CN114165182B

CN114165182B - 一种一体式斜向开窗工具

Info

Publication number: CN114165182B
Application number: CN202111503168.0A
Authority: CN
Inventors: 樊秀平; 陈军
Original assignee: Sichuan Wode Wofu Petroleum Technology Co ltd
Current assignee: Sichuan Wode Wofu Petroleum Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2024-04-26
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: CN114165182A

Abstract

本申请提供一种一体式斜向开窗工具，包括：磨鞋由下至上间隔设有开窗磨鞋与扩孔磨鞋，开窗磨鞋的外侧穿设有连接销。斜向导杆上端具有具有楔形槽，楔形槽的内壁为圆弧结构，楔形槽前端的内壁与开窗磨鞋外壁接触，且连接销穿过斜向导杆侧壁。锚定座设于斜向导杆底部，锚定座包括芯轴，芯轴中段外周侧阵列设有多块卡瓦，卡瓦上方设有下锥套，上方设有上锥套，下锥套以及上锥套与卡瓦之间均具有楔形配合结构，下锥套与上锥套均套设于芯轴外侧，上锥套与芯轴沿垂直于轴线的方向穿设有连接轴，芯轴内部具有液压油道向下锥套提供动力，使下锥套向上移动，从而使卡瓦向锚定座的外侧移动。施工过程更加简单，节约了施工时间，锚定更加稳定可靠。

Description

一种一体式斜向开窗工具

技术领域

本发明属于钻井工具技术领域，尤其涉及一种一体式斜向开窗工具。

背景技术

在油田开发的中后期，复杂断块油藏中的剩余原油分布极为分散，而且呈小而散的特征。侧钻井技术能够利用其地上地下原有资源，开发老区块的剩余油储量，实现低成本高效率挖掘老区块剩余原油。因此越来越多的侧钻井得以实施。

现有的开窗工具，不但需要数次下钻才能完成开窗侧钻，还易出现在开窗作业过程中或是开窗之后正常钻进过程中，斜向器向下运动或是旋转引起的恶性事故，例如钻孔方向错误、卡钻等，甚至最终导致油井报废。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种一体式斜向开窗工具，一次性下井，便可完成锚定及开窗作业，与传统侧钻工具相比减少了一次起下钻，简化了工艺过程，节约了开窗时间，采用液压式锚定相对于机械式锚定更加稳定可靠，斜向导杆及锚定座收回后，主井内不会留下任何残留物，不影响主井眼通径。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种一体式斜向开窗工具，包括：磨鞋、斜向导杆以及锚定座。

磨鞋由下至上间隔设有开窗磨鞋与扩孔磨鞋，开窗磨鞋的外侧穿设有连接销。

斜向导杆上端具有具有楔形槽，楔形槽的内壁为圆弧结构，其圆弧半径大于或等于开窗磨鞋的外径，且楔形槽的深度从斜向导杆前端向后端逐渐变浅，楔形槽的轴线与斜向导杆的轴线具有锐角夹角，楔形槽前端的内壁与开窗磨鞋外壁接触，且连接销穿过斜向导杆侧壁。

锚定座设于斜向导杆底部，锚定座包括芯轴，芯轴中段外周侧阵列设有多块卡瓦，卡瓦下方设有下锥套，上方设有上锥套，下锥套以及上锥套与卡瓦之间均具有楔形配合结构，下锥套与上锥套均套设于芯轴外侧，上锥套与芯轴沿垂直于轴线的方向穿设有连接轴，芯轴内部具有液压油道向下锥套提供动力，使下锥套向上移动，从而使卡瓦向锚定座的外侧移动。

进一步的，楔形槽内壁设有弧形台阶，弧形台阶截面呈圆弧形，其圆弧轴线与楔形槽同轴，弧形台阶的圆弧半径小于楔形槽的半径，弧形台阶的上端面与开窗磨鞋之间的间距小于扩孔磨鞋底面与斜向导杆顶面之间的间距，且大于连接销的直径。

