CN113914775A - 超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法 - Google Patents

超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法，包括下轴承系统和柔性钻具、导向管以及上轴承系统，所述下轴承系统包括有芯轴一，所述芯轴一的外表面套接设置有轴承壳体一，所述芯轴一的一端外表面位于轴承壳体一的内部位置处套接转动安装有若干个止推轴承一。本发明涉及水平井施工技术领域，该超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法，在超短半径水平井造斜段中使用，在获得稳定造斜率的同时，所钻井眼更光滑，全程旋转钻进更有利于携砂，减少岩屑堆积；而稳定可控的造斜率，为水平钻井的精准着陆和水平段钻进、完井和油藏改造提供了保障，通过对导向管主体的参数设计，可以将造斜率精确控制在3°～6°/m间的任一数值。

Description

超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法
技术领域
本发明涉及水平井施工技术领域，具体为超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法。
背景技术
近年来，国内油田大力推广采用超短半径侧钻水平井技术，为充分改造油藏，需要下入分段压裂工具到井底，水平井是井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井。
但是在水平井的施工中，造斜段的造斜率变化过大，导致水平段钻井工具下入困难、分段压裂工具常有不能通过造斜段高狗腿度的井段，从而使造井的过程中不够顺利，水平井不够光滑。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法，解决了在水平井的施工中，造斜段的造斜率变化过大，导致水平段钻井工具下入困难、分段压裂工具常有不能通过造斜段高狗腿度的井段，从而使造井的过程中不够顺利，水平井不够光滑的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：超短半径水平井造斜稳斜装置，包括下轴承系统和柔性钻具、导向管以及上轴承系统。
所述下轴承系统包括有芯轴一，所述芯轴一的外表面套接设置有轴承壳体一，所述芯轴一的一端外表面位于轴承壳体一的内部位置处套接转动安装有若干个止推轴承一，且芯轴一的另一端外表面位于轴承壳体一的内部位置处套接转动安装有若干个径向轴承一。
所述柔性钻具包括有控制芯杆，所述控制芯杆的一端外表面套接转动安装有外轴承，且控制芯杆的另一端设置有控制器接头，所述控制芯杆的另一端外表面套接设置有控制器外套，所述控制器接头的一端外表面位于控制器外套的一端位置处套接安装有控制器螺帽。
所述导向管包括有导向管主体，所述导向管主体的一端外表面套接安装有定位螺母，且导向管主体的另一端设置有高边舌头，所述高边舌头的外部套接安装有芯轴一，所述导向管主体的另一端外侧设置有侧向限位器一，且导向管主体的外侧靠近侧向限位器一的一侧位置处设置有侧向限位器二，所述侧向限位器二的外表面开设有轴向应力释放槽。
所述上轴承系统包括芯轴二，所述芯轴二的外表面套接设置有轴承壳体二，且芯轴二的一端外表面位于轴承壳体二的内部位置处套接转动安装有若干个止推轴承二，所述芯轴二的另一端外表面位于轴承壳体二的内部位置处套接转动安装有若干个径向轴承二，所述轴承壳体二的一端上下侧均嵌入安装有导向定位销。
优选的，所述芯轴一的另一端与控制芯杆的一端相连接，所述控制器接头的一端与芯轴二的一端相连接，所述导向管主体套接安装于轴承壳体一和轴承壳体二的外表面，所述外轴承的外表面与导向管主体的内壁固定连接。
优选的，所述止推轴承一和止推轴承二用于承受钻压，所述径向轴承一和径向轴承二起扶正防偏磨作用。
优选的，所述导向管主体与轴承壳体二之间通过导向定位销锁定连接，便于测量导向管主体的高边。
优选的，所述外轴承保持柔性钻具在导向管主体内部的居中性，减少摩擦力。
优选的，所述控制芯杆和控制器外套、控制器接头以及控制器螺帽组成了柔性钻具的一个单元，能提供360°和5°/节的万向连接。
