CN114687669A - 一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法 - Google Patents
一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114687669A CN114687669A CN202011588794.XA CN202011588794A CN114687669A CN 114687669 A CN114687669 A CN 114687669A CN 202011588794 A CN202011588794 A CN 202011588794A CN 114687669 A CN114687669 A CN 114687669A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stabilizer
- drill rod
- drilling
- drill
- shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 186
- 238000010276 construction Methods 0.000 title abstract description 21
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 94
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 199
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 4
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002018 water-jet injection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/04—Directional drilling
- E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/05—Swivel joints
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
- E21B17/1078—Stabilisers or centralisers for casing, tubing or drill pipes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/20—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/04—Directional drilling
- E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明是一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法，柔性钻柱包括柔性钻杆，柔性钻杆设有钻杆传扭套、钻杆传扭轴和钻杆限位环，钻杆传扭套的下部设有球头配合凹面和球头花键槽，钻杆传扭轴设有球头和球头花键，钻杆传扭套的球头配合凹面和球头花键槽与钻杆传扭轴的球头和球头花键连接，钻杆限位环安装在钻杆传扭套和钻杆传扭轴球头的下部，柔性钻柱由柔性钻杆串连而成，其中：钻杆传扭套的上部内腔设有钻杆连接花键槽，钻杆传扭套的上部外壁装有钻杆连接套和钻杆旋转套；钻杆传扭轴的下部杆体设有钻杆螺纹连接段和钻杆连接花键轴。柔性钻柱的抗扭强度大，井眼的延伸能力强，井下钻进的安全性高，钻井效率大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及石油工业的超短半径水平钻井的钻柱，特别涉及一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法。
背景技术
目前，我国大部分老油田已进入开发的中后期，主力区块压力系数越来越低，采用传统钻井方式开采经济性越来越差，在同一口井中同时开采多个层系的超短半径侧钻井技术是现今石油开采中经济性较高的增产手段之一。
根据曲率半径的不同，径向水平井分为长半径井、中半径井、短半径井和超短半径井。曲率半径小于20m为超短半径水平井。曲率半径越短的井越难以开钻，对钻具的要求高。
在现有技术中，超短半径钻井工艺主要分为高压软管水射流喷射钻井和柔性导向钻具旋转钻井两大类。美国某公司拥有一项利用高压旋转射流破岩钻进的技术，该技术存在以下问题：利用这种射流喷射破岩形成的水平井井眼直径较小、孔道不规则，并且由于软管的原因水力喷射钻头前进轨迹不可控，形成的井眼轨迹也不规则，不能测量井眼轨迹，缺少适用的完井技术，出砂油藏不能防砂，井眼因为没有支撑也容易坍塌闭合，产量递减较快。
以这种射流喷射原理为基础，中国发明专利ZL2009200123400公开了一种高压水射流喷射组合工具，包括喷射主体和完井辅件，喷射主体除了喷头、高压管等之外还包括割缝柔性筛管。该割缝柔性筛管套装在高压管的外侧，在喷射进尺至设计井深后，上提钻具，而割缝柔性筛管及防砂筛网均保留在所喷射形成的井眼内，由此实现完井。该种钻完井方法存在以下问题：该种割缝柔性筛管的割缝由于与井眼的钻进方向垂直，且割缝往往并不是规整的圆弧形，因此在下井过程中割缝往往会与井壁发生大面积的刮擦，从而导致整套组合工具无法顺利前进。
