝扣连接；引鞋16前段设置为锥形结构；安装完成后，储油室203内充满液压油；控制器模块101利用脉冲信号与地面进行通讯，控制器模块101可以控制电磁换向阀102转换工位；坐封过程中，控制器模块101首先控制电磁换向阀102联通进气通道103和排气通道b105，此时压缩空气推动压油活塞3运动，储油室203中的液压油流经排油通道403和进油喉405进入压力油室406，然后控制器模块101控制电磁换向阀102联通进气通道103和排气通道a104，上部钻柱内的压缩空气经气流通道a201、气流通道c401进入排气室404上部，压缩空气推动增压活塞6轴向下移，进油喉405被封闭，压力油室406内的液压油封死在压力油室406内，压力油室406内的液压油在增压活塞6的压力平衡作用下成为高压液压油，推动作动活塞7轴向下移，进而推动圆锥体8轴向下移，锥块15在圆锥体8的作用下径向伸出，并作用于片弹簧14推动锚定块13径向伸出，卡在裸眼井壁上。
如图4所示，锚定筒体9外圆中部周向均匀设置六个扶正筋，扶正筋上设置有矩形台阶孔，矩形台阶孔外端设置有矩形沉槽；六个锥块15分别置入锚定筒体9六个扶正筋上的矩形台阶孔底部，锥块15两端矩形凸台钩挂在锚定筒体9的矩形台阶孔底部台阶上，锥块15的斜面与圆锥体8的圆锥面压紧；锥块15内侧设置为斜面，锥块15外侧设置有矩形凸台；片弹簧14和锚定块13共同置入锚定筒体9的矩形台阶孔内；片弹簧14具有极大刚度，片弹簧14被锥块15和锚定块13压紧；锚定块13外侧设置有锯齿状卡齿，锚定块13两侧设置有锯齿状棘齿，锚定块13两侧底部设置有凸台；锁定块12和圆柱弹簧11安装在锚定筒体9矩形台阶孔外侧矩形沉槽的两端，锁定块12一端设置有斜插结构，锁定块12的斜插结构插入锚定块13两侧的锯齿状棘齿内，保证锚定块13径向伸出状态锁定，有效防止锚定块13回退；压板10中部设置有矩形通孔，压板10两端用螺钉固定在锚定筒体9扶正筋上。
本发明一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器利用液压油体积不可压缩的原理，在空气钻井技术中对液压油进行压缩，形成压力增大的效果，有效保证足够的液压推力，使斜向器在裸眼井环境中坐挂可靠。
Claims (2)
1.一种空气钻井用裸眼侧钻坐封器，是由控制短接（1）、储油筒体（2）、压油活塞（3）、增压筒体（4）、塞打螺钉（5）、增压活塞（6）、作动活塞（7）、圆锥体（8）、锚定筒体（9）、压板（10）、圆柱弹簧（11）、锁定块（12）、锚定块（13）、片弹簧（14）、锥块（15）和引鞋（16）构成；其特征是：控制短接（1）内部安装有控制器模块（101）和电磁换向阀（102），进气通道（103）和电磁换向阀（102）入口接通，排气通道a（104）和排气通道b（105）分别与电磁换向阀（102）两个出口接通，排气通道a（104）下端出口设置一圈环形槽口，排气通道b（105）设置在控制短接（1）中心位置处；控制短接（1）上端和斜向器下端丝扣连接，控制短接（1）下端和储油筒体（2）上端丝扣连接，进气通道（103）和斜向器内部输气流道接通；储油筒体（2）内腔设置有气流通道a（201）、气流通道b（202）和储油室（203），储油筒体（2）外圆下部周向均匀设置五个扶正筋，每个扶正筋上均设置有径向台阶孔；储油筒体（2）下端和增压筒体（4）上端用塞打螺钉（5）固紧，压油活塞（3）置入储油室（203）内腔，气流通道a（201）上端和排气通道a（104）下端环形槽口联通，气流通道a（201）下端