CN110984859A - 一种径向水平钻井及防砂完井工具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气田钻完井技术领域,尤其是涉及一种径向水平钻井及防砂完井工具及方法,其中工具的特征在于包括径向水平钻井辅助管柱、径向水平钻井工具串和防砂工具,径向水平钻井辅助管柱包括相互串联的深度调节工具、专用油管组合、校深工具、方位测定辅助工具、轴向锚定工具、方位调节工具和钻进导向工具,径向水平钻井工具串包括相互串联的测井电缆、循环进液工具、重力密封工具、周向锚定工具、动力马达、变扣接头、柔性钻杆和铣钻头工具。本发明能够在井筒和油层之间建立10‑20m(硬地层)的稳定泄流通道,代替常规射孔进行深穿透完井,穿越近井污染带,穿透油井侵入带,提高注水井、注气井及处理井的注入量。
Description
技术领域
本发明属于油气田钻完井技术领域,尤其是涉及一种径向水平钻井及防砂完井工具及方法。
背景技术
钻井、修井等作业过程中,地层不可避免地会受到污染,据有关文献报道:污染半径约为0.6-1.5m,同时距井眼10m内流动压降占60%以上,近井地带的渗透率会因此而下降。
目前常用的射孔手段射入深度较短,仅为0.4-1m,且射孔压实效应易造成地层二次损害,炮眼周围渗透率降低70%-80%。径向水力喷射钻孔技术能够成功穿透污染带,解除近井污染,增大井筒泄油面积,但仅适用于较松软地层,在硬地层中施工效果有限。此外,针对易塌易出砂地层,喷射完成孔道不稳定,容易坍塌堵塞,严重影响了施工效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种径向水平钻井及防砂完井工具及方法,该技术穿透距离长,孔位准确,完成孔道坚固稳定,适用于软、硬多种岩层,无压实效应及二次污染,能有效解除近井污染,增大井筒泄流面积,提高地层导流能力。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的:
本发明的径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于包括径向水平钻井辅助管柱、径向水平钻井工具串和防砂工具,
所述的径向水平钻井辅助管柱包括相互串联的深度调节工具、专用油管组合、校深工具、方位测定辅助工具、轴向锚定工具、方位调节工具和钻进导向工具,
所述的径向水平钻井工具串包括相互串联的测井电缆、循环进液工具、重力密封工具、周向锚定工具、动力马达、变扣接头、柔性钻杆和铣钻头工具,
所述的铣钻头工具包括套管开窗铣头或地层钻进钻头,
所述的防砂工具包括支撑骨架,包裹在此支撑骨架外部的防砂表皮,套接在此防砂表皮外侧将防砂表皮和支撑骨架扣接成一体的扣压接头,所述的支撑骨架是由数个中空骨架单节组装成的万向轴,每个中空骨架单节包括凹陷部分,嵌入此凹陷部分内的凸出部分。
所述的深度调节工具包括中心管Ⅰ,与此中心管Ⅰ螺纹连接的主体Ⅰ,设置在所述中心管Ⅰ上的自锁螺纹,内螺纹与此自锁螺纹相配合且设置在所述中心管Ⅰ外的限位环Ⅰ,连接此限位环Ⅰ和所述主体Ⅰ的限位销钉Ⅰ,与所述中心管Ⅰ上端头螺纹连接的上接头Ⅰ,与所述主体Ⅰ下端头螺纹连接的下接头Ⅰ,设置在所述中心管Ⅰ与主体Ⅰ之间且位于所述主体Ⅰ下端的密封圈,设置在所述主体Ⅰ下端与所述下接头Ⅰ之间的密封圈。
所述的校深工具包括中心管Ⅱ,与此中心管Ⅱ上端头螺纹连接的上接头Ⅱ,与所述的中心管Ⅱ下端头螺纹连接的下接头Ⅱ,与此下接头Ⅱ螺纹连接的下部油管,套接在所述中心管Ⅱ外部的扶正座Ⅰ,设置在此扶正座Ⅰ的扶正槽内的扶正弹簧Ⅰ和扶正块Ⅰ,分别与所述的扶正座Ⅰ的上、下两端螺纹连接的上限位套Ⅰ和下限位套Ⅰ。
所述的方位测定辅助工具包括辅助工具主体Ⅱ,设置在此辅助工具主体Ⅱ下端内部的轴向键槽和内螺纹,设置在所述轴向键槽内的定向键,与所述内螺纹螺纹连接的限位套。
所述的轴向锚定工具包括中心管Ⅲ,设置在此中心管Ⅲ上端头的上接头Ⅲ和上部油管,上端与所述的上部油管相连接、且下部与所述中心管Ⅲ相连接的卡瓦锥体,设置在所述中心管Ⅲ上的卡瓦座,设置在此卡瓦座上部凹槽内的卡瓦,设置在此卡瓦上的卡瓦弹簧,与所述卡瓦座下部螺纹连接的扶正座Ⅱ,设置在此扶正座Ⅱ的扶正槽内的扶正弹簧Ⅱ和扶正块Ⅱ,与所述扶正座Ⅱ下端螺纹连接的下限位套Ⅱ,设置在此下限位套Ⅱ内部的滑环Ⅰ,设置在此滑环Ⅰ内部的滑环销钉Ⅰ,呈V形圆周循环式布置在所述中心管Ⅲ外表面的轨道结构Ⅰ,此轨道结构Ⅰ包括下轨道槽、下导斜面、上导斜面、上轨道短槽和上轨道长槽。
所述的方位调节工具包括中心管Ⅳ,与此中心管Ⅳ上端头螺纹连接的上接头Ⅳ,通过换向销钉与所述的中心管Ⅳ相连接的换向套,与所述的中心管Ⅳ螺纹连接的限位环Ⅱ,呈V形圆周循环式布置在所述中心管Ⅳ外表面的轨道结构Ⅱ。
所述的钻进导向工具包括通过固定螺钉Ⅱ连接的两瓣式结构本体,设置在此两瓣式结构本体上的固定螺钉Ⅰ和限位销钉Ⅱ,端部切线垂直于所述两瓣式结构本体轴线,并通过所述固定螺钉Ⅱ固定在所述两瓣式结构本体上的轨道口防磨块,通过固定螺钉Ⅲ安装在所述两瓣式结构本体上的背部防磨块,设置在此背部防磨块中部的排屑孔Ⅰ,设置在所述两瓣式结构本体下方的排屑孔Ⅱ,与所述两瓣式结构本体下端相连接的下接头Ⅲ和下引鞋Ⅰ。
一种径向水平钻井及防砂完井的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)施工前准备
a、选用不小于管柱最大外径的通径规,通井至人工井底;
b、通井到位后洗井,替净井内杂质及原油;起出通井管柱,提出通径规,要求完好无刮痕;
(2)施工作业
a、下辅助管柱:将钻进导向工具、方位调节工具、轴向锚定工具、方位测定辅助工具、校深工具、专用油管组合及深度调节工具依次调试、测量、连接,下至井内设计深度;深度调节工具安装在井口,便于旋转调节;
