CN112483001B - 多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法，该管柱包括液压驱动结构，液压驱动结构上设置钻井液过孔，液压驱动结构的顶部设置换向变位结构，液压驱动结构的底部密封连接导向结构，导向结构内穿设至少一个喷射胶管，喷射胶管的入口与钻井液过孔连通设置，喷射胶管的出口密封连通能套管开窗和径向钻井的喷嘴，喷嘴的出口朝向导向结构的径向设置；换向变位结构能转动地带动液压驱动结构、喷射胶管和喷嘴切换至开窗工位或径向钻井工位。本发明无需其他配套设备辅助，简化了井内反复提放连续油管的施工流程，整合了套管开窗喷嘴及地层钻孔喷嘴为一体，实现一次施工可开窗及多条分支钻孔同时钻进，简化施工流程，降低成本，有利于推广应用。

Description

多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法。

背景技术

目前随着采油、钻井技术的发展，水平井技术具有占地面积小、连通地下储层距离远、采油波及面积大等优点，但成本过高，因此水平井技术适用于储量高、地面用地紧张、高产井等条件；另外，在油井开采中后期，也可在直井基础上，采用侧钻分支井技术可实现地下扩展泄油半径的目的，从而提高产能，但一般单分支投资仍较高。

近年来，随着水力喷射径向钻孔技术或井下径向钻井技术的发展，提供了一种在直井或斜井基础上钻径向水平孔的微型钻井技术理念，从而以低成本为优势，获取部份水平井的效果。这种技术理念主要是通过先套管开窗及后高压水力喷射钻孔方式，实现在直井段上径向钻出多条10～50m的多个分支的径向孔洞，从而实现直井与远距离剩余油的沟通，达到提高产能的目的。但施工过程中，每一条分支孔需要地面附助配套大型连续油管拖拽装置等大型设备(可以是地面大型连线油管车)配套完成，且需要通过反复提出管柱调整不同层位，逐一实施钻孔，继而实现多条分支的钻孔，其成本较高。因此，水力喷射钻孔技术以低成本、高效率、适用性强等优点得到行业内的高度关注及科研攻关。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法，克服现有技术中存在的操作环节多、成本高、施工周期长等问题，该多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法无需其他配套设备辅助，简化了井内反复提放连续油管的施工流程，整合了套管开窗喷嘴及地层钻孔喷嘴为一体，完成先开窗后钻孔的连续施工，实现一次施工可开窗及多条分支钻孔同时钻进的目的，简化施工流程，操作方便，降低成本，有利于推广应用。

本发明的目的是这样实现的，一种多分支水力喷射径向钻井管柱，包括能与井口密封连通的液压驱动结构，所述液压驱动结构上设置轴向贯通的钻井液过孔，所述液压驱动结构的顶部设置换向变位结构，所述液压驱动结构的底部密封连接导向结构，所述导向结构内穿设至少一个喷射胶管，所述喷射胶管的入口与所述钻井液过孔连通设置，所述喷射胶管的出口密封连通能套管开窗和径向钻井的喷嘴，所述喷嘴的出口朝向所述导向结构的径向设置；所述换向变位结构能转动地带动所述液压驱动结构、所述喷射胶管和所述喷嘴切换至开窗工位或径向钻井工位。

在本发明的一较佳实施方式中，所述液压驱动结构包括中空的液压外筒，所述液压外筒内密封套设能滑动的活塞结构，所述活塞结构上设置轴向贯通的活塞中心孔，所述活塞结构的顶部向上延伸设置上活塞杆，所述上活塞杆上轴向贯通设置与所述活塞中心孔连通的上杆中心孔，所述液压外筒的内壁顶部能转动地套设所述换向变位结构，所述换向变位结构上设置轴向贯通的换向中心孔，所述上杆中心孔的过流截面尺寸小于所述换向中心孔的过流截面尺寸，所述换向中心孔内沿周向间隔设置开窗卡止槽和径向钻井卡止槽，所述上活塞杆的顶部能滑动穿设于所述换向中心孔内且能通过卡止结构卡止于所述开窗卡止槽或所述径向钻井卡止槽内；所述活塞结构的底部向下延伸设置下活塞杆，所述下活塞杆上轴向贯通设置与所述活塞中心孔连通的下杆中心孔，所述喷射胶管的入口与所述下杆中心孔的底部密封连通，所述下杆中心孔的过流截面尺寸小于所述上杆中心孔的过流截面尺寸；所述下活塞杆上套设复位弹簧。