和气流通道c（401）上端联通，气流通道b（202）上端和排气通道b（105）下端联通，气流通道b（202）下端和储油室（203）上端联通；增压筒体（4）内腔上部设置有排气室（404），内腔下部设置有压力油室（406），排气室（404）和压力油室（406）之间设置有进油喉（405）；增压筒体（4）上部设置有气流通道c（401），气流通道c（401）下端和排气室（404）上端联通，排气通道c（402）和排气室（404）下端联通，排油通道（403）上端和储油室（203）下端联通，排油通道（403）下端和进油喉（405）联通，排气通道d（407）和压力油室（406）下端联通；增压筒体（4）外圆上部周向均匀设置五个螺钉孔；增压活塞（6）的活塞端置入增压筒体（4）的排气室（404）内，增压活塞（6）的活塞杆置入增压筒体（4）的进油喉（405）内，作动活塞（7）上端置入增压筒体（4）的压力油室（406）内；锚定筒体（9）上端和增压筒体（4）下端丝扣连接，锚定筒体（9）下端和引鞋（16）上端丝扣连接；圆锥体（8）置入锚定筒体（9）内腔，圆锥体（8）上端和作动活塞（7）下端丝扣连接；锚定筒体（9）外圆中部周向均匀设置六个扶正筋，扶正筋上设置有矩形台阶孔，矩形台阶孔外端设置有矩形沉槽；六个锥块（15）分别置入锚定筒体（9）六个扶正筋上的矩形台阶孔底部，锥块（15）两端矩形凸台钩挂在锚定筒体（9）的矩形台阶孔底部台阶上，锥块（15）的斜面与圆锥体（8）的圆锥面压紧；锥块（15）内侧设置为斜面，锥块（15）外侧设置有矩形凸台；片弹簧（14）和锚定块（13）共同置入锚定筒体（9）的矩形台阶孔内；片弹簧（14）被锥块（15）和锚定块（13）压紧；锚定块（13）外侧设置有锯齿状卡齿，锚定块（13）两侧设置有锯齿状棘齿，锚定块（13）两侧底部设置有凸台；锁定块（12）和圆柱弹簧（11）安装在锚定筒体（9）矩形台阶孔外侧矩形沉槽的两端，锁定块（12）一端设置有斜插结构，锁定块（12）的斜插结构插入锚定块（13）两侧的锯齿状棘齿内，保证锚定块（13）径向伸出状态锁定，有效防止锚定块（13）回退；压板（10）中部设置有矩形通孔，压板（10）两端用螺钉固定在锚定筒体（9）扶正筋上；引鞋（16）前段设置为锥形结构；安装完成后，储油室（203）内充满液压油；控制器模块（101）利用脉冲信号与地面进行通讯，控制器模块（101）可以控制电磁换向阀（102）转换工位；坐封过程中，控制器模块（101）首先控制电磁换向阀（102）联通进气通道（103）和排气通道b（105），此时压缩空气推动压油活塞（3）运动，储油室（203）中的液压油流经排油通道（403）和进油喉（405）进入压力油室（406），然后控制器模块（101）控制电磁换向阀（102）联通进气通道（103）和排气通道a（104），上部钻柱内的压缩空气经气流通道a（201）、气流通道c（401）进入排气室（404）上部，压缩空气推动增压活塞（6）轴向下移，进油喉（405）被封闭，压力油室（406）内的液压油封死在压力油室（406）内，压力油室（406）内的液压油在增压活塞（6）的压力平衡作用下成为高压液压油，推动作动活塞（7）轴向下移，进而推动圆锥体（8）轴向下移，锥块（15）在圆锥体（8）的作用下径向伸出，并作用于片弹簧（14）推动锚定块（13）径向伸出。
2.根据权利要求1所述的空气钻井用裸眼侧钻坐封器，其特征在于：所述片弹簧（14）具有大刚度。
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