CN115199228A - 免起钻开窗侧钻工具及套管开窗侧钻施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种免起钻开窗侧钻工具及套管开窗侧钻施工方法，工具包括坐封机构，坐封机构的上方依次设有憋压机构、锚定机构和斜向器，斜向器的斜体上端通过斜体剪钉与钻铰式复合钻头相连。斜体的背面嵌装有液压胶管，液压胶管下端与锚定机构的中心孔相连，液压胶管的上端从斜体的造斜面上端进入钻头的某个水眼；钻头中心孔中设有浮动接头，液压胶管的上端头与浮动接头相连。套管开窗侧钻施工方法，依次包括如下步骤：将工具下到开窗井段，并调好方向，然后胶筒坐封，再卡瓦锚定，接着斜体剪钉剪断，钻头沿斜体的导斜面下行，在原套管上钻开窗口，侧钻新井眼，下小套管后，固井。本发明可实现一趟钻完成斜向器坐封和开修窗施工，开窗效率高。

Description

免起钻开窗侧钻工具及套管开窗侧钻施工方法

技术领域

本发明涉及一种老井侧钻下小套管作业的工具，特别涉及一种免起钻开窗侧钻工具，本发明还涉及套管开窗侧钻施工方法，属于套管开窗侧钻技术领域。

背景技术

套管开窗侧钻技术是充分利用老井的套管，在某一特定深度开窗后侧钻新井眼技术。它是一种投资少、见效快、经济效益显著的老油田开发技术措施，世界各国都非常重视该技术的研究应用，已成为世界各国许多油田勘探开发中重新认识老油田、使老油田增储上产和提高最终采收率的重要手段，显示出了广阔的发展前景及推广应用价值。

套管开窗侧钻井按开窗方式可分为：段铣开窗和斜向器开窗两种，主要作业程序包括：井眼准备、套管开窗、侧钻钻井、完井作业等。在地层较硬、固井质量较好，且开窗点上下有不能打开的水层的情况下，一般选用地锚斜向器开窗的方式。

斜向器开窗工序简单，开窗时间短，可适应较大的井斜角度，导向器配上封隔器，可用作桥塞而省去打水泥塞过程，铁屑量少，对钻井液性能的依赖程度有所降低。

液压式地锚斜向器主要由送入接头、送入杆、导斜体、钳牙、活塞锥体总成、球座等组成。用送入工具将地锚斜向器下入到预定开窗位置，下管柱过程中如果因为浮力使下管柱困难，就需要灌水。投球后，缓慢开泵打压坐封导斜器；坐封牢固后，转动钻具，倒开送入工具与导斜面的连接螺纹，最后上提钻具剪断扶正盘与导斜面的连接销钉，起出送入工具；再下一趟复式铣锥进行磨铣开窗。套管开窗使用两个分开的工具即斜向器和复式铣锥，需要两趟钻才能完成开窗施工，施工周期长，影响开窗施工时效。

发明内容

本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种免起钻开窗侧钻工具，不用灌浆和投球，可实现一趟钻完成斜向器坐封和开修窗施工，少起一趟钻，缩短了开窗周期，提高了开窗施工时效。

为解决以上技术问题，本发明的一种免起钻开窗侧钻工具，包括坐封机构，所述坐封机构的上方设有憋压机构，所述憋压机构的上方设有锚定机构，所述锚定机构的上方设有斜向器，所述斜向器的斜体上端通过斜体剪钉与钻铰式复合钻头相连。

作为本发明的改进，所述坐封机构包括胶筒滑套，所述胶筒滑套的下端外周旋接有胶筒下接头，所述胶筒下接头的上方依次叠置有套装在胶筒滑套外周的胶筒下座、胶筒和胶筒上套，所述胶筒的中段设有胶筒隔环；所述胶筒滑套的中部圆周对称设有沿轴向延伸的滑套长槽，胶筒推板的两端分别从所述滑套长槽中伸出且压在所述胶筒上套的顶部。