优选的，所高边限位器限制高边舌头的最大行程，所述侧向限位器一和侧向限位器二以及轴向应力释放槽使导向管主体有效变形到固定曲率，同时使其恢复到弹性形变。
优选的，所述定位螺母调节整个导向管主体的长度，且定位螺母对多根导向管主体的高边舌头起到定位作用，方便导向管主体进行导向工作。
优选的，超短半径水平井造斜稳斜装置，其施工方法包括以下步骤：
S1、组装：先将芯轴二的一端固定到控制器接头的一端，然后将芯轴一的一端连接安装到控制芯杆的一端上，安装好后，将导向管主体套到上轴承系统和下轴承系统以及柔性钻具的外侧，并且用导向定位销对导向管主体进行定位固定，之后将芯轴二的另一端与钻机相连，将芯轴一的另一端与钻井专用的钻头相连接；
S2、钻井：将步骤S1中组装好的设备运输到需要钻井的位置，使导向管主体的一端对准水平井的指定位置，然后使钻机工作，钻机带动芯轴二转轴，芯轴二带动控制器外套和芯轴一转动，芯轴一就会带动钻头转动，进而开始钻井工作，在导向定位销和外轴承的作用下，能够保证控制芯杆的居中，且能够保证导向管主体不会发生偏转，然后在钻机的钻压作用下，导向管主体会变形为固定曲率的形状，当钻头在转动破岩时，导向管主体就会相对静止不转动，从而获得造斜初始段精确方位，导向管主体进入高斜率井段后产生方位自锁而获得精确方位，实现恒定造斜率的功能。
优选的，所述导向管主体的导向参数根据水平井的斜率进行相应的设置。
有益效果
本发明提供了超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法，与现有技术相比具备以下有益效果：
1、该超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法，在超短半径水平井造斜段中使用，在获得稳定造斜率的同时，所钻井眼更光滑，全程旋转钻进更有利于携砂，减少岩屑堆积；而稳定可控的造斜率，为水平钻井的精准着陆和水平段钻进、完井和油藏改造提供了保障，通过对导向管主体的参数设计，可以将造斜率精确控制在3°～6°/m间的任一数值。
2、该超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法，与传统铰链式造斜马达方式相比，不会出现造斜率忽高忽低以及出现极高而导致马达自锁而无法钻进的情况，操作简单，能实现对目的层的精准着陆控制，使其本身对钻井液的要求不高。
3、该超短半径水平井造斜稳斜装置及施工方法，通过利用了高狗腿度的特点，设计巧妙，使用方便。
附图说明
图1为本发明上轴承系统结构的示意图；
图2为本发明柔性钻具结构的示意图；
图3为本发明导向管主体结构的示意图；
图4为本发明下轴承系统结构的示意图。
图中：1、芯轴一；2、轴承壳体一；3、止推轴承一；4、径向轴承一；5、控制芯杆；6、外轴承；7、控制器外套；8、控制器接头；9、控制器螺帽；10、导向管主体；11、定位螺母；12、高边舌头；13、高边限位器；14、侧向限位器一；15、侧向限位器二；16、轴向应力释放槽；17、芯轴二；18、止推轴承二；19、径向轴承二；20、轴承壳体二；21、导向定位销。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：超短半径水平井造斜稳斜装置，包括下轴承系统和柔性钻具、导向管以及上轴承系统。
请参阅图1，本发明实施例中，所述下轴承系统包括有芯轴一1，芯轴一1的外表面套接设置有轴承壳体一2，芯轴一1的一端外表面位于轴承壳体一2的内部位置处套接转动安装有若干个止推轴承一3，且芯轴一1的另一端外表面位于轴承壳体一2的内部位置处套接转动安装有若干个径向轴承一4。
请参阅图2，本发明实施例中，柔性钻具包括有控制芯杆5，控制芯杆5的一端外表面套接转动安装有外轴承6，且控制芯杆5的另一端设置有控制器接头8，控制芯杆5的另一端外表面套接设置有控制器外套7，控制器接头8的一端外表面位于控制器外套7的一端位置处套接安装有控制器螺帽9。
请参阅图3，本发明实施例中，导向管包括有导向管主体10，导向管主体10的一端外表面套接安装有定位螺母11，且导向管主体10的另一端设置有高边舌头12，高边舌头12的外部套接安装有芯轴一1，导向管主体10的另一端外侧设置有侧向限位器一14，且导向管主体10的外侧靠近侧向限位器一14的一侧位置处设置有侧向限位器二15，侧向限位器二15的外表面开设有轴向应力释放槽16。
