CN112627730B - 一种重入径向分支井的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重入径向分支井的方法及装置，利用重入装置在主井眼内旋转及升降运动时，导引头在井壁表面与分支井眼中产生的反扭矩差异，识别导引头位置并将其引向分支井眼，设置限扭机构保护导引头，再利用水力锚锚定导向器完成分支井眼的导向工作。本发明提供的径向分支井重入方法操作方法简单，且识别快速高效。利用该方法可在多分支径向井眼内下一趟管柱完成解除锚定和再次引导至其它井眼的工作，实现方法简单可靠。

Description

一种重入径向分支井的方法及装置

技术领域

本发明属于石油与天然气工程中钻采机械设备领域，涉及井下作业方法，尤其是一种重入径向分支井的方法及装置。

背景技术

径向分支井是提高油田开发效率的有效手段，它是通过在垂直井眼内沿径向钻出呈辐射状分布的一口或多口水平井眼，从而穿透近井污染带，增大与储层的接触面积，建立高导流通道，达到增产増注的目的。由于径向水平井的井眼曲率半径小，完井后各类井下工具下入井底时，需要利用导向重新进入水平段井眼。若径向水平井存在多个径向分支或需完成多组工具下入，则需消耗大量能源和时间完成导向工具的装入取出工作，对油气井井下作业成本造成巨大消耗。

通过专利检索，发现如下相关公开发明专利

1、多分支井后期作业管柱重入方法(CN101787856A)，该方法利用导向键和导向槽相配合的原理，在分支井眼上方预设导向槽，导向槽与分支井眼在水平面上投影的夹角为引导角。下入管柱时预设带有导向键和一定角度的弯引鞋，导向键与弯引鞋在水平面投影的夹角应等于引导角。利用管柱下入时导向键与导向槽相配合，可完成弯引鞋进入分支井眼，从而引导后期作业管柱进入分支井眼。

该方法完成多分支井眼的重入作业，但作业前期需在主井筒中预设导向套，且引导角需已知，这样作业前期需利用管柱将导向套送入预定位置锚定，并准确测量引导角。作业工序繁琐复杂，耗时较长。

2、一种井眼选择性重入装置和方法(CN104405318A)，该方法利用井下永久性定位工具、主井眼重入导引工具和支井眼重入导引工具三个工具配合完成。先将井下永久性定位工具按照一定的角度下入主井眼内，再下入主井眼重入导引工具，将环形导斜面对向分支井眼，再下入支井眼重入导引工具，通过环形导斜面的引导从侧向口伸入进入分支井眼内，从而引导后期作业管柱进入分支井眼。

该方法可选择性的引导作业管串进入主井眼或分支井眼，但作业前期同样需要下入定位工具并需要定位，导致作业施工繁琐费时。另外分支井眼重入作业结束后，主井眼内仍留有永久性定位工具，为以后主井眼其它施工作业带来诸多不便。

3、一种分支井选择性重入方法及装置(CN1932231A)，该方法是利用压降的方式使选择性重入装置沿一定方向产生一定角度弯曲，再缓慢下放并旋转重入管柱；当弯曲侧向力使本发明装置的弯曲方位与分支井眼一致时，本发明装置引导作业管柱进入分支井眼。

该方法易于实施且不必预置导向装置，简化了施工工序，可引导作业管柱进入分支井眼完成后续施工作业。但存在以下缺点：(1)发明中重入装置进入分支井眼的时间无法判断，上部管柱旋转状态下对下部管柱易发生扭断；(2)重入装置导引重入管柱进入分支井眼后，重入装置仍处于分支井眼内且在井眼前端，为分支井眼内的其它施工作业带来不变，若要反复作业，则需多次起下重入装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种重入径向分支井的(导引)方法及装置，操作方法简单，且识别快速高效。利用该方法可在多分支径向井眼内下一趟管柱完成解除锚定和再次引导至其它井眼的工作，实现方法简单可靠。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种重入径向分支井的方法，包括如下步骤：