进一步的，磨鞋还包括依次设于扩孔磨鞋上方的引导磨鞋、一级西瓜皮磨鞋、挠性节以及二级西瓜皮磨鞋。

进一步的，下锥套内壁与芯轴下段的外壁之间形成有液压腔，液压腔与液压油道连通。

进一步的，下锥套与上锥套外侧均套设有管状结构的保持架，卡瓦的两端向外穿过保持架侧壁，保持架侧壁沿轴线方向开设有条形结构的导向孔，导向孔内滑动设有限位杆，限位杆连接于芯轴外壁，保持架与下锥套同时沿轴线移动。

进一步的，芯轴的外壁套设有剪切套，剪切套上段内壁设有上锁环，下段外壁设有下锁环，上锁环与下锁环的内外壁均设有单向螺纹，使相互连接的两个零件仅能沿轴线朝一个方向移动，上锁环与下锁环一侧均开设有缺口。

上锁环套装于芯轴外壁，剪切套仅能相对于芯轴向下移动。

下锁环穿设于下锥套内壁，下锥套仅能相对于剪切套向上移动。

芯轴与下锥套均穿设有限位螺钉，限位螺钉分别从上锁环以及下锁环的缺口穿过。

进一步的，当锚定座在锚定之前，下锥套与剪切套的侧壁穿设有剪力销，剪切套与芯轴的侧壁穿设有剪切销。

进一步的，上锥套的上端面与芯轴的上端之间设有碟形弹簧，用于向下压紧上锥套。

本发明的有益效果在于：

1、将磨鞋与斜向导杆连接，利用磨鞋将斜向导杆及锚定座送入井内，避免单独送入斜向导杆及锚定座，减少下井次数，从而节约了侧开窗准备时间，工艺流程更加简单。

2、采用液压式单向驱动下锥套的结构进行锚定，不仅锚定结构稳定可靠，防止斜向导杆转动，而且锚定座的整体构造更加简单，可有效降低故障率。

3、通过斜向导杆楔形槽内设置的弧形台阶，可有效防止磨鞋各级结构的下端面与斜向导杆的顶面接触，从而避免磨鞋带动斜向导杆旋转，提高侧开窗的位置精准度以及施工安全性，避免发生恶性事故。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1示出了本申请的整体构造图。

图2示出了磨鞋的整体结构图。

图3示出了磨鞋与斜向导杆连接部位的结构示意图。

图4示出了磨鞋下段进入斜向导杆时的示意图。

图5示出了锚定座的半剖视图。

图6示出了图5中A处的放大图。

图7示出了图5中B处的放大图。

图8示出了上锁环与下锁环的结构剖视图。

图9示出了上锁环与下锁环的结构。

图10示出了锚定座的爆炸图。

图中标记：磨鞋-10、开窗磨鞋-11、扩孔磨鞋-12、连接销-13、引导磨鞋-14、一级西瓜皮磨鞋-15、挠性节-16、二级西瓜皮磨鞋-17、斜向导杆-20、楔形槽-21、弧形台阶-22、锚定座-30、芯轴-31、液压油道-311、液压腔-312、卡瓦-32、下锥套-33、上锥套-34、连接轴-341、保持架-35、导向孔-351、剪切套-36、上锁环-361、下锁环-362、限位螺钉-363、剪力销-364。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。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在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种一体式斜向开窗工具，包括：磨鞋10、斜向导杆20以及锚定座30。

具体的，如图2、图3所示，磨鞋10由下至上间隔设有开窗磨鞋11与扩孔磨鞋12，开窗磨鞋11的外侧穿设有连接销13。开窗磨鞋11底部呈圆锥结构，且锥形面设有刀片，用于钻孔，扩孔磨鞋12包括沿圆周间隔设置的多块刀片安装板，其间隔处用于排出钻孔产生的砂石等，刀片安装座的外壁均安装有多块刀片，用于进一步扩大开窗磨鞋11钻出的侧孔。