在本发明的一较佳实施方式中，所述换向变位结构包括能旋转地套设于所述液压外筒内的换向筒体，所述换向筒体的内腔构成所述换向中心孔，所述换向轴心孔的侧壁上沿周向间隔设置所述开窗卡止槽和所述径向钻井卡止槽，所述开窗卡止槽和所述径向钻井卡止槽的槽口均朝上设置，所述开窗卡止槽的槽底高于所述径向钻井卡止槽的槽底设置，所述开窗卡止槽和所述径向钻井卡止槽之间连通设置复位导槽，所述复位导槽高于所述开窗卡止槽和所述径向钻井卡止槽设置，所述复位导槽的槽口朝下设置，所述复位导槽的周向两侧对称设置第一引导斜面和第二引导斜面；所述上活塞杆的顶部套设中空的定位单元，所述定位单元的外壁上径向对称地设置外凸的卡止柱，所述卡止柱能卡止于所述开窗卡止槽或所述复位导槽或所述径向钻井卡止槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述活塞结构包括活塞本体，所述活塞本体上设置所述活塞中心孔，所述上活塞杆的底部密封套设于所述活塞中心孔的顶部，所述下活塞杆的顶部密封套设于所述活塞中心孔的底部，所述上杆中心孔、所述活塞中心孔和所述下杆中心孔连通构成所述钻井液过孔；所述活塞本体上设有控制下移速度小于上移速度的阻尼结构。

在本发明的一较佳实施方式中，所述液压外筒内设置两端封闭的液压油腔，位于所述活塞本体上方的液压油腔为上油腔，位于所述活塞本体下方的液压油腔为下油腔，所述活塞本体的侧壁上沿周向间隔设置轴向贯通的第一活塞过液通道和第二活塞过液通道，所述第一活塞过液通道和所述第二活塞过液通道连通所述上油腔和所述下油腔；

所述阻尼结构包括设置于所述第一活塞过液通道顶部的阻尼孔结构，所述阻尼孔结构能允许液压油自所述下油腔流向所述上油腔；所述第二活塞过液通道的底部设置单向出油阀，所述单向出油阀允许液压油自所述上油腔流向所述下油腔；所述单向出油阀的过流面积大于所述阻尼孔结构的过流面积设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述液压外筒包括上下顺序连接的上外筒和下外筒，所述上外筒和所述下外筒之间通过中间接头密封连接，所述下外筒的底部密封连接下接头，所述下外筒的内壁、所述中间接头的底面和所述下接头的顶面之间构成所述液压油腔，所述上活塞杆密封通过所述中间接头后穿设于所述上外筒内，所述下活塞杆密封穿过所述下接头后连接所述喷射胶管。

在本发明的一较佳实施方式中，所述中间接头的底面、所述下外筒的内壁和所述活塞本体的顶面之间构成所述上油腔，所述中间接头上贯通设置能与所述上油腔连通且能封闭的注油透孔；所述活塞本体的底面、所述下外筒的内壁和所述下接头的顶面之间构成所述下油腔；所述复位弹簧的两端分别顶抵于所述活塞本体的底面和所述下接头的顶面上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述导向结构内设置用于穿设所述喷射胶管和所述喷嘴的导向弯道孔，所述导向结构的侧壁上沿径向设置导向仓口，所述导向弯道孔与所述导向仓口连通设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述导向结构包括导向本体，所述导向本体内设置至少一个所述导向弯道孔，所述导向本体的顶部设置过渡接头，所述过渡接头的顶部与所述下活塞杆的底部密封连通。

本发明的目的还可以这样实现，一种使用前述的多分支水力喷射径向钻井管柱的钻井方法，包括以下步骤：

步骤a、完成多分支水力喷射径向钻井管柱组装并将其下入井下施工层段，完成井口与多分支水力喷射径向钻井管柱的连接；

步骤b、向多分支水力喷射径向钻井管柱泵入高压钻井液，液压驱动结构推动喷射胶管和喷嘴到达套管开窗工位，喷嘴喷射高压射流进行套管开窗；

步骤c、完成套管开窗后，地面泵压降低，液压驱动结构上移拉动喷射胶管和喷嘴缩回导向结构内；

步骤d、再次向多分支水力喷射径向钻井管柱泵入高压钻井液，液压驱动结构带动喷射胶管和喷嘴切换到径向钻井工位，喷嘴喷射高压射流进行径向钻井；

步骤e、径向钻孔结束后，地面泵压降低，液压驱动结构上移拉动喷射胶管和喷嘴缩回导向结构内；

步骤f、调整多分支水力喷射径向钻井管柱的施工层位，重复步骤b至步骤e，完成多条分支钻孔。

由上所述，本发明提供的多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法具有如下有益效果：

本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法中，液压驱动结构能在液压作用下实现轴向移动，形成开窗工位和径向钻井工位；换向变位结构能转动地切换液压驱动结构带动喷射胶管和喷嘴至开窗工位或径向钻井工位；喷射胶管和喷嘴内置在导向结构内，施工不受井斜角度的影响，可适用于大斜度井、水平井的施工；