作为本发明的进一步改进，所述憋压机构包括旋接在所述胶筒滑套上端的活塞外筒，所述活塞外筒的内腔设有活塞，所述活塞的下端设有与之连为一体的活塞尾管，活塞尾管的中心孔与活塞中心孔相贯通，所述活塞尾管中心孔的中段内台阶上安装有球座固定座，所述球座固定座的内腔通过球座剪钉固定有球座，所述球座的上端喇叭口中设有低密度球；所述球座固定座的上方设有球座分流板，所述球座分流板的上方通过孔用挡圈固定在所述活塞尾管中心孔的内壁。

作为本发明的进一步改进，所述活塞尾管的下端设有尾管滑块，所述尾管滑块及活塞尾管的下部插接在所述胶筒滑套的内腔，所述尾管滑块的中部设有贯通的滑块径向槽，所述胶筒推板的中部插接在所述滑块径向槽中，且通过推板销与所述尾管滑块相连接。

作为本发明的进一步改进，所述活塞尾管的下部圆周设有尾管旁通孔，所述尾管旁通孔位于所述尾管滑块的上方；所述活塞尾管的中上部外周设有尾管棘齿，所述胶筒滑套的上端内台阶上设有活塞棘齿圈，所述活塞棘齿圈卡接在所述尾管棘齿上；所述活塞棘齿圈的上部外周设有活塞棘齿圈卡套，所述活塞棘齿圈卡套的下端抵靠在所述胶筒滑套的上端口，所述活塞棘齿圈卡套的上端抵靠在所述活塞外筒的内台阶下方，所述活塞棘齿圈卡套上部的内凸台压在所述活塞棘齿圈的顶部。

作为本发明的进一步改进，所述锚定机构包括下防滑卡瓦机构，所述下防滑卡瓦机构包括旋接在所述活塞外筒上端的下卡瓦外筒下接头，所述下卡瓦外筒下接头的上部旋接有下卡瓦外筒，所述下卡瓦外筒的内腔设有小端向下的下卡锥，所述下卡锥的上部圆柱段通过密封圈与所述下卡瓦外筒的内壁实现密封，所述下卡锥的中部外锥面上套装有下卡瓦，所述下卡瓦的防滑瓦面嵌于下卡瓦外筒的中部嵌槽中；所述下卡锥的下端旋接有下传压管，所述下传压管的下端插接在所述下卡瓦外筒下接头的底部中心光孔中且通过密封圈实现密封。

作为本发明的进一步改进，所述下卡锥的中心孔中设有下连接管，所述下连接管的外周设有下卡瓦棘齿，所述下卡锥的上端内台阶上设有下卡瓦棘齿圈，所述下卡瓦棘齿圈卡接在所述下卡瓦棘齿上；所述下卡瓦棘齿圈的上部外周设有下卡瓦棘齿圈卡套，所述下卡瓦棘齿圈卡套的下端抵靠在所述下卡锥的内台阶上，所述下卡瓦棘齿圈卡套的外周旋接在所述下卡锥上部的母螺纹中，所述下卡锥的顶部设有下卡瓦液压腔，所述下连接管的上部圆周上设有与下卡瓦液压腔贯通的下连接管旁通孔，所述下连接管的上端旋接在中防转卡瓦机构的下端。

作为本发明的进一步改进，所述中防转卡瓦机构包括旋接在所述下卡瓦外筒上端的中卡瓦外筒下接头，所述中卡瓦外筒下接头的上部旋接有中卡瓦外筒，所述中卡瓦外筒的内腔设有小端向下的中卡锥，所述中卡锥的上部圆柱段通过密封圈与所述中卡瓦外筒的内壁实现密封，所述中卡锥的中部外锥面上套装有中卡瓦，所述中卡瓦的防转瓦面嵌于中卡瓦外筒的中部嵌槽中；所述中卡锥的下端旋接有中传压管，所述中传压管的下端插接在所述中卡瓦外筒下接头的底部中心光孔中且通过密封圈实现密封，所述下连接管的上端旋接所述中卡瓦外筒下接头的底部内螺孔中。