具体的，如图2、图3所示，斜向导杆20上端具有具有楔形槽21，楔形槽21的内壁为圆弧结构，其圆弧半径大于或等于开窗磨鞋11的外径，以便于开窗磨鞋11配合，且楔形槽21的深度从斜向导杆20前端向后端逐渐变浅，楔形槽21的轴线与斜向导杆20的轴线具有锐角夹角，以实现对磨鞋10的导向作用。

更具体的，楔形槽21前端的内壁与开窗磨鞋11外壁接触，且连接销13穿过斜向导杆20侧壁。开窗钻孔时，通过磨鞋10旋转，与斜向导杆20之间的相对旋转移动形成剪切力将连接销13剪断，从而实现磨鞋10与斜向导杆20分离。

具体的，如图1所示，锚定座30通过管螺纹同轴设于斜向导杆20底部。

更具体的，如图5、图10所示，锚定座30包括芯轴31，芯轴31中段外周侧阵列设有多块卡瓦32，卡瓦32下方设有下锥套33，上方设有上锥套34，下锥套33以及上锥套34与卡瓦32之间均具有楔形配合结构。卡瓦32上下端的内壁为斜面，下锥套33以及上锥套34相向卡瓦32的一端均具有与卡瓦32内壁斜面相配合的倾斜面，通过斜面配合从而使下锥套33以及上锥套34与卡瓦32之间形成楔形配合结构。

更具体的，下锥套33与上锥套34均套设于芯轴31外侧，上锥套34与芯轴31沿垂直于轴线的方向穿设有连接轴341，芯轴31内部具有液压油道311向下锥套33提供动力，使下锥套33向上移动，从而使卡瓦32向锚定座30的外侧移动，以实现锚定。

优选的，如图3所示，楔形槽21内壁设有弧形台阶22，弧形台阶22截面呈圆弧形，其圆弧轴线与楔形槽21同轴，弧形台阶22的圆弧半径小于楔形槽21的半径，弧形台阶22的上端面与开窗磨鞋11之间的间距小于扩孔磨鞋12底面与斜向导杆20顶面之间的间距，且大于连接销13的直径。

当锚定工作结束后，开始钻孔时，利用磨鞋10旋转，将连接销13切断，之后开窗磨鞋11便会率先与弧形台阶22接触，然后使开窗磨鞋11的外壁与弧形台阶22的内壁接触，防止扩孔磨鞋12的下端面卡在斜向导杆20的顶面而造成斜向导杆20旋转，当开窗磨鞋11位于弧形台阶22内壁之后，将使磨鞋10下段的轴线偏离斜向导杆20的轴线，从而使扩孔磨鞋12与斜向导杆20端面错开，然后使扩孔磨鞋12也顺利进入弧形台阶22。

进一步优选的，斜向导杆20顶部呈锥形结构，当钻完孔需要取出斜向导杆20和锚定座30时，需要利用丝套对斜向导杆20上段壁进行攻丝，通过对斜向导杆20顶部设置锥形结构，有利于丝套配合连接，便于完成攻丝操作。

优选的，如图2所示，磨鞋10还包括依次设于扩孔磨鞋12上方的引导磨鞋14、一级西瓜皮磨鞋15、挠性节16以及二级西瓜皮磨鞋17。

利用一级西瓜皮磨鞋15及二级西瓜皮磨鞋17实现对侧孔的进一步扩大及精加工，使其孔壁更加整齐，光滑，便于输送钻杆；通过引导磨鞋14与挠性节16适应钻孔的弯曲转向，使磨鞋10可顺畅的进入侧孔内，同时引导磨鞋14。

如图4所示，当扩孔磨鞋12还处于弧形台阶22内的时候，一级西瓜皮磨鞋15便已经进入弧形台阶22的长度范围内，以便于利用弧形台阶22连续对磨鞋10的各段进行导向，避免一级西瓜皮磨鞋15以及二级西瓜皮磨鞋17的下端面与斜向导杆20的顶面接触而产生的临时的连接结构，从而导致斜向导杆20旋转，提高测钻孔过程中的使用安全性。

更具体的，如图5所示，下锥套33内壁与芯轴31下段的外壁之间形成有液压腔312，液压腔312与液压油道311连通。

工作时，通过液压油道311向液压腔312内加注液压油，为下锥套33提供向上的推力，利用楔形配合机构使卡瓦32向锚定座30的法线方向外侧移动，实现锚定。

优选的，如图5、图10所示，下锥套33与上锥套34外侧均套设有管状结构的保持架35，卡瓦32的两端向外穿过保持架35侧壁，保持架35侧壁沿轴线方向开设有条形结构的导向孔351，导向孔351内滑动设有限位杆，限位杆连接于芯轴31外壁，用于防止保持架35旋转，保持架35与下锥套33同时沿轴线移动。

锚定时，保持架35与下锥套33一同向上移动，并且带动卡瓦32同时向上锥套34移动，利用上锥套34与下锥套33的斜面与卡瓦32两端内壁的斜面配合，同时向锚定座30的外侧移动，实现锚定，此方式仅需要向下锥套33提供动力即可，锚定座结构更加简单，同时使用的密封结构也相应减少，从而减少了锚定座的故障率。

优选的，如图5至图7以及图10所示，芯轴31的外壁套设有剪切套36，剪切套36上段内壁设有上锁环361，下段外壁设有下锁环362。

具体的，如图8、图9所示，上锁环361与下锁环362的内外壁均设有单向螺纹，其螺纹的截面均为直角三角形，其一直角边与轴线平行，另一直角边与轴线垂直，斜边倾斜于轴线，利用垂直于轴线的直角边一侧形成阻挡结构，从而使相互连接的两个零件仅能沿轴线朝一个方向移动。上锁环361与下锁环362一侧均开设有缺口。

具体的，上锁环361套装于芯轴31外壁，剪切套36仅能相对于芯轴31向下移动。

具体的，下锁环362穿设于下锥套33内壁，下锥套33仅能相对于剪切套36向上移动。

具体的，芯轴31与下锥套33均穿设有限位螺钉363，限位螺钉363分别从上锁环361以及下锁环362的缺口穿过，以防止上锁环361与下锁环362旋转，而失去单向锁紧的作用。

优选的，如图5所示，当锚定座30在锚定之前，下锥套33与剪切套36的侧壁穿设有剪力销364，用于防止下锥套33向上移动，避免卡瓦32过早锚定座30外侧移动。

锚定工作时，下锥套33向上移动，因为上锁环361使剪切套36仅能相对于芯轴31向下移动，而无法向上移动，因此才能利用剪切套36与下锥套33将剪力销364切断，之后下锥套33才能向上移动进行锚定。

优选的，如图7所示，剪切套36与芯轴31的侧壁穿设有剪切销365，剪切销365可承受的剪切力大于剪力销364所能承受的剪切力。

当需要松开锚定座30时，通过向上拉动芯轴31，由于剪切套36能相对于芯轴31向下移动，而下锥套33不能相对剪切套36向下移动，反之，剪切套36也无法相对下锥套33向上移动，又因为下锥套33与卡瓦32被一同锚定，无法移动。因此利用下锥套33施加给剪切套36的下拉力使剪切套36保持固定，利用芯轴31向上的拉力将剪切销365切断。芯轴31在向上拉出的过程中将会带动上锥套34一同向上移动，此时卡瓦32将同时失去下锥套33以及上锥套34的支撑，然后缩回锚定座30内，实现解除锚定的工作。因为下锥套33与芯轴31底部具有液压腔312的结构，可通过芯轴31将下锥套33以及相连零件同时从井中拔出，防止在井内残留任何零部件。

优选的，上锥套34的上端面与芯轴31的上端之间设有碟形弹簧342，用于向下压紧上锥套34，以消除上锁环361与芯轴31以及剪切套36之间的螺纹间隙，防止剪切套36窜动，提高锚定时的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种一体式斜向开窗工具，其特征在于，包括：