与导向式超短半径水平井钻井方法有关的中国专利技术有以下几种：ZL2015104510629、ZL2011201146271、ZL2017109462512和ZL2017105827546，其钻井原理基本相似。首先坐封斜向器，坐封斜向器时采用磁定位校准深度，并以陀螺仪确定斜向器的斜面法向方位，使之与井眼设计方位角相同，坐封斜向器后采用常规开窗方法进行开窗，造斜段采用导向钻具进行钻进。导向钻具包括导向筒和柔性钻杆，其中导向筒为仿人体肘关节结构，只能以固定曲率半径向某一方向单侧弯曲，约束内部柔性钻杆进行造斜钻进。下入导向钻具时，采用陀螺仪调整导向筒的弯曲方向，使之与斜向器的斜面法向方向一致，保证超短半径造斜钻进方向与井眼设计方位相同。实施造斜钻进时，导向筒上部与动力钻具外筒连接，不旋转，下部通过轴承与钻头配合，通过动力钻具上部的常规钻杆加压，导向筒向钻头施加钻压。内部的柔性钻杆是仿万向传动轴结构，柔性钻杆内部中空，成串连接，可以传递扭矩，柔性钻杆串上部与动力钻具芯轴连接，下部与钻头连接，主要向钻头传递扭矩并提供钻井液循环通道。该套导向钻具主要用于超短半径造斜井段的钻进施工，造斜段完成并达到目的层后，起出导向钻具，下入水平钻具，水平钻具自下而上主要由钻头+柔性钻杆+常规钻具组成，为避免水平井段托压现象，通常由地面转盘提供动力，也可以通过井下动力钻具提供，完成水平井眼钻进后起出钻具完井。该专利技术能够以3～5m曲率半径完成造斜段，快速以90度井斜进入目的层，并能水平钻进50～100m，基本能够满足超短半径水平钻井的工艺要求。但仍存在以下问题：
①水平段的钻具组合为钻头和柔性钻杆，为确保水平钻具组合能够顺利通过已经完成的3～5m曲率半径井眼，柔性钻杆长度必须设计得很短，且必须设计一定的单侧弯角，保证整个柔性钻具组合在三维空间具有足够的自由度，而水平稳斜钻进需要近钻头的钻具保证一定刚度，现有超短半径柔性钻具组合的近钻头位置空间自由度较大，不利于稳定地控制井斜，形成的井眼轨迹不可预测，达不到超短半径水平井的设计效果。
因此，为提高超短半径水平井眼的延伸能力，需要设计高强度柔性钻杆机械结构，形成一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法，克服现有技术的瓶颈，扩大超短半径水平井技术的应用领域，达到降本增效的开发效果。
发明内容
本发明是针对现有技术存在的完成超短半径井眼的造斜段和水平段的施工中，需要两套不同的钻具组合并且需要配套不同的钻井工艺才能完成，而且施工复杂、周期长，钻井效率不高的问题，提供一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法，使超短半径水平钻井柔性钻柱具有足够的机械强度，提高超短半径水平井眼的延伸能力，下入一套钻具完成超短半径水平钻井。提高超短半径水平井的施工效率，降低施工成本，提高经济效益。
本发明的技术解决方案是：
一种超短半径水平钻井柔性钻柱包括柔性钻杆，柔性钻杆设有钻杆传扭套、钻杆传扭轴和钻杆限位环，钻杆传扭套的下部设有球头配合凹面和球头花键槽，钻杆传扭轴设有球头和球头花键，钻杆传扭套的球头配合凹面和球头花键槽与钻杆传扭轴的球头和球头花键连接，钻杆限位环安装在钻杆传扭套和钻杆传扭轴球头的下部，柔性钻柱由柔性钻杆串连而成，其中：
钻杆传扭套的上部内腔设有钻杆连接花键槽，钻杆传扭套的上部外壁装有钻杆连接套和钻杆旋转套；
钻杆传扭轴的下部杆体设有钻杆螺纹连接段和钻杆连接花键轴；
柔性钻柱中的A件柔性钻杆中的钻杆连接花键轴能够与B件柔性钻杆中的钻杆连接花键槽连接，A件柔性钻杆中的钻杆螺纹连接段能够与B件柔性钻杆中的钻杆连接套螺纹连接。
所述钻杆连接套的内腔是非等径内腔、上部内腔小于下部内腔且上部内腔设有内螺纹、能够与钻杆传扭轴下部的钻杆螺纹连接段连接，钻杆连接套的下部内腔设有内螺纹、能够与钻杆旋转套螺纹连接；钻杆连接套与钻杆旋转套之间通过防松钉固定在一起或者通过焊接固定在一起，钻杆旋转套安装在钻杆传扭套的上部外壁与下部外壁之间。
所述钻杆传扭套中钻杆连接花键槽下方内腔的内径与钻杆连接花键轴的下端外圆相符、成为钻杆传扭轴的密封腔，花键轴密封件伸入到该密封腔中形成密封。
所述柔性钻柱的下端与柔性钻头之间通过柔性钻柱水平钻进稳定器连接。
所述柔性钻柱水平钻进稳定器主要设有稳定器扶正套、稳定器扶正轴、稳定器传扭轴和稳定器限位环，其中：
稳定器扶正轴的上部与稳定器扶正套通过定位销和换向轨道连接且下部与稳定器传扭轴通过球头配合凹面和球头花键槽连接，稳定器传扭轴能够与柔性钻头的花键连接槽连接；
稳定器限位环与稳定器扶正轴连接并安装在稳定器传扭轴的球头和球头花键的下方；
稳定器扶正套的上部内腔设有稳定器花键槽，该稳定器花键槽能够与柔性钻杆的钻杆连接花键轴连接。
所述换向轨道设置在稳定器扶正套的中部内腔的内壁中，稳定器扶正套的下端本体中还装有磁铁且磁铁的下端端面与稳定器扶正套的下端端面平齐；换向轨道由长轨道和短轨道组成，长轨道与短轨道在稳定器扶正套内腔的下部连通。