b、校深及深度调节:工具串下入射孔段后,每经过一个套管长度均会产生悬重波动,经过短套管时,悬重波动发生时间间隔出现变化,以此为依据得出工具串下至短套管时的实际孔眼深度,计算孔眼设计深度与短套管深度的差值,再下入相应长度的油管、油管短节并调节深度调节工具即达到孔眼设计深度位置;深度调节工具安装在井口工具与专用油管组合之间,用于微调孔眼深度;进行调节时,将深度调节工具提出井口,坐挂油管吊卡,旋转中心管Ⅰ,逆时针旋转中心管Ⅰ,矩形螺纹旋出,工具长度增加,孔眼深度随之增加,反之,孔眼深度减小;深度相差较大时,仍需使用油管短节进行调整;
c、方位测定及调节:目标孔有具体方位要求时,由专业测井队来施工现场进行测定,下入方位测定辅助工具,方位测定辅助工具下端具有键槽结构,与定向键相吻合,在定向键的配合下,完成孔眼方位测定,得出孔眼初始方位;孔眼初始方位与设计方位完全吻合或其差值在允许误差范围内时,直接进行下一步骤,否则通过方位调节工具或井口旋转油管管柱的方法进行方位调节;
通过方位调节工具调节孔眼方位时,需先将管柱锚定,之后下入方位调节配套工具,方位调节配套工具下至换向套下部液缸内部,开启地面高压泵,打压,扶正弹簧Ⅲ变形张开,此时上提方位调节配套工具,受到液缸中部内凹结构限位作用,带动换向套一同向上运动,张力达到设定数值时,下放方位调节配套工具,中心管Ⅳ外表面设计有轨道结构Ⅱ,在换向销钉和换向轨道槽的作用下,换向套发生转动,其转动角度为固定值;完成方位调节后,打压,扶正弹簧Ⅲ收缩,外径缩小,方位调节配套工具可顺利提出地面;
d、管柱锚定:孔眼轴向深度及方位调节完毕后,利用轴向锚定工具进行辅助管柱锚定;轴向锚定工具在下入过程中,扶正块Ⅱ与套管内壁始终处于紧贴状态,并具有一定正压力及摩擦力,致使扶正块Ⅱ与中心管Ⅲ之间可产生相对运动;中心管Ⅲ上的轨道结构Ⅰ呈圆周循环布置,中心管Ⅲ相对于扶正块Ⅱ上下移动时,滑环销钉Ⅰ沿中心管Ⅲ上的轨道结构Ⅰ运动;轴向锚定工具串下入井下时,滑环销钉Ⅰ位于上轨道短槽上端,此时卡瓦处于关闭状态,轴向锚定工具串能够下入井筒,进行管柱锚定时,上提下放管柱,中心管Ⅲ相对于扶正块Ⅱ上下移动,滑环销钉Ⅰ沿中心管Ⅲ上的轨道结构Ⅰ发生移动,在下导斜面和上导斜面作用下,滑环销钉Ⅰ位置由上轨道短槽上端变换到上轨道长槽上端,卡瓦椎体向下楔入卡瓦中间,卡瓦张开,卡住套管内壁,从而完成管柱锚定;
e、套管开窗:下入开窗工具串,包括测井电缆、循环进液工具、重力密封工具、周向锚定工具、动力马达、变扣接头、柔性钻杆、铣钻头工具;铣钻头工具选用套管开窗铣头;工具串下到井底,套管开窗铣头抵在套管内壁处,此时重力密封工具坐挂密封完毕,启动高压泵,向辅助管柱内泵入高压液体,高压液体经循环进液工具进入工具串内部,依次经过重力密封工具、周向锚定工具及动力马达,产生的钻压及扭矩,经过变扣接头、开窗专用柔性钻杆传递到套管开窗铣头上,驱动套管开窗铣头在套管壁上磨铣出一个直径约30-35mm的窗口,停泵,起出工具串;
f、地层钻进:下入钻进工具串,结构同开窗工具串,但柔性钻杆选用地层钻进柔性钻杆,铣钻头工具选用地层钻进钻头,工具串下到位后,地层钻进钻头抵在已经开好的套管窗口内;启动高压泵,高压液体经过重力密封工具、周向锚定工具及动力马达产生的钻压及扭矩经过变扣接头、地层钻进柔性钻杆传递到地层钻进钻头上,驱动地层钻进钻头穿透水泥环,进入地层内部,在地层内钻出25-28mm的泄流通道,完钻或出现特殊工况时,停泵;起出工具串,根据钻进情况,判定是否需要更换钻具、加长柔性钻杆,重复地层钻进工序,继续钻进,直至达到设计深度,完成该孔眼钻进;
g、防砂处理:将地层钻进钻头更换为防砂工具,柔性钻杆更换为防砂专用配套柔性钻杆,组成防砂工具串,下入工具串,启动高压泵,利用高压水流驱动重力密封工具、周向锚定工具及动力马达工作,为防砂工具提供钻压及扭矩,使工具快速进入预先钻好的泄流通道,由于反扣连接,预紧扭矩较大的情况下,连接处可以短时间传递扭矩,有助于防砂工具进入泄流通道,经过一定时间,防砂工具与配套柔性钻杆之间旋转分离,防砂工具在周围地层物质的挤压下固定在地层内部,停泵,起出工具串;
h、调整管柱长度,重复套管开窗、地层钻进及防砂处理,继续进行其它孔眼的施工,直至所有设计孔眼均完成施工,起出油管管柱,进行测试、开采等后续处理。
本发明的优点:
本发明的径向水平钻井及防砂完井工具及方法,能够在井筒和油层之间建立10-20m(硬地层)的稳定泄流通道,代替常规射孔进行深穿透完井,穿越近井污染带,能够解决以下问题:(1)近井地带污染的井,可以穿透油井侵入带; (2)提高注水井、注气井及处理井的注入量;(3)用于裂缝性储层或煤层气井完井;(4)适合于薄油层的钻孔补层,以及那些进行增产措施作业具有更大风险的油层;(5)增大有效井眼半径,降低生产压差并有助于防止锥进;(6)仅需在井筒附近打孔,减少对压裂酸化作业的需要;(7)用于难以压裂或处理压力过高的井,完成预压裂操作;(8)避免因射孔爆破引起的套管或水泥环破坏的风险;(9)挤水泥后再次进入产油层,钻入油层而不会对新水泥环造成破坏;此外,利用本发明完成的孔道,结构稳定,且具有良好的防砂泄流效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明深度调节工具的结构示意图。
图3为本发明校深工具的结构示意图。
图4为本发明方位测定辅助工具的结构示意图。
图5为本发明轴向锚定工具的结构示意图。
图6为本发明轴向锚定工具轨道的结构示意图。
图7为本发明方位调节工具的结构示意图。
图8为本发明方位调节配套工具的结构示意图。
图9为本发明钻进导向工具的结构示意图。
图10为本发明径向水平钻井工具串结构示意图。
图11为本发明径向水平钻井防砂工具。
图12为本发明支撑骨架单节结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1-12所示,本发明的径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于包括径向水平钻井辅助管柱、径向水平钻井工具串和防砂工具,