作为本发明的进一步改进，所述中卡锥的中心孔中设有中连接管，所述中连接管的外周设有中卡瓦棘齿，所述中卡锥的上端内台阶上设有中卡瓦棘齿圈，所述中卡瓦棘齿圈卡接在所述中卡瓦棘齿上；所述中卡瓦棘齿圈的上部外周设有中卡瓦棘齿圈卡套，所述中卡瓦棘齿圈卡套的下端抵靠在所述中卡锥的内台阶上，所述中卡瓦棘齿圈卡套的外周旋接在所述中卡锥上部的母螺纹中，所述中卡锥的顶部设有共用液压腔，所述中连接管的上部圆周上设有与共用液压腔贯通的中连接管旁通孔，所述中连接管的上端旋接在上防滑卡瓦机构的下端。

作为本发明的进一步改进，所述上防滑卡瓦机构包括与中卡瓦外筒连为一体的上卡瓦外筒，所述上卡瓦外筒与中卡瓦外筒之间通过内凸台相互分隔，所述上卡瓦外筒的内腔设有小端向上的上卡锥，所述上卡锥的下部圆柱段通过密封圈与所述上卡瓦外筒的内壁实现密封，所述上卡锥的上部外锥面上套装有上卡瓦，所述上卡瓦的防滑瓦面嵌于上卡瓦外筒的上部嵌槽中；所述上卡锥的中心孔上端插接有上传压管，所述上传压管的上端与斜体连接头的中心孔相贯通且连为一体，所述斜体连接头的下部圆周旋接在所述上卡瓦外筒的上端口中，所述斜体连接头的上部圆周与所述斜体的大端底部相旋接。

作为本发明的进一步改进，所述斜体的大端底部与所述斜体连接头的顶部之间设有上液压腔，所述斜体的大端设有斜体螺孔；所述斜体的背面设有软管嵌槽，所述软管嵌槽中嵌装有液压胶管，所述液压胶管的下端设有软管下接头，所述软管下接头旋接在所述斜体螺孔中与所述上液压腔相贯通，所述液压胶管的上端穿过所述斜体上端的通孔，从斜体的造斜面上端进入钻铰式复合钻头的某个水眼；所述钻头中心孔中设有可轴向滑动的浮动接头，所述浮动接头的外周通过密封圈与钻头中心孔实现密封，所述液压胶管的上端头与所述浮动接头的中心孔相连且贯通。

本发明的另一个目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种套管开窗侧钻施工方法，可实现一趟钻完成斜向器坐封和开修窗施工，少起一趟钻，缩短了开窗周期，提高了开窗施工时效。

为解决以上技术问题，本发明的一种套管开窗侧钻施工方法，依次包括如下步骤：

S1.将免起钻开窗侧钻工具随管柱下入原套管中，所述一体化装置自下而上依次设有坐封机构、憋压机构、锚定机构、斜向器和钻铰式复合钻头，所述斜向器的斜体上端通过斜体剪钉与钻铰式复合钻头相连，钻铰式复合钻头的中心孔通过液压胶管与锚定机构的中心孔相连通；