所述稳定器传扭轴的上部是球头和球头花键、中部设有钻头螺纹连接段、下部是稳定器花键轴，稳定器传扭轴上部的球头和球头花键与稳定器扶正轴的球头配合凹面和球头花键槽连接；稳定器传扭轴中部的钻头螺纹连接段能够与柔性钻头的钻头连接套的内螺纹连接，稳定器花键轴能够与柔性钻头中的花键连接槽连接并且稳定器花键轴下方的连接密封件能够装入柔性钻头中的密封台阶内。
所述稳定器扶正轴具有非等径内腔和非等径外壁，稳定器扶正轴的中部内腔设有球头配合凹面和球头花键槽、下部内腔与稳定器限位环螺纹连接；稳定器扶正轴的顶部外壁固定着扶正轴定位销，该扶正轴定位销能够在稳定器扶正套的长轨道和短轨道中滑动；稳定器扶正轴中部外壁的对接台阶中也装有磁铁且与稳定器扶正下端端面中的磁铁的磁极相吸。
所述钻杆限位环和稳定器限位环的内腔均是上小下大的锥形限位腔，该锥形限位腔的限位角均设定在度-15度之间并且该限位角均能够根据超短半径水平井眼的曲率半径调整；钻杆传扭轴以及稳定器传扭轴中球头的上部内腔均是上大下小的喇叭腔。
所述柔性钻柱水平钻进稳定器在稳定器扶正套与稳定器扶正轴中的磁铁相吸的工作状态下，柔性钻柱水平钻进稳定器与单根柔性钻杆的长度相符。
一种超短半径水平钻井柔性钻柱的施工方法，是：
A、首先在原井筒的套管中下入和坐封斜向器；
B、利用开窗铣锥磨铣套管，形成上窗口和下窗口，起出开窗钻具；
C、下入超短半径水平钻井钻具、钻出造斜段并形成3-5m曲率半径的井眼；
D、完成造斜段的钻进后，上提钻具0.5m－2m，将柔性钻头提离井底，提高钻井液的循环排量并钻出水平井段；
E、钻达水平井段的设计长度后，使柔性钻柱水平钻进稳定器恢复初始配合长度并提出钻具，完钻。
本发明的有益效果是：
④本发明的现场适应性强，由于施工简单、钻井效率高，更容易大规模推广应用，具有显著的使用效果并能产生显著的经济效益和社会效益。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明工作原理和整体结构示意图。
图2是图1中柔性钻杆的结构示意图。
图3是图2中A-A向的结构示意图。
图4是图1中柔性钻柱水平钻进稳定器的结构示意图。
图5是图4中A-A向的结构示意图。
图6是图4中稳定器扶正套的结构示意图。
图中：原井套管1、常规钻杆2、转换接头3、柔性钻杆4、斜向器5、造斜段、柔性钻柱水平钻进稳定器7、柔性钻头8、水平段9、钻杆连接套4.1、钻杆连接花键槽4.2、钻杆传扭套4.3、钻杆密封件4.5、钻杆传扭轴4.6、钻杆限位环4.7、稳定器连接套7.1、稳定器花键槽7.2、稳定器扶正套7.3、稳定器旋转套7.4、稳定器定位销7.5、换向轨道7.6、磁铁7.7、稳定器扶正轴7.8、稳定器密封件7.9、稳定器限位环7.10、稳定器传扭轴7.11、稳定器花键轴7.12、连接密封件7.13。
具体实施方式
附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本发明的保护范围。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。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参见图1－6，一种超短半径水平钻井柔性钻柱包括柔性钻杆4，柔性钻杆4设有钻杆传扭套4.3、钻杆传扭轴4.6和钻杆限位环4.7，钻杆传扭套4.3的下部设有球头配合凹面和球头花键槽，钻杆传扭轴4.6设有球头和球头花键，钻杆传扭套4.3的球头配合凹面和球头花键槽与钻杆传扭轴4.6的球头和球头花键连接，钻杆限位环4.7安装在钻杆传扭套4.3和钻杆传扭轴4.6球头的下部，柔性钻柱由柔性钻杆4串连而成，其中：
钻杆传扭套4.3的上部内腔设有钻杆连接花键槽4.2，钻杆传扭套4.3的上部外壁装有钻杆连接套4.1和钻杆旋转套4.4；
钻杆传扭轴4.6的下部杆体设有钻杆螺纹连接段和钻杆连接花键轴4.8；
柔性钻柱中的A件柔性钻杆4中的钻杆连接花键轴4.8能够与B件柔性钻杆4中的钻杆连接花键槽4.2连接，A件柔性钻杆4中的钻杆螺纹连接段能够与B件柔性钻杆4中的钻杆连接套4.1螺纹连接。
在上述实施例一的基础上，本发明还有以下实施例：
柔性钻杆4之间通过钻杆连接花键轴4.8连接后，大大增强了柔性钻杆柱的连接强度，同时钻杆传扭轴4.6下部的钻杆螺纹连接段与钻杆连接套4.1螺纹连接后又大大增强了柔性钻杆柱的抗拉强度，使得柔性钻杆柱符合完成超短半径水平钻井的要求。
所述钻杆连接套4.1的内腔是非等径内腔、上部内腔小于下部内腔且上部内腔设有内螺纹、能够与钻杆传扭轴4.6下部的钻杆螺纹连接段连接，钻杆连接套4.1的下部内腔设有内螺纹、能够与钻杆旋转套4.4螺纹连接；钻杆连接套4.1与钻杆旋转套4.4之间通过防松钉固定在一起或者通过焊接固定在一起，钻杆旋转套4.4安装在钻杆传扭套4.3的上部外壁与下部外壁之间，钻杆旋转套4.4与钻杆连接套4.1连接安装时能够旋转。同时，在钻杆连接花键轴4.8与钻杆连接花键槽4.2装配的过程中能够在周向上旋转，方便串连连接过程中，钻杆连接花键轴4.8与钻杆连接花键槽4.2的装配。