磨鞋（10），包括由下至上间隔设置的开窗磨鞋（11）与扩孔磨鞋（12），开窗磨鞋（11）的外侧穿设有连接销（13）；

斜向导杆（20），上端具有楔形槽（21），楔形槽（21）的内壁为圆弧结构，其圆弧半径大于或等于开窗磨鞋（11）的外径，且楔形槽（21）的深度从斜向导杆（20）前端向后端逐渐变浅，楔形槽（21）的轴线与斜向导杆（20）的轴线具有锐角夹角，楔形槽（21）前端的内壁与开窗磨鞋（11）外壁接触，且连接销（13）穿过斜向导杆（20）侧壁，楔形槽（21）内壁设有弧形台阶（22），弧形台阶（22）截面呈圆弧形，弧形台阶（22）圆弧轴线与楔形槽（21）同轴，弧形台阶（22）的圆弧半径小于楔形槽（21）的半径，弧形台阶（22）的上端面与开窗磨鞋（11）之间的间距小于扩孔磨鞋（12）底面与斜向导杆（20）顶面之间的间距，且大于连接销（13）的直径；

锚定座（30），设于斜向导杆（20）底部，锚定座（30）包括芯轴（31），芯轴（31）中段外周侧阵列设有多块卡瓦（32），卡瓦（32）下方设有下锥套（33），卡瓦（32）上方设有上锥套（34），下锥套（33）以及上锥套（34）与卡瓦（32）之间均具有楔形配合结构，下锥套（33）与上锥套（34）均套设于芯轴（31）外侧，上锥套（34）与芯轴（31）沿垂直于轴线的方向穿设有连接轴（341），芯轴（31）内部具有液压油道（311）向下锥套（33）提供动力，使下锥套（33）向上移动，从而使卡瓦（32）向锚定座（30）的外侧移动；

芯轴（31）的外壁套设有剪切套（36），剪切套（36）上段内壁设有上锁环（361），剪切套（36）下段外壁设有下锁环（362），上锁环（361）与下锁环（362）的内外壁均设有单向螺纹，使相互连接的两个零件仅能沿轴线朝一个方向移动，上锁环（361）与下锁环（362）一侧均开设有缺口；上锁环（361）套装于芯轴（31）外壁，剪切套（36）仅能相对于芯轴（31）向下移动；下锁环（362）穿设于下锥套（33）内壁，下锥套（33）仅能相对于剪切套（36）向上移动；芯轴（31）与下锥套（33）均穿设有限位螺钉（363），限位螺钉（363）分别从上锁环（361）以及下锁环（362）的缺口穿过；

下锥套（33）与剪切套（36）的侧壁穿设有剪力销（364），剪切套（36）与芯轴（31）的侧壁穿设有剪切销（365），剪切销（365）承受的剪切力大于剪力销（364）承受的剪切力。

2.根据权利要求1所述的一种一体式斜向开窗工具，其特征在于，磨鞋（10）还包括依次设于扩孔磨鞋（12）上方的引导磨鞋（14）、一级西瓜皮磨鞋（15）、挠性节（16）以及二级西瓜皮磨鞋（17）。

3.根据权利要求1所述的一种一体式斜向开窗工具，其特征在于，下锥套（33）内壁与芯轴（31）下段的外壁之间形成有液压腔（312），液压腔（312）与液压油道（311）连通。

4.根据权利要求1所述的一种一体式斜向开窗工具，其特征在于，下锥套（33）与上锥套（34）外侧均套设有管状结构的保持架（35），卡瓦（32）的两端向外穿过保持架（35）侧壁，保持架（35）侧壁沿轴线方向开设有条形结构的导向孔（351），导向孔（351）内滑动设有限位杆，限位杆连接于芯轴（31）外壁，保持架（35）与下锥套（33）同时沿轴线移动。

5.根据权利要求1所述的一种一体式斜向开窗工具，其特征在于，上锥套（34）的上端面与芯轴（31）的上端之间设有碟形弹簧（342），用于向下压紧上锥套（34）。