本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱中，活塞结构通过阻尼结构实现慢速下移快速上移的运动要求；

本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法中，无需其他配套设备辅助，简化了井内反复提放连续油管的施工流程，不需要反复提拉管柱至地面；通过调整上部油管的长度即实现多分支水力喷射径向钻井管柱层位的调整，整合了套管开窗喷嘴及地层钻孔喷嘴为一体，完成先开窗后钻孔的连续施工，实现一次施工可开窗及多条分支钻孔同时钻进的目的，简化施工流程，操作方便，降低成本，有利于推广应用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱的外观示意图。

图2：为本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱的剖视图。

图3：为图2中Ⅰ处放大图。

图4：为本发明的换向变位结构的示意图。

图5：为本发明的定位单元及卡止柱的示意图。

图6：为图2中Ⅱ处放大图。

图中：

100、多分支水力喷射径向钻井管柱；

1、液压驱动结构；

10、活塞本体；101、活塞中心孔；102、上油腔；103、下油腔；104、第一活塞过液通道；105、第二活塞过液通道；

11、上活塞杆；111、上杆中心孔；112、定位单元；113、卡止柱；

12、下活塞杆；121、下杆中心孔；

13、复位弹簧；

14、下外筒；

15、上外筒；151、第一台阶部；

16、上接头；161、上接头中心孔；

17、中间接头；171、注油透孔；

18、下接头；

191、阻尼孔结构；192、单向出油阀；

2、换向变位结构；20、换向筒体；21、开窗卡止槽；22、径向钻井卡止槽；23、复位导槽；24、第一引导斜面；

3、导向结构；31、导向弯道孔；32、导向仓口；33、过渡接头；

41、喷射胶管；42、喷嘴。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示，本发明提供一种多分支水力喷射径向钻井管柱100，包括能与井口密封连通的液压驱动结构1，液压驱动结构上设置轴向贯通的钻井液过孔，液压驱动结构1的顶部设置换向变位结构2，液压驱动结构1的底部密封连接导向结构3，导向结构3内穿设至少一个喷射胶管41(高压喷射胶管，用以承受高压喷射的压力)，喷射胶管41的入口与钻井液过孔连通设置，喷射胶管41的出口密封连通能套管开窗和径向钻井的喷嘴42(高压喷嘴，用以形成对外高压射流，以实现套管开窗和径向钻井钻进)，喷嘴42的出口朝向导向结构3的径向设置；导向结构3内设有多个喷射胶管41时，能够完成同一层位多个径向孔的同时钻进；换向变位结构2能转动地带动液压驱动结构1、喷射胶管41和喷嘴42切换至开窗工位或径向钻井工位。

本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱中，液压驱动结构能在液压作用下实现轴向移动，形成开窗工位和径向钻井工位；换向变位结构能转动地切换液压驱动结构带动喷射胶管和喷嘴至开窗工位或径向钻井工位；喷射胶管和喷嘴内置在导向结构内，施工不受井斜角度的影响，可适用于大斜度井、水平井的施工；本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱，无需其他配套设备辅助，简化了井内反复提放连续油管的施工流程，整合了套管开窗喷嘴及地层钻孔喷嘴为一体，完成先开窗后钻孔的连续施工，实现一次施工可开窗及多条分支钻孔同时钻进的目的，简化施工流程，操作方便，降低成本，有利于推广应用。

进一步，如图2所示，液压驱动结构1包括中空的液压外筒，液压外筒的顶部与上部油管密封连通，上部油管与井口密封连通；液压外筒内密封套设能滑动的活塞结构，活塞结构上设置轴向贯通的活塞中心孔，活塞结构的顶部向上延伸设置上活塞杆11，上活塞杆11上轴向贯通设置与活塞中心孔连通的上杆中心孔111，液压外筒的内壁顶部能转动地套设换向变位结构2，换向变位结构2上设置轴向贯通的换向中心孔，上杆中心孔111的过流截面尺寸小于换向中心孔的过流截面尺寸，换向中心孔内沿周向间隔设置开窗卡止槽21和径向钻井卡止槽22，上活塞杆11的顶部能滑动穿设于换向中心孔内且能通过卡止结构卡止于开窗卡止槽21或径向钻井卡止槽22内；活塞结构的底部向下延伸设置下活塞杆12，下活塞杆12上轴向贯通设置与活塞中心孔连通的下杆中心孔121，喷射胶管41的入口与下杆中心孔121的底部密封连通，下杆中心孔121的过流截面尺寸小于上杆中心孔111的过流截面尺寸，上杆中心孔111、活塞中心孔和下杆中心孔121贯通构成前述的钻井液过孔；下活塞杆12上套设复位弹簧13。