所述的径向水平钻井辅助管柱包括相互串联的深度调节工具1、专用油管组合2、校深工具3、方位测定辅助工具4、轴向锚定工具5、方位调节工具6和钻进导向工具7,
所述的径向水平钻井工具串包括相互串联的测井电缆8、循环进液工具9、重力密封工具10、周向锚定工具11、动力马达12、变扣接头13、柔性钻杆14 和铣钻头工具15,
所述的铣钻头工具15包括套管开窗铣头或地层钻进钻头,
所述的防砂工具16包括支撑骨架16-3,包裹在此支撑骨架16-3外部的防砂表皮16-2,套接在此防砂表皮16-2外侧将防砂表皮16-2和支撑骨架16-3扣接成一体的扣压接头16-1,所述的支撑骨架16-3是由数个中空骨架单节组装成的万向轴,每个中空骨架单节包括凹陷部分16-3-1,嵌入此凹陷部分16-3-1内的凸出部分16-3-2。
所述的深度调节工具1包括中心管Ⅰ1-2,与此中心管Ⅰ1-2螺纹连接的主体Ⅰ1-5,设置在所述中心管Ⅰ1-2上的自锁螺纹,内螺纹与此自锁螺纹相配合且设置在所述中心管Ⅰ1-2外的限位环Ⅰ1-3,连接此限位环Ⅰ1-3和所述主体Ⅰ1-5的限位销钉Ⅰ1-4,与所述中心管Ⅰ1-2上端头螺纹连接的上接头Ⅰ1-1,与所述主体Ⅰ1-5下端头螺纹连接的下接头Ⅰ1-7,设置在所述中心管Ⅰ1-2与主体Ⅰ1-5之间且位于所述主体Ⅰ1-5下端的密封圈1-6,设置在所述主体Ⅰ1-5 下端与所述下接头Ⅰ1-7之间的密封圈1-6。
所述的校深工具3包括中心管Ⅱ3-2,与此中心管Ⅱ3-2上端头螺纹连接的上接头Ⅱ3-1,与所述的中心管Ⅱ3-2下端头螺纹连接的下接头Ⅱ3-8,与此下接头Ⅱ3-8螺纹连接的下部油管3-9,套接在所述中心管Ⅱ3-2外部的扶正座Ⅰ3-4,设置在此扶正座Ⅰ3-4的扶正槽内的扶正弹簧Ⅰ3-5和扶正块Ⅰ3-6,分别与所述的扶正座Ⅰ3-4的上、下两端螺纹连接的上限位套Ⅰ3-3和下限位套Ⅰ3-7。
所述的方位测定辅助工具4包括辅助工具主体Ⅱ4-1,设置在此辅助工具主体Ⅱ4-1下端内部的轴向键槽和内螺纹,设置在所述轴向键槽内的定向键4-2,与所述内螺纹螺纹连接的限位套4-3。
所述的轴向锚定工具5包括中心管Ⅲ5-4,设置在此中心管Ⅲ5-4上端头的上接头Ⅲ5-1和上部油管5-2,上端与所述的上部油管5-2相连接、且下部与所述中心管Ⅲ5-4相连接的卡瓦锥体5-3,设置在所述中心管Ⅲ5-4上的卡瓦座5-7,设置在此卡瓦座5-7上部凹槽内的卡瓦5-5,设置在此卡瓦5-5上的卡瓦弹簧5-6,与所述卡瓦座5-7下部螺纹连接的扶正座Ⅱ5-10,设置在此扶正座Ⅱ 5-10的扶正槽内的扶正弹簧Ⅱ5-9和扶正块Ⅱ5-8,与所述扶正座Ⅱ5-10下端螺纹连接的下限位套Ⅱ5-11,设置在此下限位套Ⅱ5-11内部的滑环Ⅰ5-13,设置在此滑环Ⅰ5-13内部的滑环销钉Ⅰ5-12,呈V形圆周循环式布置在所述中心管Ⅲ5-4外表面的轨道结构Ⅰ,此轨道结构Ⅰ包括下轨道槽5-14、下导斜面5-15、上导斜面5-16、上轨道短槽5-17和上轨道长槽5-18。
所述的方位调节工具包括中心管Ⅳ6-2,与此中心管Ⅳ6-2上端头螺纹连接的上接头Ⅳ6-1,通过换向销钉6-4与所述的中心管Ⅳ6-2相连接的换向套6-3,与所述的中心管Ⅳ6-2螺纹连接的限位环Ⅱ6-5,呈V形圆周循环式布置在所述中心管Ⅳ6-2外表面的轨道结构Ⅱ。
所述的钻进导向工具包括通过固定螺钉Ⅱ7-5连接的两瓣式结构本体7-1,设置在此两瓣式结构本体7-1上的固定螺钉Ⅰ7-2和限位销钉Ⅱ7-3,端部切线垂直于所述两瓣式结构本体7-1轴线,并通过所述固定螺钉Ⅱ7-5固定在所述两瓣式结构本体7-1上的轨道口防磨块7-4,通过固定螺钉Ⅲ7-7安装在所述两瓣式结构本体7-1上的背部防磨块7-6,设置在此背部防磨块7-6中部的排屑孔Ⅰ 7-8,设置在所述两瓣式结构本体7-1下方的排屑孔Ⅱ7-9,与所述两瓣式结构本体7-1下端相连接的下接头Ⅲ7-10和下引鞋Ⅰ7-11。
一种径向水平钻井及防砂完井的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)施工前准备
a、选用不小于管柱最大外径的通径规,通井至人工井底;
b、通井到位后洗井,替净井内杂质及原油;起出通井管柱,提出通径规,要求完好无刮痕;
(2)施工作业
a、下辅助管柱:将钻进导向工具7、方位调节工具6、轴向锚定工具5、方位测定辅助工具4、校深工具3、专用油管组合2及深度调节工具1依次调试、测量、连接,下至井内设计深度;深度调节工具1安装在井口,便于旋转调节;
b、校深及深度调节:工具串下入射孔段后,每经过一个套管长度均会产生悬重波动,经过短套管时,悬重波动发生时间间隔出现变化,以此为依据得出工具串下至短套管时的实际孔眼深度,计算孔眼设计深度与短套管深度的差值,再下入相应长度的油管、油管短节并调节深度调节工具1即达到孔眼设计深度位置;深度调节工具1安装在井口工具与专用油管组合2之间,用于微调孔眼深度;进行调节时,将深度调节工具1提出井口,坐挂油管吊卡,旋转中心管Ⅰ1-2,逆时针旋转中心管Ⅰ1-2,矩形螺纹旋出,工具长度增加,孔眼深度随之增加,反之,孔眼深度减小;深度相差较大时,仍需使用油管短节进行调整;
c、方位测定及调节:目标孔有具体方位要求时,由专业测井队来施工现场进行测定,下入方位测定辅助工具4,方位测定辅助工具4下端具有键槽结构,与定向键4-2相吻合,在定向键4-2的配合下,完成孔眼方位测定,得出孔眼初始方位;孔眼初始方位与设计方位完全吻合或其差值在允许误差范围内时,直接进行下一步骤,否则通过方位调节工具6或井口旋转油管管柱的方法进行方位调节;