S2.将所述斜体下到需要开窗的井段，并调整好方向；

S3.井口加压，使坐封机构的胶筒坐封在原套管中；

S4.井口继续加压，使锚定机构的卡瓦锚定在原套管中；

S5.井口继续加压，将憋压机构的球座剪钉剪断，球座落下；

S6.管柱下压8吨，确认锚定机构未出现下滑；

S7.管柱下压11吨，将斜体上端的斜体剪钉剪断；

S8.钻铰式复合钻头绞断液压胶管，并沿斜体的导斜面下行，在原套管上钻开窗口；

S9.从原套管所开窗口处进行侧钻施工，直至新井眼完成；

S10.新井眼中下入小套管，小套管的上端通过悬挂器悬挂固定在原套管中；

S11.注入水泥浆，对悬挂器以下的小套管环空进行固井，本一体化装置的胶筒以上的环空同时实现固井。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：1、低密度球提前放入球座，上端被球座分流板限制住，当一体化装置随管柱下井时，由于低密度球的密度仅为钻井液密度的2-2.3倍，管柱内外的压差很容易将低密度球推离球座的喇叭口，环空的钻井液从尾管旁通孔进入一体化装置及管柱内腔，经球座的喉口灌满工具的内腔，实现自灌浆，避免多次停机安装水龙头进行灌浆，使管柱可以顺利下井；而且省去了投球工序，提高了开窗效率。

2、胶筒的坐封压力低于锚定机构的锚定压力，井口加压时，钻井液沿钻头短接的中心孔进入钻铰式复合钻头的内腔，进入浮动接头的中心孔，钻井液经液压胶管越过斜体，经软管下接头、斜体螺孔进入斜体连接头，从上传压管进入锚定机构的中心孔。

3、当一体化装置下到需要开窗的井段，并调整好方向后，井口加压，低密度球即靠落在球座的喇叭口上，产生憋压。球座及球座固定座带动活塞尾管下行，活塞尾管外周的尾管棘齿在活塞棘齿圈中向下单向滑行并锁定，活塞尾管下端的尾管滑块沿胶筒滑套的中心孔下行的同时，带动胶筒推板沿胶筒滑套的滑套长槽下行，胶筒推板推动胶筒上套向下挤压胶筒，使胶筒膨胀坐封在原套管的内壁。胶筒隔环将胶筒分为上下两部分，可以形成两道膨胀节，提高坐封效果。

4、胶筒坐封后，井口继续加压，上防滑卡瓦机构、中防转卡瓦机构和下防滑卡瓦机构同时动作实现锚定，上卡瓦和下卡瓦的外表面分别设有横向卡齿，锚定后可以防止下滑，保证开窗的高度准确；中卡瓦的外表面设有竖向卡齿，锚定后可以防止转动，保证开窗的方向准确。

5、锚定时，压力液从中连接管旁通孔进入共用液压腔，推动上卡锥上行，将上卡瓦向外顶出，实现上卡瓦的防滑锚定；上卡锥上行时，其中心孔套在上传压管的外周滑行。同时共用液压腔的压力液推动中卡锥下行，中卡锥下行将中卡瓦向外顶出，实现中卡瓦的防转锚定；中卡锥下行时，中卡瓦棘齿圈与中连接管外周的中卡瓦棘齿单向配合，防止锚定松脱。压力液经中传压管进入下连接管的内腔，从下连接管旁通孔进入下卡瓦液压腔，推动下卡锥下行，将下卡瓦顶出实现锚定；下卡锥下行时，下卡瓦棘齿圈与下连接管外周的下卡瓦棘齿单向配合，防止下卡瓦松脱。

6、三道卡瓦锚定后，井口继续加压，将球座剪钉剪断，球座落下，活塞中心孔通过尾管旁通孔与胶筒上方的环空相通，便于后续的固井。

7、球座剪钉剪断后，确认锚定机构未出现下滑，然后管柱继续下压，将斜体上端的斜体剪钉剪断。在不起钻的情况下，即实现了斜向器与钻铰式复合钻头的分离。

8、取消了常见的斜体中心管，将液压胶管置于斜体背面的软管嵌槽中，一方面可避免管柱下行时被刮擦损坏，另一方面避免占用斜体导斜面的上部空间，开窗时钻铰式复合钻头沿斜体的导斜面最上部下行，避免导斜面上半段的浪费，减小开窗时的卡钻风险，还可以节约斜体的总高度和耗材量。