在井口处向上部油管内泵注高压钻井液(高压单向动力液，在高压水射流液内混合添加磨料，从而提高单位压力下水射流的破岩能力，压力范围10～50MPa)流向本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱，在换向中心孔处钻井液分为各具功能的两部分，一部分作为套管开窗或径向钻孔的钻孔动力液，该部分钻井液经钻井液过孔(上杆中心孔111、活塞中心孔和下杆中心孔121)流至喷射胶管41和喷嘴42喷射完成套管开窗或径向钻孔；另一部分作为驱动活塞结构移动的驱动液，上杆中心孔111的过流截面尺寸小于换向中心孔的过流截面尺寸，下杆中心孔121的过流截面尺寸小于上杆中心孔111的过流截面尺寸，驱动液的过流截面积逐级减小，钻井液对上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12产生向下的磨阻作用力，该磨阻作用力构成活塞结构的动力来源，驱动活塞结构下移。上部油管注入的钻井液压力减小后，上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12(及其连接的喷射胶管41和喷嘴42)能在复位弹簧13作用下上移复位。

进一步，如图2、图3、图4和图5所示，换向变位结构2包括能旋转地套设于液压外筒内的换向筒体20，换向筒体20的内腔构成换向中心孔，换向轴心孔的侧壁上沿周向间隔设置开窗卡止槽和径向钻井卡止槽，开窗卡止槽21和径向钻井卡止槽22的槽口均朝上设置，开窗卡止槽21的槽底高于径向钻井卡止槽22的槽底设置，开窗卡止槽21和径向钻井卡止槽22之间连通设置复位导槽23，复位导槽23高于开窗卡止槽21和径向钻井卡止槽22设置，复位导槽23的槽口朝下设置，复位导槽23的周向两侧对称设置第一引导斜面24和第二引导斜面，上活塞杆11的顶部套设中空的定位单元112，定位单元112的外壁上径向对称地设置外凸的卡止柱113，卡止柱113能卡止于开窗卡止槽21或复位导槽23或径向钻井卡止槽22内。需要切换工位时，卡止柱113沿第一引导斜面24或第二引导斜面过渡滑移时，使换向筒体20旋转，最终使卡止柱113卡止于要求的卡止槽内。

在本实施方式中，如图2所示，液压外筒内设置第一台阶部151，换向筒体的底端轴向顶抵支撑于第一台阶部151上；液压外筒的顶部密封连通设置上接头16，上接头16的底端轴向顶抵换向筒体20的顶端，上接头16上设置上接头中心孔161，上接头中心孔161与换向中心孔连通。

在地面的井口处向上部油管(现有技术，连接井口与多分支水力喷射径向钻井管柱)内泵注钻井液(高压单向动力液，一般为高压磨料射流液)，部分钻井液推动液压驱动结构1的上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12下移，定位单元112的卡止柱113首先卡止于开窗卡止槽21内，喷射胶管41和喷嘴42位于套管开窗工位，在钻井液的压力作用下，喷射胶管41和喷嘴42保持在套管开窗工位，部分钻井液经钻井液过孔(上杆中心孔111、活塞中心孔和下杆中心孔121)流至喷射胶管41和喷嘴42喷射完成套管开窗；当完成套管开窗后，地面泵压降低，在复位弹簧的作用下，上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12上移，定位单元112的卡止柱113沿第一引导斜面24过渡滑移使换向筒体20旋转，卡止柱113滑向复位导槽23并卡止于内；