所述钻杆传扭套4.3中钻杆连接花键槽4.2下方内腔的内径与钻杆连接花键轴4.8的下端外圆相符、成为钻杆传扭轴4.6的密封腔，花键轴密封件4.9伸入到该密封腔中形成密封。在钻杆传扭套4.3和钻杆限位环4.7中与钻杆传扭轴4.6的球头对应的位置还装有钻杆密封圈4.5。花键轴密封件4.9和钻杆密封圈4.5能够增加柔性钻杆4的密封功能。当A件柔性钻杆4的钻杆连接花键轴4.8装入B件柔性钻杆4的钻杆连接花键槽4.2后，B件柔性钻杆4的钻杆连接套4.1刚好可以与A件柔性钻杆4中钻杆传扭轴4.6中部设置的钻杆螺纹连接段相接触并且通过两部件螺纹副的不断旋入连接；A件柔性钻杆4的钻杆连接花键轴4.8不断伸入B件柔性钻杆4的钻杆连接花键槽4.2内，当B件柔性钻杆4的钻杆连接套4.1与A件柔性钻杆4的钻杆传扭轴4.6的螺纹副配合到位后，两件柔性钻杆4的花键副也配合到位，并且A件柔性钻杆4的钻杆连接花键轴4.8前端杆体刚好伸入B件柔性钻杆4中钻杆传扭套4.3的密封腔内，通过花键轴密封件4.9实现密封。当B件柔性钻杆4的钻杆连接套4.1与A件柔性钻杆4的钻杆传扭轴4.6的螺纹副配合到位后，可通过防松钉固定或者通过焊接固定，由此实现多组柔性钻杆4的串连使用。
所述柔性钻柱的下端与柔性钻头8之间通过柔性钻柱水平钻进稳定器7连接。柔性钻柱水平钻进稳定器7可与柔性钻杆4配合使用，置于柔性钻柱的最下端，并与柔性钻头8连接，作为柔性钻柱近钻头的稳定部件使用。
所述柔性钻柱水平钻进稳定器7主要设有稳定器扶正套7.3、稳定器扶正轴7.8、稳定器传扭轴7.11和稳定器限位环7.10，其中：
稳定器扶正轴7.8的上部与稳定器扶正套7.3通过定位销7.5和换向轨道7.6连接且下部与稳定器传扭轴7.11通过球头配合凹面和球头花键槽连接，稳定器传扭轴7.11能够与柔性钻头8的花键连接槽连接；
稳定器限位环7.10与稳定器扶正轴7.8连接并安装在稳定器传扭轴7.11的球头和球头花键的下方；
稳定器扶正套7.3的上部内腔设有稳定器花键槽7.2，该稳定器花键槽7.2能够与柔性钻杆4的钻杆连接花键轴4.8连接。
所述换向轨道7.6设置在稳定器扶正套7.3的中部内腔的内壁中，稳定器扶正套7.3的下端本体中还装有磁铁7.7且磁铁7.7的下端端面与稳定器扶正套7.3的下端端面平齐；换向轨道7.6由长轨道7.61和短轨道7.62组成，长轨道7.61与短轨道7.62在稳定器扶正套7.3内腔的下部连通。
所述稳定器传扭轴7.11的上部是球头和球头花键、中部设有钻头螺纹连接段、下部是稳定器花键轴7.12，稳定器传扭轴7.11上部的球头和球头花键与稳定器扶正轴7.8的球头配合凹面和球头花键槽连接；稳定器传扭轴7.11中部的钻头螺纹连接段能够与柔性钻头8的钻头连接套的内螺纹连接，稳定器花键轴7.12能够与柔性钻头8中的花键连接槽连接并且稳定器花键轴7.12下方的连接密封件7.13能够装入柔性钻头8中的密封台阶内。在稳定器扶正轴7.8和稳定器限位环7.10与稳定器传扭轴7.11的球头相对应的位置还装有稳定器密封圈7.9，使其具有密封功能。稳定器传扭轴7.11下部加工的稳定器花键轴7.12，可以插接在柔性钻头8顶部的花键连接槽内，并通过柔性钻头8上的钻头连接套与稳定器传扭轴7.11中部加工的钻头连接螺纹段连接。柔性钻柱下端的柔性钻杆4中的钻杆传扭轴4.6插入柔性钻柱水平钻进稳定器7中的稳定器花键槽7.2内并通过稳定器连接套7.1连接，由此串接形成具有扶稳功能的超短半径水平钻井柔性钻柱，与柔性钻头8连接后就成为超短半径水平钻井的柔性钻井钻具。柔性钻柱水平钻进稳定器7能够完成柔性钻柱与柔性钻头8之间的连接并具有刚性扶正作用。
所述稳定器扶正轴7.8具有非等径内腔和非等径外壁，稳定器扶正轴7.8的中部内腔设有球头配合凹面和球头花键槽、下部内腔与稳定器限位环7.10螺纹连接；稳定器扶正轴7.8的顶部外壁固定着扶正轴定位销7.5，该扶正轴定位销7.5能够在稳定器扶正套7.3的长轨道7.61和短轨道7.62中滑动；稳定器扶正轴7.8中部外壁的对接台阶中也装有磁铁7.7且与稳定器扶正套7.3下端端面中的磁铁7.7的磁极相吸。
所述钻杆限位环4.7和稳定器限位环7.10的内腔均是上小下大的锥形限位腔，该锥形限位腔的限位角均设定在6度-15度之间并且该限位角均能够根据超短半径水平井眼的曲率半径调整；钻杆传扭轴4.6以及稳定器传扭轴7.11中球头的上部内腔均是上大下小的喇叭腔。钻杆限位环4.7和稳定器限位环7.10的锥形内腔的角度是超短半径井眼曲率半径的限位角，通过调整钻杆限位环4.7和稳定器限位环7.10锥形内腔的角度，能够改变超短半径井眼的曲率半径。
所述柔性钻柱水平钻进稳定器7在稳定器扶正套7.3与稳定器扶正轴7.8中的磁铁7.7相吸的工作状态下，柔性钻柱水平钻进稳定器7与单根柔性钻杆4的长度相符。能够确保超短半径水平钻井柔性钻柱顺利钻进并通过3－5m曲率半径的井眼。
一种超短半径水平钻井柔性钻柱的施工方法，是：
A、首先在原井筒的套管1中下入和坐封斜向器5；当斜向器5到达设计深度后，通过陀螺仪调整斜向器5的斜面法向方位，使之与超短半径井眼轨道的设计方位一致，起出陀螺仪后坐封斜向器5。
B、利用开窗铣锥磨铣套管1，形成上窗口和下窗口，起出开窗钻具；