通过方位调节工具6调节孔眼方位时,需先将管柱锚定,之后下入方位调节配套工具,方位调节配套工具下至换向套6-3下部液缸内部,开启地面高压泵,打压,扶正弹簧Ⅲ6-17变形张开,此时上提方位调节配套工具,受到液缸中部内凹结构限位作用,带动换向套6-3一同向上运动,张力达到设定数值时,下放方位调节配套工具,中心管Ⅳ6-2外表面设计有轨道结构Ⅱ,在换向销钉 6-4和换向轨道槽的作用下,换向套6-3发生转动,其转动角度为固定值;完成方位调节后,打压,扶正弹簧Ⅲ6-17收缩,外径缩小,方位调节配套工具可顺利提出地面;
d、管柱锚定:孔眼轴向深度及方位调节完毕后,利用轴向锚定工具5进行辅助管柱锚定;轴向锚定工具5在下入过程中,扶正块Ⅱ5-8与套管内壁始终处于紧贴状态,并具有一定正压力及摩擦力,致使扶正块Ⅱ5-8与中心管Ⅲ5-4之间可产生相对运动;中心管Ⅲ5-4上的轨道结构Ⅰ呈圆周循环布置,中心管Ⅲ5-4 相对于扶正块Ⅱ5-8上下移动时,滑环销钉Ⅰ5-12沿中心管Ⅲ5-4上的轨道结构Ⅰ运动;轴向锚定工具5串下入井下时,滑环销钉Ⅰ5-12位于上轨道短槽上端,此时卡瓦5-5处于关闭状态,轴向锚定工具5串能够下入井筒,进行管柱锚定时,上提下放管柱,中心管Ⅲ5-4相对于扶正块Ⅱ5-8上下移动,滑环销钉Ⅰ5-12 沿中心管Ⅲ5-4上的轨道结构Ⅰ发生移动,在下导斜面5-15和上导斜面作用 5-16下,滑环销钉Ⅰ5-12位置由上轨道短槽5-17上端变换到上轨道长槽5-18 上端,卡瓦椎体5-3向下楔入卡瓦5-5中间,卡瓦5-5张开,卡住套管内壁,从而完成管柱锚定;
e、套管开窗:下入开窗工具串,包括测井电缆8、循环进液工具9、重力密封工具10、周向锚定工具11、动力马达12、变扣接头13、柔性钻杆14、铣钻头工具15;铣钻头工具15选用套管开窗铣头;工具串下到井底,套管开窗铣头抵在套管内壁处,此时重力密封工具10坐挂密封完毕,启动高压泵,向辅助管柱内泵入高压液体,高压液体经循环进液工具进入工具串内部,依次经过重力密封工具10、周向锚定工具11及动力马达12,产生的钻压及扭矩,经过变扣接头13、开窗专用柔性钻杆14传递到套管开窗铣头上,驱动套管开窗铣头在套管壁上磨铣出一个直径约30-35mm的窗口,停泵,起出工具串;
f、地层钻进:下入钻进工具串,结构同开窗工具串,但柔性钻杆14选用地层钻进柔性钻杆,铣钻头工具15选用地层钻进钻头,工具串下到位后,地层钻进钻头抵在已经开好的套管窗口内;启动高压泵,高压液体经过重力密封工具10、周向锚定工具11及动力马达12产生的钻压及扭矩经过变扣接头、地层钻进柔性钻杆传递到地层钻进钻头上,驱动地层钻进钻头穿透水泥环,进入地层内部,在地层内钻出25-28mm的泄流通道,完钻或出现特殊工况时,停泵;起出工具串,根据钻进情况,判定是否需要更换钻具、加长柔性钻杆14,重复地层钻进工序,继续钻进,直至达到设计深度,完成该孔眼钻进;
g、防砂处理:将地层钻进钻头更换为防砂工具,柔性钻杆14更换为防砂专用配套柔性钻杆,组成防砂工具串,下入工具串,启动高压泵,利用高压水流驱动重力密封工具、周向锚定工具11及动力马达12工作,为防砂工具提供钻压及扭矩,使工具快速进入预先钻好的泄流通道,由于反扣连接,预紧扭矩较大的情况下,连接处可以短时间传递扭矩,有助于防砂工具进入泄流通道,经过一定时间,防砂工具16与配套柔性钻杆之间旋转分离,防砂工具16在周围地层物质的挤压下固定在地层内部,停泵,起出工具串;
h、调整管柱长度,重复套管开窗、地层钻进及防砂处理,继续进行其它孔眼的施工,直至所有设计孔眼均完成施工,起出油管管柱,进行测试、开采等后续处理。
深度调节工具1如图2所示,上接头Ⅰ1-1用于连接井口工具,上接头Ⅰ1-1 与中心管Ⅰ1-2之间通过螺纹连接,中心管Ⅰ1-2上设计有矩形自锁螺纹,与限位环Ⅰ1-3内螺纹相配合,在扭矩作用下二者可以相对转动,并产生轴向相对运动,在轴向拉力作用下二者保持相对静止;中心管Ⅰ1-2下端设有密封结构,安装密封圈1-6,用于中心管Ⅰ1-2与主体Ⅰ1-5之间的密封;限位环Ⅰ1-3与主体Ⅰ1-5上端之间通过螺纹连接,并配钻,安装限位销钉Ⅰ1-4,避免螺纹松脱;主体Ⅰ1-5下端与下接头Ⅰ1-7通过螺纹连接,并设有密封结构,安装密封圈1-6,用于主体Ⅰ1-5与下接头Ⅰ1-7之间的密封;下接头Ⅰ1-7用于连接该工具与下方管柱。安装时,先连接中心管Ⅰ1-2与限位环Ⅰ1-3,二者旋转到位后安装上接头Ⅰ1-1和密封圈1-6,再与主体Ⅰ1-5连接,螺纹旋到位后配钻,安装限位销钉Ⅰ1-4,最后连接安好密封圈1-6后的下接头Ⅰ1-7。使用时,该工具安装在井口工具与下部油管管柱之间,需要微调孔眼深度时,只需固定主体部分,逆时针旋转中心管Ⅰ1-2,矩形螺纹旋出,工具长度增加,孔眼深度随之增加,反之,孔眼深度减小。
校深工具3如图3所示,上接头Ⅱ3-1、中心管Ⅱ3-2、下接头Ⅱ3-8及下部油管3-9通过螺纹连接组成工具中心管柱部分,上接头Ⅱ3-1和下部油管3-9分别用于连接上下工具。扶正座Ⅰ3-4套接在中心管Ⅱ3-2外部,在上接头Ⅱ3-1、下接头Ⅱ3-8限位作用下可以沿轴向短距离移动;扶正座Ⅰ3-4上设计有扶正槽结构,用于安装扶正弹簧Ⅰ3-5和扶正块Ⅰ3-6,扶正座Ⅰ3-4上下两端均设计有连接螺纹,可分别与上限位套Ⅰ3-3及下限位套Ⅰ3-7连接,通过两个限位套进行限位;扶正块Ⅰ3-6内部设计有圆柱形弹簧槽,可与扶正弹簧Ⅰ3-5配合安装;扶正弹簧Ⅰ3-5具有较大的劲度系数,在其弹性作用下,无外力施加时,扶正块Ⅰ3-6外径大于钻孔段套管内径,下入套管后弹簧处于压缩状态,能够对管柱起到扶正作用。
方位测定辅助工具4如图4所示,主体Ⅱ4-1上下端分别设计有内螺纹和外螺纹,用于和上、下部工具相连接,主体Ⅱ4-1下端内部设计有轴向键槽及螺纹,其中轴向键槽用于安装定向键4-2,螺纹用于安装限位套4-3,定向键4-2用于和测井队方位测定工具相配合,限位套4-3用于对定向键4-2进行限位。
轴向锚定工具5如图5所示,上接头Ⅲ5-1用于连接上部工具;上部油管 5-2是轴向锚定工具5与上部工具之间的油管管柱,可用于坐挂吊卡及与内部工具配合;卡瓦椎体5-3上端与上部油管5-2相连接,下部与中心管Ⅲ5-4相连接,中心管Ⅲ5-4上设计有换向轨道-轨道结构Ⅰ,其结构如图6所示,轨道槽呈V 形,圆周循环式布置在中心管Ⅲ5-4外表面,该结构包括下轨道槽5-14、下导斜面5-15、上导斜面5-16、上轨道短槽5-17及上轨道长槽5-18;卡瓦5-5安装在卡瓦座5-7上部凹槽内,卡瓦弹簧5-6安装在卡瓦5-5上,用于限定卡瓦 5-5的状态及位置;卡瓦座5-7下部与扶正座Ⅱ5-10上端通过螺纹连接,扶正座Ⅱ5-10上设计有扶正槽结构,用于安装扶正块Ⅱ5-8和扶正弹簧Ⅱ5-9,扶正座5-10下端与下限位套5-11通过螺纹连接,扶正座Ⅱ5-10和下限位套5-11可以对扶正块Ⅱ5-8起到限位作用,扶正块Ⅱ5-8内部设计有圆柱形弹簧槽,可与扶正弹簧Ⅱ5-9配合安装。与校深工具3中扶正部分功能相同,扶正块Ⅱ5-8和扶正弹簧Ⅱ5-9能够起到扶正工具的作用。滑环Ⅰ5-13安装在下限位套5-11内部,滑环销钉Ⅰ5-12安装在滑环Ⅰ5-13内部,滑环销钉Ⅰ5-12可以在中心管Ⅲ 5-4上的轨道槽内滑动。
方位调节工具6如图7所示,上接头Ⅳ6-1用于连接上部工具,上接头Ⅳ6-1 及中心管Ⅳ6-2之间通过螺纹连接,中心管Ⅳ6-2上设计有换向轨道-轨道结构Ⅱ,其结构与轴向锚定工具5中的换向轨道类似,但无轨道槽长短差别;换向套6-3通过换向销钉6-4与中心管Ⅳ6-2相连,限位环Ⅱ6-5与中心管Ⅳ6-2之间采用螺纹连接,起到限位、保险作用。方位调节工具6使用时需要用到专用配套工具,其主要结构如图8所示,其主要组成零部件有上接头Ⅴ6-6、中心管Ⅴ6-7、配套密封圈Ⅰ6-8、配套密封圈Ⅱ6-9、配套密封圈Ⅲ6-10、推进活塞6-11、上轴承6-12、滑环Ⅱ6-13、滑环销钉Ⅱ6-14、下轴承6-15、上限位套Ⅱ6-16、扶正弹簧Ⅲ6-17、定位螺钉6-18及下引鞋Ⅱ6-19。上接头Ⅴ6-6用于连接上部工具和中心管Ⅴ6-7,其下半部分还可作为液压缸使用,上接头Ⅴ6-6和中心管Ⅴ6-7之间设计有密封结构,防止打压泄漏;中心管Ⅴ6-7上半部分为管状结构,且管壁上开有打压孔,下半部分为实心结构,外表面设计有换向轨道,其结构与轴向锚定工具5中的换向轨道相同,下端与下引鞋Ⅱ6-19相连,下引鞋Ⅱ6-19 起到引导工具下入作用;推进活塞6-11、上轴承6-12、滑环Ⅱ6-13、[6-15]下轴承6-15及上限位套Ⅱ6-16依次安装在上接头Ⅴ6-6下部液压缸内部,其中推进活塞6-11内外均有设计有密封结构,用以避免打压时发生泄漏,滑环销钉Ⅱ 6-14安装在滑环Ⅱ6-13内部;扶正弹簧Ⅲ6-17能够起到膨胀扶正作用,选用高弹性钢制造,其两端为一体式圆环结构,中间为分瓣式弹簧片结构,其下端通过定位螺钉6-18固定在中心管Ⅴ6-7上,上限位套Ⅱ6-16及下引鞋Ⅱ6-19对扶正弹簧Ⅲ6-17起到限位作用。
钻进导向工具7主要结构如图9所示,两瓣式结构本体7-1上端与上部工具通过螺纹连接,下端连接下接头Ⅲ7-10及下引鞋Ⅰ7-11,下引鞋Ⅰ7-11起到起到引导工具下入作用,其下端开有通孔,可用于平衡压力,排出钻屑。两瓣式结构本体7-1为两瓣式结构,内部设计有弧形过渡的导向轨道,轨道上端为轴向向上,轨道下端与轴向相垂直,两瓣式结构本体7-1通过限位销钉Ⅱ7-3完成限位配合,通过固定螺钉Ⅱ7-5连接成整体结构,两瓣式结构本体7-1下方设计有排屑孔Ⅱ7-9,用于排出钻屑;为减少磨损,两瓣式结构本体7-1背部及轨道口处设计成组合式结构,背部防磨块7-6及轨道口防磨块7-4采用特殊耐磨材料加工,能有效降低磨损,防止变形,背部防磨块7-6通过固定螺钉Ⅲ7-7安装在两瓣式结构本体7-1上,其中部设计有排屑孔Ⅰ7-8,用于排出钻屑;轨道口防磨块7-4端部切线垂直于两瓣式结构本体7-1轴线,并通过固定螺钉Ⅱ7-5 固定在两瓣式结构本体7-1上。
径向水平钻井工具主要包括测井电缆8、循环进液工具9、重力密封工具10、周向锚定工具11、动力马达12、变扣接头13、柔性钻杆14、铣钻头工具15,如图10所示。测井电缆8自带电缆密封工具及连接接头,上端连接测井绞车,下端连接循环进液工具9,用于输送循环进液工具9及其下部钻具,其它各部分由上至下依次通过螺纹连接。循环进液工具9允许外部液体进入,用于输送液体介质;重力密封工具10与专用油管组合2配合用于密封工具串与专用油管组合2之间的环空空间,保证井口进入的高压液体全部进入工具串内部,并为下部钻具提供钻压。
动力马达12用于为下部钻具提供扭矩;周向锚定工具11用于克服动力马达12工作时产生的反扭矩,防止上部钻具转动;变扣接头13用于连接动力马达12及柔性钻杆14;柔性钻杆14能够顺利通过钻进导向工具7,将钻进方向由轴向转变为径向,为铣钻头工具15传递钻压、扭矩并输送高压液体。柔性钻杆14可分为套管开窗柔性钻杆及地层钻进柔性钻杆,二者结构相同,但前者长度较短,下端连接套管开窗铣头,使用时铣头刚好能够穿透套管,完成套管开窗;后者较长,下端连接地层钻进钻头,使用时钻头能够穿过窗口进入地层一段距离。铣钻头工具15连接在工具串最下端,进行套管开窗时选用开窗铣头,进行地层钻进时选用钻进钻头。
防砂工具16主要包括扣压接头16-1、防砂表16-2皮及支撑骨架16-3,如图11所示。支撑骨架16-3是由若干个中空骨架单节组装成的万向轴,单节结构如图12所示。每一单节包括凹陷部分16-3-1及凸出部分16-3-2两种结构,二者都采用圆形设计,垂直分布,且凸出部分16-3-2能够嵌入凹陷部分16-3-1,各单节均利用此机制连接。安装时,上一单节的突出部分嵌入中间单节的凹陷部分,中间单节的突出分布嵌入下一单节的凹陷部分,单节与单节之间有一定的角度和间隙设计,具有一定的自由度,使得相邻单节之间可以在该设计角度范围内进行旋转。上一单节的突出部分与下一单节的凹陷部分可以在二者所在的平面上一定角度范围内旋转,该设计具有较好的柔韧性,能够完成大曲率弯曲,顺利通过导向器。最下端单节底部采用圆弧面盲端设计,弧面上布满微小流道,最上端单节设计有反扣内螺纹与配套柔性钻杆相连接。支撑骨架16-3与柔性钻杆14结构相似,支撑骨架16-3外部包裹防砂表皮16-2,防砂表皮16-2 采用钢丝编制,渗透率高,且能够有效防砂,还能够对支撑骨架16-3起到限位作用,防砂表皮16-2外径小于柔性钻杆14外径;扣压接头16-1套在防砂表皮 16-2外侧,利用液压扣压机扣压固定,将扣压接头16-1、防砂表皮16-2及支撑骨架16-3扣压成为一个整体,扣压完成后,扣压接头16-1外径略大于防砂表皮16-2及柔性钻杆14外径,而略小于开窗铣头外径;扣压接头16-1呈圆台形,小直径端保证接头进入窗口,大直径端与窗口间隙较小,二者之间相对运动时,摩阻较大;防砂工具16长度略小于完钻的孔道长度,工具进入孔道后,扣压接头16-1应完全没入套管、固井水泥及地层内部,且工具与泄流通道保持合适的间隙,使工具不能窜出,保证完井质量。该工具能够允许地层流体通过防砂表皮16-2进入骨架内部,砂粒等固体物质则无法通过,从而起到稳固孔道及防砂的作用。
实施例
一种径向水平钻井及防砂完井的方法方法具体实施步骤如下:
一、施工前准备
1、选用不小于管柱最大外径的通径规,通井至人工井底。
2、通井到位后洗井,替净井内杂质及原油。起出通井管柱,提出通径规,要求完好无刮痕。
二、施工作业
1、下辅助管柱:将钻进导向工具7、方位调节工具6、轴向锚定工具5、方位测定辅助工具4、校深工具3、专用油管组合2及深度调节工具1依次调试、测量、连接,下至井内设计深度,深度调节工具1安装在井口,便于旋转调节。
2、校深及深度调节:轴向锚定工具5及校深工具均具3有扶正功能,即对套管内壁产生正压力,工具下入过程摩阻较大,经过套管接箍会产生一定的悬重波动,其中轴向锚定工具5具有销钉结构,其扶正力较小,而校深工具3扶正力较大,因此悬重波动主要由校深工具3产生。工具串下入射孔段后,每经过一个套管长度均会产生悬重波动,经过短套管时,悬重波动发生时间间隔出现变化,以此为依据能够得出工具串下至短套管时的实际孔眼深度,计算孔眼设计深度与短套管深度的差值,再下入相应长度的油管、油管短节并调节深度调节工具1即可达到孔眼设计深度位置。考虑到油管的轴向变形,通常孔眼设计深度与短套管深度的差值越小,孔眼校深误差越小。因此,孔眼设计深度与短套管深度的差值较小且孔眼实际下入深度允许误差范围较大时可用该工具进行孔眼深度测量。
深度调节工具1安装在井口工具与专用油管组合2之间,用于微调孔眼深度。进行调节时,将工具提出井口,坐挂油管吊卡,旋转中心管Ⅰ1-2,逆时针旋转中心管Ⅰ1-2,矩形螺纹旋出,工具长度增加,孔眼深度随之增加,反之,孔眼深度减小。其深度调节范围在0-0.5米之间,调节精度可达到毫米级别。深度相差较大时,仍需使用油管短节进行调整。
3、方位测定及调节:目标孔有具体方位要求时,由专业测井队来施工现场进行测定,下入方位测定工具,该工具下端具有键槽结构,与方位测定辅助工具4中定向键4-2相吻合,在定向键4-2的配合下,完成孔眼方位测定,得出孔眼初始方位。孔眼初始方位与设计方位完全吻合或其差值在允许误差范围内时,可直接进行下一步骤,否则可通过方位调节工具6或井口旋转油管管柱的方法进行方位调节。
通过方位调节工具6调节孔眼方位时,需先将管柱锚定,之后下入专用配套工具,工具下至换向套6-3下部液缸内部,开启地面高压泵,打压,扶正弹簧Ⅲ6-17变形张开,此时上提工具,受到液缸中部内凹结构限位作用,带动换向套6-3一同向上运动,张力达到设定数值时,下放工具,中心管Ⅳ6-2外表面同样设计有换向轨道槽,在换向销钉6-4和换向轨道槽的作用下,换向套6-3 发生转动,其转动角度为固定值,如图6所示角度设计,每上提下放一次配套工具,换向套6-3可转动90°,该转动角度可通过改变下导斜面5-15和上导斜面5-16的角度达到每上提下放一次配套工具,换向套6-3转动60°、120°或通过多次上提下放配套工具达到不同方位角度的调节。完成方位调节后,打压,扶正弹簧Ⅲ6-17收缩,外径缩小,配套工具可顺利提出地面。
4、管柱锚定:孔眼轴向深度及方位调节完毕后,利用轴向锚定工具5进行辅助管柱锚定。轴向锚定工具5在下入过程中,扶正块Ⅱ5-8与套管内壁始终处于紧贴状态,并具有一定正压力及摩擦力,致使扶正块Ⅱ5-8与中心管Ⅲ5-4之间可产生相对运动。中心管Ⅲ5-4上的换向轨道槽呈圆周循环布置,中心管Ⅲ5-4 相对于扶正块Ⅱ5-8上下移动时,滑环销钉Ⅰ5-12沿中心管Ⅲ5-4上的换向轨道槽运动。工具串下入井下时,滑环销钉Ⅰ5-12位于上轨道短槽5-17上端,此时卡瓦5-5处于关闭状态,工具串能够下入井筒,进行管柱锚定时,上提下放管柱,中心管Ⅲ5-4相对于扶正块Ⅱ5-8上下移动,滑环销钉Ⅰ5-12沿中心管Ⅲ5-4 上的换向轨道槽发生移动,在下导斜面5-15和上导斜面5-16作用下,滑环销钉Ⅰ5-12位置由上轨道短槽5-17上端变换到上轨道长槽5-18上端,卡瓦椎体 5-3向下楔入卡瓦5-5中间,卡瓦5-5张开,卡住套管内壁,从而完成管柱锚定。需要注意的是,锚定前后钻孔位置有所变化,因此在进行深度调节时需考虑到这一点,并做好调节,保证孔位的准确性。
5、套管开窗:下入开窗工具串,包括测井电缆8、循环进液工具9、重力密封工具10、周向锚定工具11、动力马达12、变扣接头13、柔性钻杆14、铣钻头工具15,柔性钻杆14选用开窗专用柔性钻杆,铣钻头工具15选用套管开窗铣头。工具串下到井底,开窗铣头抵在套管内壁处,此时重力密封工具10坐挂密封完毕,启动高压泵,向辅助管柱内泵入高压液体,高压液体经循环进液工具9进入工具串内部,依次经过重力密封工具10、周向锚定工具11及动力马达12,产生的钻压及扭矩,经过变扣接头13、开窗专用柔性钻杆传递到套管开窗铣头上,驱动开窗铣头在套管壁上磨铣出一个直径约30-35mm的窗口,停泵,起出工具串。