在地面的井口处再次向上部油管内泵注钻井液，部分钻井液推动液压驱动结构1的上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12下移，定位单元112的卡止柱113沿第二引导斜面过渡滑移使换向筒体20旋转，卡止柱113滑向径向钻井卡止槽22并卡止于内；由于开窗卡止槽21的槽底高于径向钻井卡止槽22的槽底设置，卡止柱113卡止于径向钻井卡止槽22内时，活塞结构比套管开窗时更靠下，在钻井液的压力作用下，喷射胶管41的出口端和喷嘴42能伸出套管窗口到达径向钻井工位，喷嘴42通过套管窗口进行地层的径向钻孔，当径向钻孔结束后，地面泵压降低，在复位弹簧的作用下，上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12上移，喷射胶管41及喷嘴42被从地层拽回并复位，定位单元112的卡止柱113沿第一引导斜面24过渡滑移使换向筒体20旋转，卡止柱113滑向复位导槽23并卡止于内。

可通过调整多分支水力喷射径向钻井管柱100的施工层位，连续反复实施不同层段的多条分支钻孔，因不同井况，可设计同时伸出多条喷射胶管及喷嘴，同时完成多个套管开窗及地层深部钻孔。

进一步，如图2和图6所示，活塞结构包括活塞本体10，活塞本体10上设置活塞中心孔101，上活塞杆11的底部密封套设于活塞中心孔101的顶部，下活塞杆12的顶部密封套设于活塞中心孔101的底部，上杆中心孔111、活塞中心孔101和下杆中心孔121连通构成钻井液过孔；活塞本体10上设有控制下移速度小于上移速度的阻尼结构，阻尼结构根据阻尼原理来控制地层钻孔(包括套管开窗和径向钻井)时慢速钻进的技术要求。

进一步，如图2和图6所示，液压外筒内设置两端封闭的液压油腔，位于活塞本体10上方的液压油腔为上油腔102，位于活塞本体10下方的液压油腔为下油腔103，活塞本体10的侧壁上沿周向间隔设置轴向贯通的第一活塞过液通道104和第二活塞过液通道105，第一活塞过液通道104和第二活塞过液通道105连通上油腔102和下油腔103；

阻尼结构包括设置于第一活塞过液通道104顶部的阻尼孔结构191，阻尼孔结构191能允许液压油自下油腔103流向上油腔102，阻尼孔结构191是通孔，通过孔径减小控制粘度高的油品，使其通过困难，减小通过速度；第二活塞过液通道105的底部设置单向出油阀192，单向出油阀192允许液压油自上油腔102流向下油腔103；单向出油阀192的过流面积呈大于阻尼孔结构191的过流面积设置。

在本实施方式中，液压外筒包括上下顺序连接的上外筒15和下外筒14，上外筒15和下外筒14之间通过中间接头17密封连接，下外筒14的底部密封连接下接头18，下外筒14的内壁、中间接头17的底面和下接头18的顶面之间构成液压油腔，上活塞杆11密封通过中间接头17后穿设于上外筒15内，下活塞杆12密封穿过下接头18后连接喷射胶管41。

进一步，如图2和图6所示，中间接头17的底面、下外筒14的内壁和活塞本体10的顶面之间构成上油腔102，中间接头17上贯通设置能与上油腔连通且能封闭的注油透孔171；活塞本体10的底面、下外筒14的内壁和下接头18的顶面之间构成下油腔103；复位弹簧13的两端分别顶抵于活塞本体10的底面和下接头18的顶面上。

完成多分支水力喷射径向钻井管柱100组装后，通过注油透孔171向液压油腔内注入液压油，组装之初，活塞本体10位于行程最上端，上油腔102处于最小容积状态，下油腔103处于最大容积状态，注油后，封堵注油透孔171。

钻井液推动上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12下移时，下油腔103内液压油经阻尼孔结构191流向上油腔102，阻尼孔结构191的孔径越细，液压油越黏稠，液压油通过阻尼孔结构191的流速越慢，因此，液压油自下油腔103流向上油腔102的速度较慢，对活塞结构产生向上的阻力，从而使得上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12下移速度缓慢。当地面停止泵压注入钻井液时，活塞结构受复位弹簧13的恢复作用力向上运移，此时上油腔102的液压油通过单向出油阀192流向下油腔103，打开的单向出油阀192的过流面积大于大于阻尼孔结构191的过流面积，因此液压油回流顺畅，阻力很小，因此，实现上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12的快速复位，喷射胶管41快速回缩。活塞结构通过阻尼结构实现慢速下移快速上移的运动要求。

进一步，如图2所示，导向结构3内设置用于穿设喷射胶管41和喷嘴42的导向弯道孔31，导向结构3的侧壁上沿径向设置导向仓口32，导向弯道孔31与导向仓口32连通设置。