C、下入超短半径水平钻井钻具、钻出造斜段6并形成3-5m曲率半径的井眼；超短半径水平钻井钻具自下而上主要由柔性钻头8、柔性钻柱水平钻进稳定器7、由柔性钻杆4串连组成的柔性钻柱、转换接头3和常规钻杆2连接而成。柔性钻柱的上部通过转换接头3与常规钻杆2连接并通过常规钻杆2一直连接至方钻杆或连接至动力钻具。当超短半径水平钻井钻具到达上窗口和下窗口位置时，以低于20kN的压力缓慢下放钻具，让柔性钻头8触及斜向器5的斜面并以10kN－30kN的压力轻加钻压，斜向器5的斜面向柔性钻头8施加侧向反作用力，该侧向反作用力与超短半径井眼轨道设计方位方向相同。迫使与柔性钻头8相连的柔性钻柱水平钻进稳定器7中的稳定器传扭轴7.11侧向弯曲，弯曲方向朝向超短半径井眼轨道的设计方位。同时地面转盘或常规钻杆2上方的动力钻具输出的扭矩通过常规钻杆2传递给柔性钻杆4，柔性钻杆4之间通过钻杆连接花键轴4.8和钻杆连接花键槽4.2组成的花键副向下传递扭矩，并最终传递至柔性钻头8上，实施旋转破岩钻进，首先钻出造斜段6、进而钻出水平段9。
造斜钻进过程中，柔性钻柱水平钻进稳定器7中的稳定器定位销7.5处于换向轨道7.6中的长轨道7.61中，稳定器扶正套7.3和稳定器扶正轴7.8通过磁铁7.7吸在一起，并保持柔性钻柱水平钻进稳定器7的初始配合长度。该长度与柔性钻杆4的单节长度相符，确保钻具能够顺利钻进并通过3-5m曲率半径的井眼。在旋转破岩过程中，柔性钻柱水平钻进稳定器7中的稳定器传扭轴7.11通过球头花键可以在稳定器扶正轴7.8的球头配合凹面内、在周向360度方向上自由弯曲。由于受到斜向器5的斜面约束以及形成的超短半径井眼的约束下，稳定器传扭轴7.11的轴心偏离中轴线的方向始终朝向超短半径井眼轨道的设计方位，并被稳定器限位环7.10限制在6度-15度之间。随着造斜钻进不断进行，井眼不断延伸，由柔性钻杆4组成的柔性钻柱也开始触及斜向器5的斜面。同理，在斜向器5的斜面约束下及超短半径井眼的约束下，柔性钻杆4中的钻杆传扭轴4.6也通过球头花键向超短半径井眼轨道的设计方位弯曲。依此类推，随着造斜钻进的进行，当底部的柔性钻柱水平钻进稳定器7中稳定器传扭轴7.11的轴线与原井筒轴线呈90度时，即完成造斜段6的钻进。完成造斜段6时形成3-5m曲率半径的井眼，该井眼的曲率半径与柔性钻杆4中钻杆限位环4.7和稳定器限位环7.10的6度-15度之间的限位角有关，通过更改钻杆限位环4.7和稳定器限位环7.10内腔的锥面角度，可以控制柔性钻杆4中钻杆传扭轴4.6和柔性钻头8的弯曲角度，固定的限位角可形成固定曲率半径的超短半径井眼。
D、完成造斜段6的钻进后，上提钻具0.5m－2m，将柔性钻头8提离井底，提高钻井液的循环排量并钻出水平井段9。在此过程中，钻井液在柔性钻柱水平钻进稳定器7中的稳定器传扭轴7.11中的球头上部的喇叭腔端面处形成节流压差，该节流压差向下推动稳定器传扭轴7.11并通过稳定器限位环7.10带动了稳定器扶正轴7.8，该作用力克服磁铁7.7的吸力后使稳定器扶正轴7.8下行。当定位销7.5到达换向轨道7.6的底部后由长轨道7.61换向进入短轨道7.62，此时降低钻井液的循环排量并下放钻具。此时的柔性钻柱水平钻进稳定器7处于伸长的配合状态，稳定器扶正套7.3与稳定器扶正轴7.8之间的刚性长度较初始配合状态大大增加。因为柔性钻柱水平钻进稳定器7处于近钻头位置，刚性稳斜能力大幅提高，继续钻进时，在井眼的约束下，柔性钻头8与柔性钻柱水平钻进稳定器7始终以90度井斜角向前延伸，形成水平井段9和水平井眼。
E、钻达水平井段9的设计长度后，使柔性钻柱水平钻进稳定器7恢复初始配合长度并提出钻具，完钻。在此过程中，再次上提钻具，使柔性钻头8提离井底。提高钻井液的循环排量、使柔性钻柱水平钻进稳定器7恢复初始配合长度，钻井液在柔性钻柱水平钻进稳定器7中的稳定器传扭轴7.11的球头上部喇叭腔的端面处形成节流压差，在节流压差作用下，定位销7.5在换向轨道7.6内由短轨道7.62换向进入长轨道7.61。停泵并下放钻具，柔性钻头8触及井底后开始压缩上部柔性钻柱水平钻进稳定器7中的稳定器扶正轴7.8，使之复位到初始装配位置，并由磁铁7.7吸住并保持初始配合长度。此时柔性钻柱水平钻进稳定器7的刚性长度大幅降低，上提钻具，使钻具顺利起出超短半径井眼，完钻；然后下入柔性完井管柱，完井。
上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本发明不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的创造精神和创造理念之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，保护范围不仅限于上文的说明。
Claims (11)
1.一种超短半径水平钻井柔性钻柱，包括柔性钻杆（4），柔性钻杆（4）设有钻杆传扭套（4.3）、钻杆传扭轴（4.6）和钻杆限位环（4.7），钻杆传扭套（4.3）的下部设有球头配合凹面和球头花键槽，钻杆传扭轴（4.6）设有球头和球头花键，钻杆传扭套（4.3）的球头配合凹面和球头花键槽与钻杆传扭轴（4.6）的球头和球头花键连接，钻杆限位环（4.7）安装在钻杆传扭套（4.3）和钻杆传扭轴（4.6）球头的下部，柔性钻柱由柔性钻杆（4）串连而成，其特征是：
钻杆传扭套（4.3）的上部内腔设有钻杆连接花键槽（4.2），钻杆传扭套（4.3）的上部外壁装有钻杆连接套（4.1）和钻杆旋转套（4.4）；
钻杆传扭轴（4.6）的下部杆体设有钻杆螺纹连接段和钻杆连接花键轴（4.8）；
柔性钻柱中的A件柔性钻杆（4）中的钻杆连接花键轴（4.8）能够与B件柔性钻杆（4）中的钻杆连接花键槽（4.2）连接，A件柔性钻杆（4）中的钻杆螺纹连接段能够与B件柔性钻杆（4）中的钻杆连接套（4.1）螺纹连接。