请参阅图4，本发明实施例中，上轴承系统包括芯轴二17，芯轴二17的外表面套接设置有轴承壳体二20，且芯轴二17的一端外表面位于轴承壳体二20的内部位置处套接转动安装有若干个止推轴承二18，芯轴二17的另一端外表面位于轴承壳体二20的内部位置处套接转动安装有若干个径向轴承二19，轴承壳体二20的一端上下侧均嵌入安装有导向定位销21。
本发明实施例中，芯轴一1的另一端与控制芯杆5的一端相连接，控制器接头8的一端与芯轴二17的一端相连接，导向管主体10套接安装于轴承壳体一2和轴承壳体二20的外表面，外轴承6的外表面与导向管主体10的内壁固定连接。
本发明实施例中，止推轴承一3和止推轴承二18用于承受钻压，径向轴承一4和径向轴承二19起扶正防偏磨作用。
本发明实施例中，导向管主体10与轴承壳体二20之间通过导向定位销21锁定连接，便于测量导向管主体10的高边。
本发明实施例中，外轴承6保持柔性钻具在导向管主体10内部的居中性，减少摩擦力。
本发明实施例中，控制芯杆5和控制器外套7、控制器接头8以及控制器螺帽9组成了柔性钻具的一个单元，能提供360°和5°/节的万向连接。
本发明实施例中，所高边限位器13限制高边舌头12的最大行程，侧向限位器一14和侧向限位器二15以及轴向应力释放槽16使导向管主体10有效变形到固定曲率，同时使其恢复到弹性形变。
本发明实施例中，定位螺母11调节整个导向管主体10的长度，且定位螺母11对多根导向管主体10的高边舌头12起到定位作用，方便导向管主体10进行导向工作。
本发明实施例中，超短半径水平井造斜稳斜装置，其施工方法包括以下步骤：
S1、组装：先将芯轴二17的一端固定到控制器接头8的一端，然后将芯轴一1的一端连接安装到控制芯杆5的一端上，安装好后，将导向管主体10套到上轴承系统和下轴承系统以及柔性钻具的外侧，并且用导向定位销21对导向管主体10进行定位固定，之后将芯轴二17的另一端与钻机相连，将芯轴一1的另一端与钻井专用的钻头相连接；
S2、钻井：将步骤S1中组装好的设备运输到需要钻井的位置，使导向管主体10的一端对准水平井的指定位置，然后使钻机工作，钻机带动芯轴二17转轴，芯轴二17带动控制器外套7和芯轴一1转动，芯轴一1就会带动钻头转动，进而开始钻井工作，在导向定位销21和外轴承6的作用下，能够保证控制芯杆5的居中，且能够保证导向管主体10不会发生偏转，然后在钻机的钻压作用下，导向管主体10会变形为固定曲率的形状，当钻头在转动破岩时，导向管主体10就会相对静止不转动，从而获得造斜初始段精确方位，导向管主体10进入高斜率井段后产生方位自锁而获得精确方位，实现恒定造斜率的功能。
本发明实施例中，导向管主体10的导向参数根据水平井的斜率进行相应的设置。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (10)

1.超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：包括下轴承系统和柔性钻具、导向管以及上轴承系统；
所述下轴承系统包括有芯轴一(1)，所述芯轴一(1)的外表面套接设置有轴承壳体一(2)，所述芯轴一(1)的一端外表面位于轴承壳体一(2)的内部位置处套接转动安装有若干个止推轴承一(3)，且芯轴一(1)的另一端外表面位于轴承壳体一(2)的内部位置处套接转动安装有若干个径向轴承一(4)；
所述柔性钻具包括有控制芯杆(5)，所述控制芯杆(5)的一端外表面套接转动安装有外轴承(6)，且控制芯杆(5)的另一端设置有控制器接头(8)，所述控制芯杆(5)的另一端外表面套接设置有控制器外套(7)，所述控制器接头(8)的一端外表面位于控制器外套(7)的一端位置处套接安装有控制器螺帽(9)；
所述导向管包括有导向管主体(10)，所述导向管主体(10)的一端外表面套接安装有定位螺母(11)，且导向管主体(10)的另一端设置有高边舌头(12)，所述高边舌头(12)的外部套接安装有芯轴一(1)，所述导向管主体(10)的另一端外侧设置有侧向限位器一(14)，且导向管主体(10)的外侧靠近侧向限位器一(14)的一侧位置处设置有侧向限位器二(15)，所述侧向限位器二(15)的外表面开设有轴向应力释放槽(16)；