9、利用液压胶管的柔软性穿过斜体上端的通孔，到达斜体的造斜面上端，接着借助于钻铰式复合钻头的一个水眼进入钻铰式复合钻头的内腔，且与浮动接头相连。浮动接头的外周与钻铰式复合钻头的中心孔内壁实现密封，可避免钻井液从下方的钻头水眼中漏出；同时浮动接头可以沿钻铰式复合钻头的中心孔轴向滑动，可以补偿液压胶管的伸缩。当斜向器与钻铰式复合钻头分离后，便于将液压胶管绞断，减少一次丢手动作，均无需起下钻。

10、钻铰式复合钻头的冠状头部根部设有一段圆柱铣齿，在完成开窗后，紧接着进行修窗。本发明将斜向器和钻铰式复合钻头巧妙地连接在一起，无需投球即可实现斜向器坐封和锚定，不用倒扣、丢手即可实现两者分离。斜向器自身不设刚性传压管道，使用液压胶管将钻头与斜向器下方的液体通道连通。本工具下井后，不要投球和起钻即可完成坐封、锚定、分离、打通固井水泥浆通道、开窗、修窗，大大缩短了套管开窗周期，提高了作业效率，减少了能源的消耗，降低了劳动强度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为本发明免起钻开窗侧钻工具的主视图。

图2为本发明免起钻开窗侧钻工具的结构详图。

图3为图2中下部的放大图。

图中：1.坐封机构；1a.胶筒下接头；1b.胶筒滑套；1c.胶筒下座；1d.胶筒；1e.胶筒隔环；1f.胶筒上套；1g.胶筒推板；

2.憋压机构；2a.活塞外筒；2b.活塞；2c.活塞尾管；2c1.尾管旁通孔；2d.尾管滑块；2e.活塞棘齿圈；2f.活塞棘齿圈卡套；2g.球座固定座；2h.球座剪钉；2j.球座；2k.低密度球；2m.球座分流板；

3.下防滑卡瓦机构；3a.下卡瓦外筒下接头；3b.下卡瓦外筒；3c.下卡锥；3d.下卡瓦；3e.下传压管；3f.下连接管；3f1.下连接管旁通孔；3g.下卡瓦棘齿圈；3h.下卡瓦棘齿圈卡套；

4.中防转卡瓦机构；4a.中卡瓦外筒下接头；4b.中卡瓦外筒；4c.中卡锥；4d.中卡瓦；4e.中传压管；4f.中连接管；4f1.中连接管旁通孔；4g.中卡瓦棘齿圈；4h.中卡瓦棘齿圈卡套；4j.共用液压腔；

5.上防滑卡瓦机构；5a.上卡瓦外筒；5b.上卡锥；5c.上卡瓦；5d.上传压管；

6.斜向器；6a.斜体连接头；6b.斜体；6b1.斜体螺孔；6c.软管下接头；6d.液压胶管；6e.浮动接头；

7.钻铰式复合钻头；7a.斜体剪钉；8.钻头短接。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的免起钻开窗侧钻工具包括坐封机构1，坐封机构1的上方设有憋压机构2，憋压机构2的上方设有锚定机构，锚定机构的上方设有斜向器6，斜向器6的斜体6b上端通过斜体剪钉7a与钻铰式复合钻头7相连，钻铰式复合钻头7的上端通过钻头短接8与钻杆相连。

坐封机构1包括胶筒滑套1b，胶筒滑套1b的下端外周旋接有胶筒下接头1a，胶筒下接头1a的上方依次叠置有套装在胶筒滑套1b外周的胶筒下座1c、胶筒1d和胶筒上套1f，胶筒1d的中段设有胶筒隔环1e；胶筒滑套1b的中部圆周对称设有沿轴向延伸的滑套长槽，胶筒推板1g的两端分别从滑套长槽中伸出且压在胶筒上套1f的顶部。