沿主井筒下入重入装置至径向分支井眼层位；

推出导引头抵触井壁；

旋转并缓慢升降管柱使导引头沿井壁滑动；

当导引头遇到径向分支井眼时，管内压力推动导引头进入分支井眼，此时管柱扭矩增大，当超过重入装置限定扭矩时上部管柱自旋转，下部管柱停止旋转；

停止升降管柱，锚定导向器，此时导向器出口已对准分支井眼入口；

捞出导引头，完成井下定位作业。

而且，导引头在主井筒上滑动时摩擦力产生的反扭距与当导引头由主井筒进入分支井筒时阻力产生的反扭距具有较大差异，利用两者扭矩差可判断导引头在井下位置。

一种重入径向分支井的装置，包括至上而下依次连接的上部钻杆或油管、限扭短节、上扶正器、水力锚、导向器、下扶正器，在水力锚的内腔滑动安装活塞体，在导向器内制有弧形的导向孔，在导向孔内穿装柔性杆，柔性杆的一端连接活塞体，柔性杆的另一端连接导引头。导引头可沿导向孔穿出导向器。

而且，所述的限扭短节包括上接外管、波形环片、下接内管，在上接外管内下部套装下接内管的上部，在下接内管的外壁与上接外管的内壁之间安装轴承，在上接外管的底部连接外管端盖，在下接内管的外壁下部一体制出凸台，凸台的顶面承托外管端盖的底面，外管端盖的底面制成波纹形，在凸台的顶面与外管端盖的底面之间安装波形环片，波形环片与凸台焊接。

而且，在下接内管的顶部套装内管端盖，在内管端盖的外壁与上接外管的内壁之间安装密封圈。

而且，所述波形环片为四分之三圆环结构，波形环片波谷处为焊接固定点与下接内管的凸台焊接。

而且，所述限扭短节的限扭方法为：当管柱扭矩增大，限扭短节中外管端盖上的刚性波纹面对下接内管上的波形环片进行挤压，当管柱上扭矩力超过限扭短节上的波形环片变形力时，限扭短节上的波形环片变形，外管端盖波纹面在波形环片空出空间处旋转，扭矩无法传递，下部结构停转，实现限扭作用。

本发明的工作原理是利用重入装置在主井眼内旋转及升降运动时，导引头在井壁表面与分支井眼中产生的反扭矩差异，识别导引头位置并将其引向分支井眼，设置限扭机构保护导引头，再利用水力锚锚定导向器完成分支井眼的导向工作。

实现过程包括：沿主井筒下入重入装置至径向分支井眼层位；推出导引头抵触井壁；转动和升降管柱使导引头沿井壁滑动；当导引头遇到径向分支井眼时，管内压力推动导引头进入分支井眼，此时管柱扭矩增大，超过重入装置限定扭矩时上部管柱自旋转，下部管柱停止旋转；停止升降管柱，向管柱内泵注液体使水力锚锁紧井壁从而锚定导向器，此时导向器出口已对准分支井眼入口；捞出导引头，完成井下定位作业。

本发明通过限扭短节可实现扭矩保护与限定，从而实现井下工具安全保护和导引工具位置锁定。当管柱扭矩超过设定值时，上下管柱实现旋转分离，即下部管柱停止旋转，上部管柱继续旋转。上部管柱继续旋转可使上部管柱扭矩释放，保护井下工具安全；下部管柱停止旋转可锁定导引工具位置，保证导引方向准确。

本发明利用井下管柱转动时的扭矩力判断导引工具的进入状态。即当导引头在主井筒上滑动时摩擦力产生的反扭距和当导引头由主井筒进入分支井筒时阻力产生的反扭距具有较大差异，利用两者扭矩差可判断导引头在井下位置。

本发明的优点和积极效果是：

1、与CN101787856A相比，本发明无需在下本发明装置前进行定位和预制装置。本发明利用管柱直接下入本发明装置，导引过程中直接完成导向器定位，导向器锚定后取出导引头完成导引作业，整个过程仅下入、起出一趟管柱即可完成。节省了操作工序，节约了时间。

2、与CN104405318A相比，本发明无需下入永久性定位工具。导引作业结束后可解除导向器锚定，继续完成下一分支井眼的重入导引作业。无井下装置材料消耗，节约成本，且操作简单。

3、与CN1932231A相比，本发明无需将导引头置于重入管柱前端，且重入导引方法更加合理、安全、可靠。本发明是利用限定扭矩方法对导引头的状态进行识别判断，既保护重入管柱安全，又识别了导引头是否进入分支井眼。本发明方法中将导向器与导引头一同下入主井筒，导引头对准分支井眼同时准确锚定了导向器位置。取出导引头后，重入管柱可按照施工作业需求下入各类工具，不受前置导引头的限制。