2.如权利要求1所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述钻杆连接套（4.1）的内腔是非等径内腔、上部内腔小于下部内腔且上部内腔设有内螺纹、能够与钻杆传扭轴（4.6）下部的钻杆螺纹连接段连接，钻杆连接套（4.1）的下部内腔设有内螺纹、能够与钻杆旋转套（4.4）螺纹连接；钻杆连接套（4.1）与钻杆旋转套（4.4）之间通过防松钉固定在一起或者通过焊接固定在一起，钻杆旋转套4.4安装在钻杆传扭套（4.3）的上部外壁与下部外壁之间。
3.如权利要求1或2所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述钻杆传扭套（4.3）中钻杆连接花键槽（4.2）下方内腔的内径与钻杆连接花键轴（4.8）的下端外圆相符、成为钻杆传扭轴（4.6）的密封腔，花键轴密封件（4.9）伸入到该密封腔中形成密封。
4.如权利要求1所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述柔性钻柱的下端与柔性钻头（8）之间通过柔性钻柱水平钻进稳定器（7）连接。
5.如权利要求4所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述柔性钻柱水平钻进稳定器（7）主要设有稳定器扶正套（7.3）、稳定器扶正轴（7.8）、稳定器传扭轴（7.11）和稳定器限位环（7.10），其中：
稳定器扶正轴（7.8）的上部与稳定器扶正套（7.3）通过定位销（7.5）和换向轨道（7.6）连接且下部与稳定器传扭轴（7.11）通过球头配合凹面和球头花键槽连接，稳定器传扭轴（7.11）能够与柔性钻头（8）的花键连接槽连接；
稳定器限位环（7.10）与稳定器扶正轴（7.8）连接并安装在稳定器传扭轴（7.11）的球头和球头花键的下方；
稳定器扶正套（7.3）的上部内腔设有稳定器花键槽（7.2），该稳定器花键槽（7.2）能够与柔性钻杆4的钻杆连接花键轴（4.8）连接。
6.如权利要求5所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述换向轨道（7.6）设置在稳定器扶正套（7.3）的中部内腔的内壁中，稳定器扶正套（7.3）的下端本体中还装有磁铁（7.7）且磁铁（7.7）的下端端面与稳定器扶正套（7.3）的下端端面平齐；换向轨道（7.6）由长轨道（7.61）和短轨道（7.62）组成，长轨道（7.61）与短轨道（7.62）在稳定器扶正套（7.3）内腔的下部连通。
7.如权利要求5所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述稳定器传扭轴（7.11）的上部是球头和球头花键、中部设有钻头螺纹连接段、下部是稳定器花键轴（7.12），稳定器传扭轴（7.11）上部的球头和球头花键与稳定器扶正轴（7.8）的球头配合凹面和球头花键槽连接；稳定器传扭轴（7.11）中部的钻头螺纹连接段能够与柔性钻头（8）的钻头连接套的内螺纹连接，稳定器花键轴（7.12）能够与柔性钻头（8）中的花键连接槽连接并且稳定器花键轴（7.12）下方的连接密封件（7.13）能够装入柔性钻头（8）中的密封台阶内。
8.如权利要求6所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述稳定器扶正轴（7.8）具有非等径内腔和非等径外壁，稳定器扶正轴（7.8）的中部内腔设有球头配合凹面和球头花键槽、下部内腔与稳定器限位环（7.10）螺纹连接；稳定器扶正轴（7.8）的顶部外壁固定着扶正轴定位销（7.5），该扶正轴定位销（7.5）能够在稳定器扶正套（7.3）的长轨道（7.61）和短轨道（7.62）中滑动；稳定器扶正轴（7.8）中部外壁的对接台阶中也装有磁铁（7.7）且与稳定器扶正套（7.3）下端端面中的磁铁（7.7）的磁极相吸。
9.如权利要求5所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述钻杆限位环（4.7）和稳定器限位环（7.10）的内腔均是上小下大的锥形限位腔，该锥形限位腔的限位角均设定在6度-15度之间并且该限位角均能够根据超短半径水平井眼的曲率半径调整；钻杆传扭轴（4.6）以及稳定器传扭轴（7.11）中球头的上部内腔均是上大下小的喇叭腔。
10.如权利要求9所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱，其特征是，所述柔性钻柱水平钻进稳定器（7）在稳定器扶正套（7.3）与稳定器扶正轴（7.8）中的磁铁（7.7）相吸的工作状态下，柔性钻柱水平钻进稳定器（7）与单根柔性钻杆（4）的长度相符。
11.如权利要求10所述的一种超短半径水平钻井柔性钻柱的施工方法，是：
A、首先在原井筒的套管（1）中下入和坐封斜向器（5）；
B、利用开窗铣锥磨铣套管（1），形成上窗口和下窗口，起出开窗钻具；
C、下入超短半径水平钻井钻具、钻出造斜段（6）并形成3-5m曲率半径的井眼；
D、完成造斜段（6）的钻进后，上提钻具0.5m－2m，将柔性钻头（8）提离井底，提高钻井液的循环排量并钻出水平井段（9）；