6、地层钻进:下入钻进工具串,结构同开窗工具串,但柔性钻杆14选用地层钻进柔性钻杆,铣钻头工具15选用地层钻进钻头,工具串下到位后,地层钻进钻头抵在已经开好的套管窗口内。启动高压泵,高压液体经过重力密封工具10、周向锚定工具11及动力马达12产生的钻压及扭矩经过变扣接头13、地层钻进柔性钻杆传递到地层钻进钻头上,驱动地层钻进钻头穿透水泥环,进入地层内部,在地层内钻出25-28mm的泄流通道,完钻或出现特殊工况时,停泵。起出工具串,根据钻进情况,判定是否需要更换钻具、加长柔性钻杆,重复地层钻进工序,继续钻进,直至达到设计深度,完成该孔眼钻进。
7、防砂处理:将地层钻进钻头更换为防砂工具,柔性钻杆更换为防砂专用配套柔性钻杆,组成防砂工具串,下入工具串,启动高压泵,利用高压水流驱动重力密封工具10、周向锚定工具11及动力马达12工作,为防砂工具提供钻压及扭矩,使工具快速进入预先钻好的泄流通道,由于反扣连接,预紧扭矩较大的情况下,连接处可以短时间传递扭矩,有助于防砂工具进入泄流通道,经过一定时间,防砂工具与配套柔性钻杆之间旋转分离,防砂工具在周围地层物质的挤压下固定在地层内部,停泵,起出工具串;需要说明的是,防砂工具中防砂表皮16-2外径小于柔性钻杆外径,扣压接头16-1外径略小于套管窗口直径,工具长度略小于柔性钻杆长度,因此能够短时间顺利进入泄流通道,并与泄流通道保持合适的间隙,使工具不易窜出,保证防砂质量,且防砂处理后,扣压接头16-1端面应位于套管与固井水泥之间,保证端面不能进入套管内部。
8、调整管柱长度,重复套管开窗、地层钻进及防砂处理,继续进行其它孔眼的施工,直至所有设计孔眼均完成施工,起出油管管柱,进行测试、开采等后续处理。
本发明的径向水平钻井及防砂完井工具及方法,能够在井筒和油层之间建立10-20m(硬地层)的稳定泄流通道,代替常规射孔进行深穿透完井,穿越近井污染带,能够解决以下问题:(1)近井地带污染的井,可以穿透油井侵入带; (2)提高注水井、注气井及处理井的注入量;(3)用于裂缝性储层或煤层气井完井;(4)适合于薄油层的钻孔补层,以及那些进行增产措施作业具有更大风险的油层;(5)增大有效井眼半径,降低生产压差并有助于防止锥进;(6)仅需在井筒附近打孔,减少对压裂酸化作业的需要;(7)用于难以压裂或处理压力过高的井,完成预压裂操作;(8)避免因射孔爆破引起的套管或水泥环破坏的风险;(9)挤水泥后再次进入产油层,钻入油层而不会对新水泥环造成破坏;此外,利用本发明完成的孔道,结构稳定,且具有良好的防砂泄流效果。
Claims (8)
1.一种径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于包括径向水平钻井辅助管柱、径向水平钻井工具串和防砂工具,
所述的径向水平钻井辅助管柱包括相互串联的深度调节工具、专用油管组合、校深工具、方位测定辅助工具、轴向锚定工具、方位调节工具和钻进导向工具,
所述的径向水平钻井工具串包括相互串联的测井电缆、循环进液工具、重力密封工具、周向锚定工具、动力马达、变扣接头、柔性钻杆和铣钻头工具,
所述的铣钻头工具包括套管开窗铣头或地层钻进钻头,
所述的防砂工具包括支撑骨架,包裹在此支撑骨架外部的防砂表皮,套接在此防砂表皮外侧将防砂表皮和支撑骨架扣接成一体的扣压接头,所述的支撑骨架是由数个中空骨架单节组装成的万向轴,每个中空骨架单节包括凹陷部分,嵌入此凹陷部分内的凸出部分。
2.根据权利要求1所述的径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于所述的深度调节工具包括中心管Ⅰ,与此中心管Ⅰ螺纹连接的主体Ⅰ,设置在所述中心管Ⅰ上的自锁螺纹,内螺纹与此自锁螺纹相配合且设置在所述中心管Ⅰ外的限位环Ⅰ,连接此限位环Ⅰ和所述主体Ⅰ的限位销钉Ⅰ,与所述中心管Ⅰ上端头螺纹连接的上接头Ⅰ,与所述主体Ⅰ下端头螺纹连接的下接头Ⅰ,设置在所述中心管Ⅰ与主体Ⅰ之间且位于所述主体Ⅰ下端的密封圈,设置在所述主体Ⅰ下端与所述下接头Ⅰ之间的密封圈。
3.根据权利要求1所述的径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于所述的校深工具包括中心管Ⅱ,与此中心管Ⅱ上端头螺纹连接的上接头Ⅱ,与所述的中心管Ⅱ下端头螺纹连接的下接头Ⅱ,与此下接头Ⅱ螺纹连接的下部油管,套接在所述中心管Ⅱ外部的扶正座Ⅰ,设置在此扶正座Ⅰ的扶正槽内的扶正弹簧Ⅰ和扶正块Ⅰ,分别与所述的扶正座Ⅰ的上、下两端螺纹连接的上限位套Ⅰ和下限位套Ⅰ。
4.根据权利要求1所述的径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于所述的方位测定辅助工具包括辅助工具主体Ⅱ,设置在此辅助工具主体Ⅱ下端内部的轴向键槽和内螺纹,设置在所述轴向键槽内的定向键,与所述内螺纹螺纹连接的限位套。
5.根据权利要求1所述的径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于所述的轴向锚定工具包括中心管Ⅲ,设置在此中心管Ⅲ上端头的上接头Ⅲ和上部油管,上端与所述的上部油管相连接、且下部与所述中心管Ⅲ相连接的卡瓦锥体,设置在所述中心管Ⅲ上的卡瓦座,设置在此卡瓦座上部凹槽内的卡瓦,设置在此卡瓦上的卡瓦弹簧,与所述卡瓦座下部螺纹连接的扶正座Ⅱ,设置在此扶正座Ⅱ的扶正槽内的扶正弹簧Ⅱ和扶正块Ⅱ,与所述扶正座Ⅱ下端螺纹连接的下限位套Ⅱ,设置在此下限位套Ⅱ内部的滑环Ⅰ,设置在此滑环Ⅰ内部的滑环销钉Ⅰ,呈V形圆周循环式布置在所述中心管Ⅲ外表面的轨道结构Ⅰ,此轨道结构Ⅰ包括下轨道槽、下导斜面、上导斜面、上轨道短槽和上轨道长槽。