4、与CN101787856A、CN104405318A、CN1932231A代表的现有技术相比，本发明可在径向分支井和超短半径分支井内进行重入导引作业。由于径向分支井和超短半径分支井的分支井眼较小，上述技术采用弯引鞋或预制弯曲导引头，无法顺利进入，且大尺寸或复杂工具无法在小直径井眼中顺利完成需求作业。本发明提供方法可利用连续油管(该工具为径向水平井钻完井常用工具，直径约为1英寸-2英寸)在小直径井眼的径向分支井和超短半径分支井内完成重入导引作业，方法简单可靠。

附图说明

图1为本装置的结构图；

图2为限扭短节的结构图；

图3a为波形环片的结构图；

图3b为波形环片与外管端盖的波纹面的配合示意图；

图3c为波形环片被挤压后的状态示意图；

图4为本方法装置的工作状态示意图(初始)；

图5为本方法装置的工作状态示意图(加压、活塞推进，导引头抵紧井壁)；

图6为本方法装置的工作状态示意图(缓慢转动并升降本装置)；

图7为本方法装置的工作状态示意图(导引头寻址)；

图8为本方法装置的工作状态示意图(导向器锚定)；

图9为本方法装置的工作状态示意图(活塞打开旁通口)；

图10为本方法装置的工作状态示意图(连续油管打捞)。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种重入径向分支井的装置，包括至上而下依次连接的上部钻杆或油管1、限扭短节2、上扶正器3、水力锚4、导向器6、下扶正器9。在水力锚的内腔滑动安装活塞体5。在导向器内制有弧形的导向孔，在导向孔内穿装柔性杆，柔性杆的一端连接活塞体，柔性杆的另一端连接导引头。导引头可沿导向孔穿出导向器。

所述的限扭短节的结构如图2所示，包括上接外管2-1、内管端盖2-2、外管端盖2-5、波形环片2-6、下接内管2-7。在上接外管2-1内下部套装下接内管2-7的上部，在下接内管2-7的外壁与上接外管2-1的内壁之间安装轴承2-4。在上接外管2-1的底部连接外管端盖2-5，在下接内管2-7的外壁下部一体制出凸台，凸台的顶面承托外管端盖2-5的底面，外管端盖2-5的底面制成波纹形，在凸台的顶面与外管端盖2-5的底面之间安装波形环片2-6。所述波形环片为四分之三圆环结构，波谷处为焊接固定点与下接内管的凸台焊接。

在下接内管2-7的顶部套装内管端盖2-2，在内管端盖2-2的外壁与上接外管2-1的内壁之间安装密封圈2-3。

限扭短节工作原理为：

当导引头进入分支井窗口后，管柱扭矩增大。限扭短节中外管端盖上的刚性波纹面对下接内管上的波形环片进行挤压。当管柱上扭矩力超过限扭短节上的波形环片变形力时，限扭短节上的波形环片开始变形、扁平化。此时，外管端盖波纹面在波形环片空出空间处旋转，扭矩无法传递，下部结构停转，实现限扭作用，导引头得到保护。

在限定扭矩力以内时，限扭短节中外管端盖的刚性波纹面与波形环片相互配合，如图3b所示。所述波形环片为四分之三圆环结构，波谷处为焊接固定点，如图3a，焊接在下接内管的凸台上，波形环片具有很好的弹性变形能力，且使用寿命长。当管柱扭矩力超过波形环片的抗变形强度时，波形环片上波峰部位被挤压，整体结构扁平化，如图3c所示。

本装置的使用方法包括如下步骤：

(1)利用钻杆或油管将本发明装置送入主井筒内(如图4所示)。当本发明装置接近并到达需要重入的分支井眼位置时，向钻杆或油管1内泵注流体，使管内压力升高。流体压力推动活塞体5下行，并推动柔性杆7和导引头8在导向器6内的导向孔中运动。导引头8伸出导向器6外并抵触套管后，活塞体无法下行，管内压力持续升高。由地面监测压力信号可知，导引头已经抵紧套管(如图5所示)。

(2)缓慢转动钻杆或油管1，带动本发明装置转动。同时提升或下放钻杆或油管1，使导引头8在套管内壁上作螺旋运动(如图6所示)。当遇到径向分支井眼处时，导引头8在流体压力作用下被推入径向分支井眼内(如图7所示)。导引头8进入分支井筒后，旋转管柱扭矩升高。当扭矩达到并超过限扭短节2的扭矩上限时，限扭短节以上管柱将继续转动，限扭短节以下部分停止转动。地面通过扭矩的变化可以判断导引头8已进入径向分支井眼。此时停止钻杆或油管1的转动和上下移动。此时导引头8和导向器6的出口均对准径向分支井眼。

(3)继续向钻杆或油管1内注入流体。活塞体5在管内流体压力作用下继续向下移动并打开水力锚的液力通道，液压使水力锚的锚爪10张开并锚定在套管内壁上，(如图8所示)。固定本发明装置中的导向器使之不能转动和上下移动。此时导向器的导向口已对准径向分支井眼的入口。

(4)继续向钻杆或油管1内泵注流体，管内压力继续推动活塞体5下行，活塞体5打开旁通口11，液体由旁通口注入环空，管内压力下降。旁通口泄压(如图9所示)。地面通过压力变化，得知智能工具定位并已经锚定。可再利用连续油管经由钻杆或油管1将活塞体5、柔性杆7和导引头8打捞出来(如图10所示)。径向分支井的井下重入导引作业完成。井下工具可利用钻杆或油管在导向器的引导下顺利进入径向分支井眼内进行作业。

(5)径向分支井眼内井下作业完成后，可通过上提或下放钻杆或油管1，使水力锚解锁。本发明装置又可以在管柱的带动下，上下任意活动。若需要在同一个主井筒内完成另一个径向分支井眼的导引作业时，可由连续油管12(也可以用液体泵送的方式)将活塞体、柔性杆和导引头送入，在井下重新组合本发明装置，即可开始下一个径向分支井眼的导引作业。

本发明方法和装置不仅仅能在径向分支井重入进行应用，还可以在长半径、中半径、短半径和中短半径分支井重入进行应用。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种重入径向分支井的装置，其特征在于：包括至上而下依次连接的上部钻杆或油管、限扭短节、上扶正器、水力锚、导向器、下扶正器，在水力锚的内腔滑动安装活塞体，在导向器内制有弧形的导向孔，在导向孔内穿装柔性杆，柔性杆的一端连接活塞体，柔性杆的另一端连接导引头，导引头可沿导向孔穿出导向器；

所述的限扭短节包括上接外管、波形环片、下接内管，在上接外管内下部套装下接内管的上部，在下接内管的外壁与上接外管的内壁之间安装轴承，在上接外管的底部连接外管端盖，在下接内管的外壁下部一体制出凸台，凸台的顶面承托外管端盖的底面，外管端盖的底面制成波纹形，在凸台的顶面与外管端盖的底面之间安装波形环片，波形环片与凸台焊接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在下接内管的顶部套装内管端盖，在内管端盖的外壁与上接外管的内壁之间安装密封圈。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述波形环片为四分之三圆环结构，波形环片波谷处为焊接固定点与下接内管的凸台焊接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述限扭短节的限扭方法为：当管柱扭矩增大，限扭短节中外管端盖上的刚性波纹面对下接内管上的波形环片进行挤压，当管柱上扭矩力超过限扭短节上的波形环片变形力时，限扭短节上的波形环片变形，外管端盖波纹面在波形环片空出空间处旋转，扭矩无法传递，下部结构停转，实现限扭作用。

5.一种根据权利要求1所述装置的重入径向分支井的方法，其特征在于：包括如下步骤：

沿主井筒下入重入装置至径向分支井眼层位；

推出导引头抵触井壁；

旋转并缓慢升降管柱使导引头沿井壁滑动；

当导引头遇到径向分支井眼时，管内压力推动导引头进入分支井眼，此时管柱扭矩增大，当超过重入装置限定扭矩时上部管柱自旋转，下部管柱停止旋转；

停止升降管柱，锚定导向器，此时导向器出口已对准分支井眼入口；

捞出导引头，完成井下定位作业。

6.根据权利要求5所述的重入径向分支井的方法，其特征在于：导引头在主井筒上滑动时摩擦力产生的反扭距与当导引头由主井筒进入分支井筒时阻力产生的反扭距具有较大差异，利用两者扭矩差可判断导引头在井下位置。

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