E、钻达水平井段（9）的设计长度后，使柔性钻柱水平钻进稳定器（7）恢复初始配合长度并提出钻具，完钻。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011588794.XA CN114687669A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011588794.XA CN114687669A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114687669A true CN114687669A (zh) | 2022-07-01 |
Family
ID=82132543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011588794.XA Pending CN114687669A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114687669A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117108201A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-11-24 | 中国矿业大学(北京) | 曲率可控的定向钻进装置及钻进方法 |
| WO2024017346A1 (zh) * | 2022-07-20 | 2024-01-25 | 蓝土地能源技术有限公司 | 一种径向定向钻井装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5467834A (en) * | 1994-08-08 | 1995-11-21 | Maverick Tool Company | Method and apparatus for short radius drilling of curved boreholes |
| CN1464170A (zh) * | 2002-06-14 | 2003-12-31 | 盘锦万维科技发展有限公司 | 石油开采超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺 |
| CN101078335A (zh) * | 2007-06-28 | 2007-11-28 | 北京万维亿通科技发展有限公司 | 一种超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺 |
| CN106150401A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-11-23 | 中国石油天然气股份有限公司 | 柔性钻杆及其钻井设备 |
| CN107165575A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-09-15 | 河北中荣石油机械有限责任公司 | 一种超短半径井造斜钻具 |
| CN209817938U (zh) * | 2019-03-27 | 2019-12-20 | 张忠涛 | 一种超短半径钻井辅助工具 |
| CN110847821A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-02-28 | 西安石大斯泰瑞油田技术有限公司 | 高造斜、高钻速旋转导向系统 |
| CN112127797A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种煤矿井下定向钻进可转换钻头和钻具组合及方法 |
-
2020
- 2020-12-29 CN CN202011588794.XA patent/CN114687669A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5467834A (en) * | 1994-08-08 | 1995-11-21 | Maverick Tool Company | Method and apparatus for short radius drilling of curved boreholes |
| CN1464170A (zh) * | 2002-06-14 | 2003-12-31 | 盘锦万维科技发展有限公司 | 石油开采超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺 |
| CN101078335A (zh) * | 2007-06-28 | 2007-11-28 | 北京万维亿通科技发展有限公司 | 一种超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺 |
| CN106150401A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-11-23 | 中国石油天然气股份有限公司 | 柔性钻杆及其钻井设备 |