6.根据权利要求1所述的径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于所述的方位调节工具包括中心管Ⅳ,与此中心管Ⅳ上端头螺纹连接的上接头Ⅳ,通过换向销钉与所述的中心管Ⅳ相连接的换向套,与所述的中心管Ⅳ螺纹连接的限位环Ⅱ,呈V形圆周循环式布置在所述中心管Ⅳ外表面的轨道结构Ⅱ。
7.根据权利要求1所述的径向水平钻井及防砂完井工具,其特征在于所述的钻进导向工具包括通过固定螺钉Ⅱ连接的两瓣式结构本体,设置在此两瓣式结构本体上的固定螺钉Ⅰ和限位销钉Ⅱ,端部切线垂直于所述两瓣式结构本体轴线,并通过所述固定螺钉Ⅱ固定在所述两瓣式结构本体上的轨道口防磨块,通过固定螺钉Ⅲ安装在所述两瓣式结构本体上的背部防磨块,设置在此背部防磨块中部的排屑孔Ⅰ,设置在所述两瓣式结构本体下方的排屑孔Ⅱ,与所述两瓣式结构本体下端相连接的下接头Ⅲ和下引鞋Ⅰ。
8.一种径向水平钻井及防砂完井的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)施工前准备
a、选用不小于管柱最大外径的通径规,通井至人工井底;
b、通井到位后洗井,替净井内杂质及原油;起出通井管柱,提出通径规,要求完好无刮痕;
(2)施工作业
a、下辅助管柱:将钻进导向工具、方位调节工具、轴向锚定工具、方位测定辅助工具、校深工具、专用油管组合及深度调节工具依次调试、测量、连接,下至井内设计深度;深度调节工具安装在井口,便于旋转调节;
b、校深及深度调节:工具串下入射孔段后,每经过一个套管长度均会产生悬重波动,经过短套管时,悬重波动发生时间间隔出现变化,以此为依据得出工具串下至短套管时的实际孔眼深度,计算孔眼设计深度与短套管深度的差值,再下入相应长度的油管、油管短节并调节深度调节工具即达到孔眼设计深度位置;深度调节工具安装在井口工具与专用油管组合之间,用于微调孔眼深度;进行调节时,将深度调节工具提出井口,坐挂油管吊卡,旋转中心管Ⅰ,逆时针旋转中心管Ⅰ,矩形螺纹旋出,工具长度增加,孔眼深度随之增加,反之,孔眼深度减小;深度相差较大时,仍需使用油管短节进行调整;
c、方位测定及调节:目标孔有具体方位要求时,由专业测井队来施工现场进行测定,下入方位测定辅助工具,方位测定辅助工具下端具有键槽结构,与定向键相吻合,在定向键的配合下,完成孔眼方位测定,得出孔眼初始方位;孔眼初始方位与设计方位完全吻合或其差值在允许误差范围内时,直接进行下一步骤,否则通过方位调节工具或井口旋转油管管柱的方法进行方位调节;
通过方位调节工具调节孔眼方位时,需先将管柱锚定,之后下入方位调节配套工具,方位调节配套工具下至换向套下部液缸内部,开启地面高压泵,打压,扶正弹簧Ⅲ变形张开,此时上提方位调节配套工具,受到液缸中部内凹结构限位作用,带动换向套一同向上运动,张力达到设定数值时,下放方位调节配套工具,中心管Ⅳ外表面设计有轨道结构Ⅱ,在换向销钉和换向轨道槽的作用下,换向套发生转动,其转动角度为固定值;完成方位调节后,打压,扶正弹簧Ⅲ收缩,外径缩小,方位调节配套工具可顺利提出地面;
d、管柱锚定:孔眼轴向深度及方位调节完毕后,利用轴向锚定工具进行辅助管柱锚定;轴向锚定工具在下入过程中,扶正块Ⅱ与套管内壁始终处于紧贴状态,并具有一定正压力及摩擦力,致使扶正块Ⅱ与中心管Ⅲ之间可产生相对运动;中心管Ⅲ上的轨道结构Ⅰ呈圆周循环布置,中心管Ⅲ相对于扶正块Ⅱ上下移动时,滑环销钉Ⅰ沿中心管Ⅲ上的轨道结构Ⅰ运动;轴向锚定工具串下入井下时,滑环销钉Ⅰ位于上轨道短槽上端,此时卡瓦处于关闭状态,轴向锚定工具串能够下入井筒,进行管柱锚定时,上提下放管柱,中心管Ⅲ相对于扶正块Ⅱ上下移动,滑环销钉Ⅰ沿中心管Ⅲ上的轨道结构Ⅰ发生移动,在下导斜面和上导斜面作用下,滑环销钉Ⅰ位置由上轨道短槽上端变换到上轨道长槽上端,卡瓦椎体向下楔入卡瓦中间,卡瓦张开,卡住套管内壁,从而完成管柱锚定;
e、套管开窗:下入开窗工具串,包括测井电缆、循环进液工具、重力密封工具、周向锚定工具、动力马达、变扣接头、柔性钻杆、铣钻头工具;铣钻头工具选用套管开窗铣头;工具串下到井底,套管开窗铣头抵在套管内壁处,此时重力密封工具坐挂密封完毕,启动高压泵,向辅助管柱内泵入高压液体,高压液体经循环进液工具进入工具串内部,依次经过重力密封工具、周向锚定工具及动力马达,产生的钻压及扭矩,经过变扣接头、开窗专用柔性钻杆传递到套管开窗铣头上,驱动套管开窗铣头在套管壁上磨铣出一个直径约30-35mm的窗口,停泵,起出工具串;
f、地层钻进:下入钻进工具串,结构同开窗工具串,但柔性钻杆选用地层钻进柔性钻杆,铣钻头工具选用地层钻进钻头,工具串下到位后,地层钻进钻头抵在已经开好的套管窗口内;启动高压泵,高压液体经过重力密封工具、周向锚定工具及动力马达产生的钻压及扭矩经过变扣接头、地层钻进柔性钻杆传递到地层钻进钻头上,驱动地层钻进钻头穿透水泥环,进入地层内部,在地层内钻出25-28mm的泄流通道,完钻或出现特殊工况时,停泵;起出工具串,根据钻进情况,判定是否需要更换钻具、加长柔性钻杆,重复地层钻进工序,继续钻进,直至达到设计深度,完成该孔眼钻进;
g、防砂处理:将地层钻进钻头更换为防砂工具,柔性钻杆更换为防砂专用配套柔性钻杆,组成防砂工具串,下入工具串,启动高压泵,利用高压水流驱动重力密封工具、周向锚定工具及动力马达工作,为防砂工具提供钻压及扭矩,使工具快速进入预先钻好的泄流通道,由于反扣连接,预紧扭矩较大的情况下,连接处可以短时间传递扭矩,有助于防砂工具进入泄流通道,经过一定时间,防砂工具与配套柔性钻杆之间旋转分离,防砂工具在周围地层物质的挤压下固定在地层内部,停泵,起出工具串;
h、调整管柱长度,重复套管开窗、地层钻进及防砂处理,继续进行其它孔眼的施工,直至所有设计孔眼均完成施工,起出油管管柱,进行测试、开采等后续处理。
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