所述上轴承系统包括芯轴二(17)，所述芯轴二(17)的外表面套接设置有轴承壳体二(20)，且芯轴二(17)的一端外表面位于轴承壳体二(20)的内部位置处套接转动安装有若干个止推轴承二(18)，所述芯轴二(17)的另一端外表面位于轴承壳体二(20)的内部位置处套接转动安装有若干个径向轴承二(19)，所述轴承壳体二(20)的一端上下侧均嵌入安装有导向定位销(21)。
2.根据权利要求1所述的超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：所述芯轴一(1)的另一端与控制芯杆(5)的一端相连接，所述控制器接头(8)的一端与芯轴二(17)的一端相连接，所述导向管主体(10)套接安装于轴承壳体一(2)和轴承壳体二(20)的外表面，所述外轴承(6)的外表面与导向管主体(10)的内壁固定连接。
3.根据权利要求1所述的超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：所述止推轴承一(3)和止推轴承二(18)用于承受钻压，所述径向轴承一(4)和径向轴承二(19)起扶正防偏磨作用。
4.根据权利要求1所述的超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：所述导向管主体(10)与轴承壳体二(20)之间通过导向定位销(21)锁定连接，便于测量导向管主体(10)的高边。
5.根据权利要求1所述的超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：所述外轴承(6)保持柔性钻具在导向管主体(10)内部的居中性，减少摩擦力。
6.根据权利要求1所述的超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：所述控制芯杆(5)和控制器外套(7)、控制器接头(8)以及控制器螺帽(9)组成了柔性钻具的一个单元，能提供360°和5°/节的万向连接。
7.根据权利要求1所述的超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：所高边限位器(13)限制高边舌头(12)的最大行程，所述侧向限位器一(14)和侧向限位器二(15)以及轴向应力释放槽(16)使导向管主体(10)有效变形到固定曲率，同时使其恢复到弹性形变。
8.根据权利要求1所述的超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：所述定位螺母(11)调节整个导向管主体(10)的长度，且定位螺母(11)对多根导向管主体(10)的高边舌头(12)起到定位作用，方便导向管主体(10)进行导向工作。
9.根据权利要求1所述的超短半径水平井造斜稳斜装置，其特征在于：其施工方法包括以下步骤：
S1、组装：先将芯轴二(17)的一端固定到控制器接头(8)的一端，然后将芯轴一(1)的一端连接安装到控制芯杆(5)的一端上，安装好后，将导向管主体(10)套到上轴承系统和下轴承系统以及柔性钻具的外侧，并且用导向定位销(21)对导向管主体(10)进行定位固定，之后将芯轴二(17)的另一端与钻机相连，将芯轴一(1)的另一端与钻井专用的钻头相连接；
S2、钻井：将步骤S1中组装好的设备运输到需要钻井的位置，使导向管主体(10)的一端对准水平井的指定位置，然后使钻机工作，钻机带动芯轴二(17)转轴，芯轴二(17)带动控制器外套(7)和芯轴一(1)转动，芯轴一(1)就会带动钻头转动，进而开始钻井工作，在导向定位销(21)和外轴承(6)的作用下，能够保证控制芯杆(5)的居中，且能够保证导向管主体(10)不会发生偏转，然后在钻机的钻压作用下，导向管主体(10)会变形为固定曲率的形状，当钻头在转动破岩时，导向管主体(10)就会相对静止不转动，从而获得造斜初始段精确方位，导向管主体(10)进入高斜率井段后产生方位自锁而获得精确方位，实现恒定造斜率的功能。
10.根据权利要求9所述的超短半径水平井造斜稳斜装置的施工方法，其特征在于：所述导向管主体(10)的导向参数根据水平井的斜率进行相应的设置。
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