| CN107165575A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-09-15 | 河北中荣石油机械有限责任公司 | 一种超短半径井造斜钻具 |
| CN209817938U (zh) * | 2019-03-27 | 2019-12-20 | 张忠涛 | 一种超短半径钻井辅助工具 |
| CN110847821A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-02-28 | 西安石大斯泰瑞油田技术有限公司 | 高造斜、高钻速旋转导向系统 |
| CN112127797A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种煤矿井下定向钻进可转换钻头和钻具组合及方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024017346A1 (zh) * | 2022-07-20 | 2024-01-25 | 蓝土地能源技术有限公司 | 一种径向定向钻井装置 |
| CN117108201A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-11-24 | 中国矿业大学(北京) | 曲率可控的定向钻进装置及钻进方法 |
| CN117108201B (zh) * | 2023-07-26 | 2024-04-02 | 中国矿业大学(北京) | 曲率可控的定向钻进装置及钻进方法 |
| US12055040B1 (en) | 2023-07-26 | 2024-08-06 | China University Of Mining And Technology, Beijing | Directional drilling device and drilling method of aquifer remediation of coal seam roof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10233694B2 (en) | Dynamic inwardly eccentrically-placed directional drill bit type rotation guidance apparatus | |
| CN107060643B (zh) | 一种高造斜率混合式旋转导向系统及其控制方法 | |
| CN101748970B (zh) | 超短半径径向钻井工具系统 | |
| CA2096192C (en) | Drilling short radius curvature well bores | |
| US20240254837A1 (en) | Coiled tubing flexible drill rod ultra-short radius radial drilling string, system and method | |
| CN107676040B (zh) | 外壳导向式造斜钻具 | |
| WO2019095527A1 (zh) | 一种旋转导向装置 | |
| WO2019095525A1 (zh) | 一种混合式旋转导向装置 | |
| CN114687669A (zh) | 一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法 | |
| CN102777162B (zh) | 水平井定向压裂装置 | |
| CN111520075A (zh) | 铰接头螺杆钻具及使用方法 | |
| CN214247216U (zh) | 超短半径水平钻井柔性钻柱水平钻进稳定器 | |
| CN105507814A (zh) | 用于煤层气井连续油管输送水力喷射钻孔装置及其工艺方法 | |
| CN109854203B (zh) | 一种分支井眼开窗侧钻封堵装置及方法 | |
| CN203822156U (zh) | 可调偏旋转钻井装置 | |
| CN114790873A (zh) | 多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具及使用方法 | |
| CN105840113B (zh) | 一种连动式钻柱防扭工具 | |
| CN209799935U (zh) | 一种大曲率井眼防砂筛管 | |
| CN210152621U (zh) | 一种柔性筛管和防砂完井管柱 | |
| CN214836114U (zh) | 多分支井眼超短半径开窗侧钻可回收定位器 | |
| CN214247241U (zh) | 一种超短半径水平钻井用柔性钻头 | |
| CN204457548U (zh) | 一种螺旋式膨胀波纹管胀管器 | |
| CN104989308A (zh) | 大斜度井径向射流开窗引导装置及开窗引导方法 | |
| CN212508076U (zh) | 铰接头螺杆钻具 | |
| CN205135429U (zh) | 一种具有增强定向易控性的pdc钻头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |