CN110748313A - 无线自定向液压一体式开窗侧钻工具 - Google Patents

Abstract

一种无线自定向液压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，坐封锚定装置包括缸套，设在缸套内的上、下锥形体以及连接上、下锥形体的限位管；在下锥形体的内孔下端设有坐封卡沿；在下锥形体内位于限位管与坐封卡沿之间设有阀芯和压力弹簧，阀芯上端与下锥形体内孔间隙配合；阀芯下端在压力弹簧的作用下与坐封卡沿之间形成流通间隙；当钻井液排量达到或超过预定值时所述压力弹簧被压缩，所述阀芯被压在坐封卡沿上使流通间隙封闭。该开窗侧钻工具不仅能够循环钻井液以便采用无线测井仪定向，而且在完成定向后能够实现憋压坐封，工作可靠；简化定向作业，缩短定向时间。

Description

无线自定向液压一体式开窗侧钻工具

技术领域

本发明属于修井工具，特别涉及一种无线自定向液压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，而一体式开窗侧钻工具就是将安装在传统的导斜器斜铁上的送入器换成了可以进行开窗磨铣作业的铣锥，即将导斜器和铣锥组合在一起的开窗侧钻工具。

由于绝大多数侧钻井都需要定向，而对于需要定向的侧钻井，一体式开窗侧钻工具在下井前必须在铣锥上安装一个定位接头，借助该定位接头和陀螺仪来确定导斜器斜铁斜面在井内的方位。该定位接头是由用于连接钻具和铣锥的接头主体，同轴嵌套在接头主体内的空心活塞体，沿径向插入到活塞体内的定位键，安装在空心活塞体上的两组密封圈，垂直分布在接头主体上的两个用于固定活塞体的固定螺栓，以及用于调整活塞体角度的专用套筒组成。

作业时，需要将定位接头接在铣锥上并用人力旋紧后，再用专用套筒调整活塞体角度使定位键正对导斜器斜铁斜面中心线，然后旋紧固定螺栓使活塞体固定在接头主体内从而固定定位键，由于受到现场施工条件和人力限制，上述操作不仅费工费力，而且定向误差较大；此外在导斜器下井前在井口还要用液压大钳将导斜器与定位接头加力旋紧，这样又使定位键与导斜器斜面的相对位置发生了改变，因此还需要矫正，既增加了作业成本，也降低了作业效率。

为解决上述问题，公开号为CN206845130U的实用新型专利公开了一种自定向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，其特殊之处是：在铣锥上沿径向固设有一个定位键，该定位键凸出铣锥内壁且与导斜器斜铁的斜面中心线对正；所述定位键与用于确定导斜器斜铁斜面方位的陀螺仪上的键槽相匹配。这样开窗侧钻工具下井到位后可以直接用测井车下陀螺仪定向，无需定位接头，工作可靠，既降低了材料成本和作业成本，也提高了作业效率。但由于陀螺仪为有线测井，不仅需要专用的测井车用电缆起下，而且测井准备和作业时间比较长，给侧钻施工带来诸多不便。

随着技术进步，无线测井即随钻测井技术日臻完善，有线测井系统逐步被无线测井系统如MWD和LWD所取代，而无线测井系统需要循环钻井液才能将测井参数输送到地面，因此用无线测井系统定向的前提条件是必须能循环钻井液。

而目前国内外普遍使用的液压固定式开窗侧钻工具有两种：一种采用预置坐封球结构，这种开窗侧钻工具无法循环钻井液，如上述的自定向一体式开窗侧钻工具，由于该工具一旦循环钻井液就开始坐封，因此无法采用无线测井系统定向；另一种是后投坐封球的开窗侧钻工具，可以循环钻井液但必须投入坐封球才能实现坐封，如公开号为CN102364029B公开的一体式开窗侧钻工具，这种工具若在钻具内放置无线测井仪，坐封球就不能投放到位，造成无法实现坐封。正因为现有的液压固定式开窗侧钻工具的结构问题，限制了无线测井仪在液压开窗侧钻工具定向中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不仅能够循环钻井液以便采用无线测井仪定向，而且在完成定向后能够实现憋压坐封，工作可靠的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具。

本发明的技术方案如下：

一种无线自定向液压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，所述坐封锚定装置包括缸套，设在缸套内的上、下锥形体以及连接上、下锥形体的限位管；在下锥形体的内孔下端设有一个坐封卡沿；

其特殊之处是：在下锥形体内位于限位管与坐封卡沿之间设有阀芯和套设在阀芯上的压力弹簧，阀芯上端与下锥形体内孔间隙配合；阀芯下端在压力弹簧的作用下与坐封卡沿之间形成流通间隙，用于使钻井液流出坐封锚定装置实现钻井液的循环；当钻井液排量达到或超过预定值时所述压力弹簧被压缩，所述阀芯被压在坐封卡沿上使流通间隙封闭，用于实现憋压坐封。

作为进一步优选，所述阀芯为阶梯轴状，其上端轴径大于下部轴径，且上端与下锥形体内孔滑动间隙配合，下端为与坐封卡沿配合的半圆球形或锥形，使阀芯沿下锥形体的轴线布置。

作为进一步优选，在阀芯上端外缘沿圆周均布有二个或多个扇形豁口，用于实现钻井液的流通循环。

作为进一步优选，在铣锥上沿径向设有一个定位键，该定位键凸出铣锥内壁且与导斜器斜铁的斜面中心线对正；该定位键与用于确定导斜器斜铁斜面方位的无线测井仪上的键槽相匹配，以便于实现无线测井仪的定位。

作为进一步优选，所述铣锥下部压在导斜器斜铁的斜面上部，在导斜器斜铁上端与铣锥之间沿径向设有定位螺栓，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。

作为进一步优选，所述导斜器斜铁通过一个定位块卡在设置于铣锥下部外缘的弧形燕尾槽内，在定位块上设有与所述弧形燕尾槽相匹配的弧形卡沿，所述定位块通过弧形卡沿卡入弧形燕尾槽内；所述定位块和定位键分别位于铣锥轴线的两侧。

作为进一步优选，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。

作为进一步优选，所述坐封锚定装置中的上、下锥形体上分别均布连接有可由缸套外壁伸出的卡瓦，限位管两端分别与上、下锥形体通过螺纹连接，在限位管上均布有条形孔；所述射流管上、下端分别与导液管和上锥形体插接。

作为进一步优选，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所述弧形燕尾槽、其余大部分为里窄外宽的梯形槽。

本发明的有益效果是：

1、由于在下锥形体内位于限位管与坐封卡沿之间设有阀芯和压力弹簧，阀芯上端与下锥形体内孔间隙配合并在压力弹簧的作用下顶靠限位管下端面；阀芯下端在压力弹簧的作用下与坐封卡沿之间形成流通间隙，能够使钻井液流出坐封锚定装置实现钻井液的循环，因此能够采用无线测井仪进行定向；由于当钻井液排量达到或超过预定值时所述阀芯被压在坐封卡沿上使流通间隙封闭，使坐封锚定装置实现憋压坐封，这样既能满足采用无线测井仪定向时的循环钻井液要求，又能满足坐封憋压要求；大大简化定向作业，缩短了定向时间，节约了可观的定向作业费用。

2、使用方便，作业时能够将该开窗侧钻工具与无线测井仪同时下井，到达井内预定位置便可直接循环钻井液开始定向和坐封，不仅省去了用测井车起下陀螺仪的作业，也避免了因起下陀螺仪造成附着在钻具内壁上的杂质脱落堆积形成堵塞，导致工具无法坐封；大大缩短了定向作业时间和建井周期，提高了坐封成功率。

3、由于阀芯下端在压力弹簧的作用下与坐封卡沿之间形成流通间隙，从而使该开窗侧钻工具内、外钻井液连通，能够避免在起下该开窗侧钻工具过程中由于压力激动或抽吸引起的误坐封。

4、由于在阀芯上套设有压力弹簧，因此当该开窗侧钻工具憋压坐封完成后，在地面将坐封压力释放后所述阀芯在压力弹簧的作用下复位将流通间隙复原，可使钻井液恢复循环状态，使该开窗侧钻工具能够用于裸眼井和套管严重损坏井的开窗侧钻。

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4是图3的B-B剖视图。

图中：引鞋管1，坐封套2，坐封卡沿201，流通间隙3，阀芯4，豁口401，压力弹簧5，纵向卡瓦6，剪切螺钉7，下锥形体8，密封圈9，限位管10，条形孔101，缸套11，上锥形体12，径向卡瓦13，剪切螺钉14，射流管15，导斜器斜铁16，导液管17，铣锥头18，定位块19，定位螺钉20，定位螺栓21，铣锥22，定位键23。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图4所示，本发明涉及的一种无线自定向液压导斜器，包括依次连接的空心铣锥22、导斜器斜铁16和坐封锚定装置，在铣锥22上部沿径向插入并焊接有一个定位键23，该定位键23凸出铣锥内壁且与导斜器斜铁16的斜面中心线对正；所述定位键23与用于确定导斜器斜铁16斜面方位的无线测井仪引子上的键槽相匹配。铣锥22的内孔为由上至下依次递减的阶梯孔，铣锥22内孔上端为用于连接钻具的连接螺孔，铣锥22内孔对应定位键23处的一段孔径大于无线测井仪引子直径2毫米，所述定位键23凸出铣锥22内壁3毫米。