钻井液推动上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12下移时，喷射胶管41和喷嘴42被推动至喷嘴42伸出导向仓口32，进行套管开窗或径向钻井，不需钻进时，地面停止泵压注入钻井液时，活塞结构受复位弹簧13的恢复作用力向上运移，带动喷射胶管41和喷嘴42缩回导向弯道孔31内。本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱100中，通过换向变位结构2来控制液压驱动结构1带动喷射胶管41和喷嘴42反复伸出或缩回导向仓口32实施套管开窗及径向钻孔两种工序。

在本实施方式中，如图2所示，导向结构3包括导向本体，导向本体内设置至少一个导向弯道孔31，导向本体的顶部设置过渡接头33，过渡接头33的顶部与下活塞杆12的底部密封连通。喷射胶管41和喷嘴42内置在导向弯道孔31内，由同一喷射胶管41及喷嘴42先后完成套管开窗及径向钻孔的一趟钻进式水射流喷射钻井。导向本体内可以设置多个导向弯道孔31，各导向弯道孔31内分别设置有喷射胶管41和喷嘴42，能实现同一层位多条分支钻孔同时钻进的施工目的。因不同井况，可设计同时伸出多个喷射胶管41及喷嘴42，同时完成多个套管开窗及地层钻孔。

本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱100中，喷射胶管41和喷嘴42内置在导向结构的导向弯道孔31内，施工不受井斜角度的影响，可适用于大斜度井、水平井的施工。传统水力喷射钻孔在开窗工序完成后，需通过连续油管带入高压胶管及喷嘴从地面下入至施工层段，并需通过导向器才能进入地层钻孔，若施工井段井斜过大，胶管很难准确伸入导向器内，继而存在喷嘴及胶管过导向器时受卡通不过的问题。使用本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱100钻井，能克服施工井斜因素影响，提高井斜适用性。

使用本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱100的钻井方法，包括以下步骤：

步骤a、完成多分支水力喷射径向钻井管柱组装并将其下入井下施工层段，完成井口与多分支水力喷射径向钻井管柱的连接；

具体地，完成多分支水力喷射径向钻井管柱100组装，通过注油透孔171向液压油腔内注入液压油，组装之初，活塞本体10位于行程最上端，上油腔102处于最小容积状态，下油腔103处于最大容积状态，注油后，封堵注油透孔171。

用上部油管连接多分支水力喷射径向钻井管柱100，将其下入井下施工层段，上部油管与井口连通；

步骤b、向多分支水力喷射径向钻井管柱泵入高压钻井液，液压驱动结构1推动喷射胶管41和喷嘴42到达套管开窗工位，喷嘴42喷射高压射流进行套管开窗；

具体地，泵入的高压钻井液(高压磨料射流液)中，部分钻井液推动液压驱动结构1的上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12下移，定位单元112的卡止柱113卡止于开窗卡止槽21内，喷嘴42伸出导向仓口32，喷射胶管41和喷嘴42位于套管开窗工位，在高压钻井液的压力作用下，喷射胶管41和喷嘴42保持在套管开窗工位，部分钻井液经钻井液过孔(上杆中心孔111、活塞中心孔和下杆中心孔121)流至喷射胶管41和喷嘴42向外喷射完成对套管的磨料水力喷射开窗；

步骤c、完成套管开窗后，地面泵压降低，液压驱动结构1上移拉动喷射胶管41和喷嘴42缩回导向结构3内；

具体地，完成套管开窗后，地面泵压降低，当作用在上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12的向下作用力小于复位弹簧13的恢复力时，在复位弹簧13的作用下上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12快速上移，定位单元112的卡止柱113沿第一引导斜面24过渡滑移使换向筒体20旋转，卡止柱113滑向复位导槽23并卡止于内，喷射胶管41和喷嘴42缩回导向结构3的导向弯道孔31内；

步骤d、再次向多分支水力喷射径向钻井管柱泵入高压钻井液，液压驱动结构1带动喷射胶管41和喷嘴42切换到径向钻井工位，喷嘴42喷射高压射流进行径向钻井；

具体地，在地面的井口处再次向上部油管内泵注钻井液，部分钻井液推动液压驱动结构1的上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12下移，定位单元112的卡止柱113沿第二引导斜面过渡滑移使换向筒体20旋转，卡止柱113滑向径向钻井卡止槽22并卡止于内；在钻井液的压力作用下，喷嘴42能伸出套管窗口到达径向钻井工位，喷嘴42伸出套管窗口进行地层的径向钻孔；

步骤e、径向钻孔结束后，地面泵压降低，液压驱动结构1上移拉动喷射胶管41和喷嘴42缩回导向结构3内；

具体地，当径向钻孔结束后，地面泵压降低，当作用在上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12的向下作用力小于复位弹簧13的恢复力时，在复位弹簧的作用下，上活塞杆11、活塞结构和下活塞杆12上移，喷射胶管41及喷嘴42被从地层拽回并复位，定位单元112的卡止柱113沿第一引导斜面24过渡滑移使换向筒体20旋转，卡止柱113滑向复位导槽23并卡止于内；

步骤f、调整多分支水力喷射径向钻井管柱的施工层位，重复步骤b至步骤e，完成多条分支钻孔；

具体地，在井口处，通过调整上部油管的长度调整多分支水力喷射径向钻井管柱的施工层位，连续重复实施重复步骤b至步骤e，完成多条分支钻孔。

本发明提供的钻井方法中，无需其他配套设备辅助，简化了井内反复提放连续油管的施工流程，完成先开窗后钻孔的连续施工，不需要反复提拉管柱至地面；通过调整上部油管的长度即实现多分支水力喷射径向钻井管柱层位的调整，简化施工流程，操作简单，实现一次施工可开窗及多条分支钻孔同时钻进的目的。

由上所述，本发明提供的多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法具有如下有益效果：

本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法中，液压驱动结构能在液压作用下实现轴向移动，形成开窗工位和径向钻井工位；换向变位结构能转动地切换液压驱动结构带动喷射胶管和喷嘴至开窗工位或径向钻井工位；喷射胶管和喷嘴内置在导向结构内，施工不受井斜角度的影响，可适用于大斜度井、水平井的施工；

本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱中，活塞结构通过阻尼结构实现慢速下移快速上移的运动要求；

本发明的多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法中，无需其他配套设备辅助，简化了井内反复提放连续油管的施工流程，不需要反复提拉管柱至地面；通过调整上部油管的长度即实现多分支水力喷射径向钻井管柱层位的调整，整合了套管开窗喷嘴及地层钻孔喷嘴为一体，完成先开窗后钻孔的连续施工，实现一次施工可开窗及多条分支钻孔同时钻进的目的，简化施工流程，操作方便，降低成本，有利于推广应用。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种多分支水力喷射径向钻井管柱，其特征在于，包括能与井口密封连通的液压驱动结构，所述液压驱动结构上设置轴向贯通的钻井液过孔，所述液压驱动结构的顶部设置换向变位结构，所述液压驱动结构的底部密封连接导向结构，所述导向结构内穿设至少一个喷射胶管，所述喷射胶管的入口与所述钻井液过孔连通设置，所述喷射胶管的出口密封连通能套管开窗和径向钻井的喷嘴，所述喷嘴的出口朝向所述导向结构的径向设置；所述换向变位结构能转动地带动所述液压驱动结构、所述喷射胶管和所述喷嘴切换至开窗工位或径向钻井工位；

所述液压驱动结构包括中空的液压外筒，所述液压外筒内密封套设能滑动的活塞结构，所述活塞结构上设置轴向贯通的活塞中心孔，所述活塞结构的顶部向上延伸设置上活塞杆，所述上活塞杆上轴向贯通设置与所述活塞中心孔连通的上杆中心孔，所述液压外筒的内壁顶部能转动地套设所述换向变位结构，所述换向变位结构上设置轴向贯通的换向中心孔，所述上杆中心孔的过流截面尺寸小于所述换向中心孔的过流截面尺寸，所述换向中心孔内沿周向间隔设置开窗卡止槽和径向钻井卡止槽，所述上活塞杆的顶部能滑动穿设于所述换向中心孔内且能通过卡止结构卡止于所述开窗卡止槽或所述径向钻井卡止槽内；所述活塞结构的底部向下延伸设置下活塞杆，所述下活塞杆上轴向贯通设置与所述活塞中心孔连通的下杆中心孔，所述喷射胶管的入口与所述下杆中心孔的底部密封连通，所述下杆中心孔的过流截面尺寸小于所述上杆中心孔的过流截面尺寸；所述下活塞杆上套设复位弹簧。

2.如权利要求1所述的多分支水力喷射径向钻井管柱，其特征在于，所述换向变位结构包括能旋转地套设于所述液压外筒内的换向筒体，所述换向筒体的内腔构成所述换向中心孔，所述换向中心孔的侧壁上沿周向间隔设置所述开窗卡止槽和所述径向钻井卡止槽，所述开窗卡止槽和所述径向钻井卡止槽的槽口均朝上设置，所述开窗卡止槽的槽底高于所述径向钻井卡止槽的槽底设置，所述开窗卡止槽和所述径向钻井卡止槽之间连通设置复位导槽，所述复位导槽高于所述开窗卡止槽和所述径向钻井卡止槽设置，所述复位导槽的槽口朝下设置，所述复位导槽的周向两侧对称设置第一引导斜面和第二引导斜面；所述上活塞杆的顶部套设中空的定位单元，所述定位单元的外壁上径向对称地设置外凸的卡止柱，所述卡止柱能卡止于所述开窗卡止槽或所述复位导槽或所述径向钻井卡止槽内。

3.如权利要求1所述的多分支水力喷射径向钻井管柱，其特征在于，所述活塞结构包括活塞本体，所述活塞本体上设置所述活塞中心孔，所述上活塞杆的底部密封套设于所述活塞中心孔的顶部，所述下活塞杆的顶部密封套设于所述活塞中心孔的底部，所述上杆中心孔、所述活塞中心孔和所述下杆中心孔连通构成所述钻井液过孔；所述活塞本体上设有控制下移速度小于上移速度的阻尼结构。

4.如权利要求3所述的多分支水力喷射径向钻井管柱，其特征在于，

所述液压外筒内设置两端封闭的液压油腔，位于所述活塞本体上方的液压油腔为上油腔，位于所述活塞本体下方的液压油腔为下油腔，所述活塞本体的侧壁上沿周向间隔设置轴向贯通的第一活塞过液通道和第二活塞过液通道，所述第一活塞过液通道和所述第二活塞过液通道连通所述上油腔和所述下油腔；

所述阻尼结构包括设置于所述第一活塞过液通道顶部的阻尼孔结构，所述阻尼孔结构能允许液压油自所述下油腔流向所述上油腔；所述第二活塞过液通道的底部设置单向出油阀，所述单向出油阀允许液压油自所述上油腔流向所述下油腔；所述单向出油阀的过流面积大于所述阻尼孔结构的过流面积设置。

5.如权利要求4所述的多分支水力喷射径向钻井管柱，其特征在于，所述液压外筒包括上下顺序连接的上外筒和下外筒，所述上外筒和所述下外筒之间通过中间接头密封连接，所述下外筒的底部密封连接下接头，所述下外筒的内壁、所述中间接头的底面和所述下接头的顶面之间构成所述液压油腔，所述上活塞杆密封通过所述中间接头后穿设于所述上外筒内，所述下活塞杆密封穿过所述下接头后连接所述喷射胶管。

6.如权利要求5所述的多分支水力喷射径向钻井管柱，其特征在于，所述中间接头的底面、所述下外筒的内壁和所述活塞本体的顶面之间构成所述上油腔，所述中间接头上贯通设置能与所述上油腔连通且能封闭的注油透孔；所述活塞本体的底面、所述下外筒的内壁和所述下接头的顶面之间构成所述下油腔；所述复位弹簧的两端分别顶抵于所述活塞本体的底面和所述下接头的顶面上。

7.如权利要求1所述的多分支水力喷射径向钻井管柱，其特征在于，所述导向结构内设置用于穿设所述喷射胶管和所述喷嘴的导向弯道孔，所述导向结构的侧壁上沿径向设置导向仓口，所述导向弯道孔与所述导向仓口连通设置。

8.如权利要求7所述的多分支水力喷射径向钻井管柱，其特征在于，所述导向结构包括导向本体，所述导向本体内设置至少一个所述导向弯道孔，所述导向本体的顶部设置过渡接头，所述过渡接头的顶部与所述下活塞杆的底部密封连通。

9.一种使用如权利要求1至8任一项所述的多分支水力喷射径向钻井管柱的钻井方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、完成多分支水力喷射径向钻井管柱组装并将其下入井下施工层段，完成井口与多分支水力喷射径向钻井管柱的连接；

步骤b、向多分支水力喷射径向钻井管柱泵入高压钻井液，液压驱动结构推动喷射胶管和喷嘴到达套管开窗工位，喷嘴喷射高压射流进行套管开窗；

步骤c、完成套管开窗后，地面泵压降低，液压驱动结构上移拉动喷射胶管和喷嘴缩回导向结构内；

步骤d、再次向多分支水力喷射径向钻井管柱泵入高压钻井液，液压驱动结构带动喷射胶管和喷嘴切换到径向钻井工位，喷嘴喷射高压射流进行径向钻井；

步骤e、径向钻孔结束后，地面泵压降低，液压驱动结构上移拉动喷射胶管和喷嘴缩回导向结构内；

步骤f、调整多分支水力喷射径向钻井管柱的施工层位，重复步骤b至步骤e，完成多条分支钻孔。

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