所述铣锥22下部外缘压在导斜器斜铁16的斜面上部，在铣锥22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16一侧为一段里宽外窄的弧形燕尾槽、其余大部分为里窄外宽的梯形槽，在导斜器斜铁16的斜面上对应环形凹槽处固设有定位块19，定位块19对应导斜器斜铁16的一侧为圆柱形并插入焊接在导斜器斜铁16上，在定位块19上设有与弧形燕尾槽相配合的弧形卡沿，定位块19通过弧形卡沿卡入弧形燕尾槽内，在定位块19与铣锥22之间连接有定位螺钉20。

在导斜器斜铁16上端与铣锥22之间沿径向设有定位螺栓21。在铣锥22上对应定位螺栓21处沿径向设有副水孔，在定位螺栓21上设有与副水孔连通的盲孔，在导斜器斜铁16与铣锥22未脱开时所述定位螺栓21将副水孔堵死，在导斜器斜铁16与铣锥22脱开时即定位螺栓21被剪断后，所述铣锥内孔通过副水孔和盲孔与铣锥22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。

在导斜器斜铁16内设有连通铣锥22内孔与坐封锚定装置内腔的导液管17，在铣锥22下端固接有铣锥头18，在铣锥头18上设有与铣锥22内孔连通的喷嘴孔，所述导液管17上端由导斜器斜铁的斜面上部引出并插入焊接到所述喷嘴孔内。

所述的坐封锚定装置包括固接在导斜器斜铁16下端外缘的缸套11和插入并固定在导斜器斜铁16下端中心孔内的射流管15，该射流管15上端与所述导液管17下端相互插接。在缸套11内设有空心的上锥形体12和下锥形体8，射流管15下端与上锥形体12的中心孔间隙配合插接，在射流管15与上锥形体12之间以及在上、下锥形体与缸套11之间分别设有密封圈9。在上锥形体12外壁通过剪切螺钉14圆周均布连接有径向卡瓦13，在下锥形体8外壁通过剪切螺钉7圆周均布连接有纵向卡瓦6，所述径向卡瓦13和纵向卡瓦6在上锥形体12和下锥形体8的推动下可由设置在缸套11外壁上的矩形开口伸出，在下锥形体8的中心孔内设有限位管10，限位管10上端与上锥形体12内孔通过粗牙螺纹连接，限位管10与下锥形体8通过细牙锯齿形螺纹连接且限位管10上的锯齿形螺纹牙尖朝下，在限位管10的管壁上圆周均布有沿纵向布置的条形孔101。在缸套11下端通过螺纹连接有引鞋管1。

所述下锥形体的两端为直管段，在下锥形体下端口内插入并焊接有坐封套2，坐封套2上端口在下锥形体的内孔下端形成一个坐封卡沿201，坐封卡沿为锥形。在下锥形体内位于限位管与坐封卡沿之间设有阀芯4和套设在阀芯4上的压力弹簧5，阀芯4上端与下锥形体内孔间隙配合并在压力弹簧5的作用下顶靠限位管下端面；阀芯4下端在压力弹簧5的作用下与坐封卡沿201之间形成流通间隙3，用于使钻井液流出坐封锚定装置实现钻井液的循环，这样在用无线测井仪定向时就可以循环钻井液进行数据输送。当钻井液排量达到或超过预定值时所述压力弹簧5被钻井液推动阀芯4压缩，所述阀芯4下端被压在坐封卡沿上使流通间隙3封闭，用于实现憋压坐封。

所述阀芯4为阶梯轴状，其上端轴径大于下部轴径，且上端与下锥形体内孔滑动间隙配合，下端为与坐封卡沿配合的半圆球形或锥形，使阀芯4沿下锥形体的轴线布置。在阀芯4上端外缘沿圆周均布有二个或多个扇形豁口401，本实施例以三个豁口为例，用于实现钻井液的流通循环。

作业时，具体操作步骤如下：

1、将铣锥上端与钻具连接并将无线测井仪放在钻具内，无线测井仪在自身重力作用下到达铣锥内腔，当无线测井仪引子经过定位键23继续下行时，受到铣锥内腔尺寸和定位键23限制以及自身重力作用，迫使无线测井仪引子笔尖导引自身键槽卡到定位键23上。

2、用钻具将该开窗侧钻工具下到井下预定位置后，连接上方钻杆或顶驱即可开泵循环钻井液，钻井液排量略大于无线测井仪工作所需排量的下限即可。钻井液依次通过钻具内孔、无线测井仪进入铣锥内孔、导液管17、射流管15、上锥形体12内孔，限位管10到达阀芯4处，阀芯4被钻井液推动后会压缩压力弹簧5产生下移，但不会将流通间隙3封闭，钻井液通过阀芯4上端的扇形豁口401和阀芯4下端的流通间隙3由坐封套2喷出并进入引鞋管1，再经过该开窗侧钻工具和钻具与井内套管形成的环形空间返回地面，根据地面接收仪器读取的测井数据，来旋转钻具将导斜器斜铁16斜面的方位角调整到设计的方位，即完成导斜器斜铁16定向工作。

3、然后加大钻井液排量，使钻井液经过阀芯时所产生的压差增大，由该压差形成的对阀芯的压力迫使压力弹簧5压缩直至阀芯压在所述坐封卡沿4上并使流通间隙3封闭，此时阀芯在钻井液的压力作用下压在坐封卡沿上憋压不动，使钻具内充满高压钻井液，通过条形孔101进入上锥形体12和下锥形体8之间的高压钻井液便会推动上锥形体12并带动限位管10使其与下锥形体8发生“滑扣”现象，最终上锥形体12将剪切螺钉14剪断、下锥形体8将剪切螺钉7剪断并迫使径向卡瓦13和纵向卡瓦6卡到井壁上，当泵压达到预定值时，停泵稳压30秒。然后正转钻具，钻具带动铣锥旋转将定位螺栓21和定位螺钉20剪断，从而打开铣锥副水孔，同时定位块19从弧形燕尾槽中旋出，继续旋转钻具，导液管17在喷嘴孔出口处被拧断而使喷嘴孔自然形成铣锥喷嘴，此时导斜器斜铁16和铣锥22完全脱开，便可重新开泵循环钻井液，旋转钻具并施加钻压进行开窗侧钻。开窗过程中，一旦铣锥喷嘴孔被地层或水泥憋堵，通过铣锥副水孔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 (9)

1.一种无线自定向液压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，所述坐封锚定装置包括缸套，设在缸套内的上、下锥形体以及连接上、下锥形体的限位管；在下锥形体的内孔下端设有坐封卡沿；其特征在于：

在下锥形体内位于限位管与坐封卡沿之间设有阀芯和套设在阀芯上的压力弹簧，阀芯上端与下锥形体内孔间隙配合；阀芯下端在压力弹簧的作用下与坐封卡沿之间形成流通间隙，用于使钻井液流出坐封锚定装置实现钻井液的循环；当钻井液排量达到或超过预定值时所述压力弹簧被压缩，所述阀芯被压在坐封卡沿上使流通间隙封闭，用于实现憋压坐封。

2.根据权利要求1所述的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具，其特征在于：所述阀芯为阶梯轴状，其上端轴径大于下部轴径，且上端与下锥形体内孔滑动间隙配合，下端为与坐封卡沿配合的半圆球形或锥形，使阀芯沿下锥形体的轴线布置。

3.根据权利要求2所述的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具，其特征在于：在阀芯上端外缘沿圆周均布有二个或多个扇形豁口，用于实现钻井液的流通循环。

4.根据权利要求1-3任一项所述的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具，其特征在于：在铣锥上沿径向设有一个定位键，该定位键凸出铣锥内壁且与导斜器斜铁的斜面中心线对正；该定位键与用于确定导斜器斜铁斜面方位的无线测井仪上的键槽相匹配，以便于实现无线测井仪的定位。

5.根据权利要求4所述的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具，其特征在于：所述铣锥下部压在导斜器斜铁的斜面上部，在导斜器斜铁上端与铣锥之间沿径向设有定位螺栓，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。

6.根据权利要求5所述的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具，其特征在于：所述导斜器斜铁通过一个定位块卡在设置于铣锥下部外缘的弧形燕尾槽内，在定位块上设有与所述弧形燕尾槽相匹配的弧形卡沿，所述定位块通过弧形卡沿卡入弧形燕尾槽内；所述定位块和定位键分别位于铣锥轴线的两侧。

7.根据权利要求1或6所述的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具，其特征在于：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。

8.根据权利要求7所述的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具，其特征在于：所述坐封锚定装置中的上、下锥形体上分别均布连接有可由缸套外壁伸出的卡瓦，限位管两端分别与上、下锥形体通过螺纹连接，在限位管上均布有条形孔；所述射流管上、下端分别与导液管和上锥形体插接。

9.根据权利要求6所述的无线自定向液压一体式开窗侧钻工具，其特征在于：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所述弧形燕尾槽、其余大部分为里窄外宽的梯形槽。

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