憋压机构2包括旋接在胶筒滑套1b上端的活塞外筒2a，活塞外筒2a的内腔设有活塞2b，活塞2b的下端设有与之连为一体的活塞尾管2c，活塞尾管2c的中心孔与活塞中心孔相贯通，活塞尾管中心孔的中段内台阶上安装有球座固定座2g，球座固定座2g的内腔通过球座剪钉2h固定有球座2j，球座2j的上端喇叭口中设有低密度球2k；球座固定座2g的上方设有球座分流板2m，球座分流板2m的上方通过孔用挡圈固定在活塞尾管中心孔的内壁。

活塞尾管2c的下端设有尾管滑块2d，尾管滑块2d及活塞尾管2c的下部插接在胶筒滑套1b的内腔，尾管滑块2d的中部设有贯通的滑块径向槽，胶筒推板1g的中部插接在滑块径向槽中，且通过推板销与尾管滑块2d相连接。

活塞尾管2c的下部圆周设有尾管旁通孔2c1，尾管旁通孔2c1位于尾管滑块2d的上方；活塞尾管2c的中上部外周设有尾管棘齿，胶筒滑套1b的上端内台阶上设有活塞棘齿圈2e，活塞棘齿圈2e卡接在尾管棘齿上；活塞棘齿圈2e的上部外周设有活塞棘齿圈卡套2f，活塞棘齿圈卡套2f的下端抵靠在胶筒滑套1b的上端口，活塞棘齿圈卡套2f的上端抵靠在活塞外筒2a的内台阶下方，活塞棘齿圈卡套2f上部的内凸台压在活塞棘齿圈2e的顶部。

锚定机构包括下防滑卡瓦机构3，下防滑卡瓦机构3包括旋接在活塞外筒2a上端的下卡瓦外筒下接头3a，下卡瓦外筒下接头3a的上部旋接有下卡瓦外筒3b，下卡瓦外筒3b的内腔设有小端向下的下卡锥3c，下卡锥3c的上部圆柱段通过密封圈与下卡瓦外筒3b的内壁实现密封，下卡锥3c的中部外锥面上套装有下卡瓦3d，下卡瓦3d的防滑瓦面嵌于下卡瓦外筒3b的中部嵌槽中；下卡锥3c的下端旋接有下传压管3e，下传压管3e的下端插接在下卡瓦外筒下接头3a的底部中心光孔中且通过密封圈实现密封。

下卡锥3c的中心孔中设有下连接管3f，下连接管3f的外周设有下卡瓦棘齿，下卡锥3c的上端内台阶上设有下卡瓦棘齿圈3g，下卡瓦棘齿圈3g卡接在下卡瓦棘齿上；下卡瓦棘齿圈3g的上部外周设有下卡瓦棘齿圈卡套3h，下卡瓦棘齿圈卡套3h的下端抵靠在下卡锥3c的内台阶上，下卡瓦棘齿圈卡套3h的外周旋接在下卡锥3c上部的母螺纹中，下卡锥3c的顶部设有下卡瓦液压腔，下连接管3f的上部圆周上设有与下卡瓦液压腔贯通的下连接管旁通孔3f1，下连接管3f的上端旋接在中防转卡瓦机构4的下端。

中防转卡瓦机构4包括旋接在下卡瓦外筒3b上端的中卡瓦外筒下接头4a，中卡瓦外筒下接头4a的上部旋接有中卡瓦外筒4b，中卡瓦外筒4b的内腔设有小端向下的中卡锥4c，中卡锥4c的上部圆柱段通过密封圈与中卡瓦外筒4b的内壁实现密封，中卡锥4c的中部外锥面上套装有中卡瓦4d，中卡瓦4d的防转瓦面嵌于中卡瓦外筒4b的中部嵌槽中；中卡锥4c的下端旋接有中传压管4e，中传压管4e的下端插接在中卡瓦外筒下接头4a的底部中心光孔中且通过密封圈实现密封，下连接管3f的上端旋接中卡瓦外筒下接头4a的底部内螺孔中。

中卡锥4c的中心孔中设有中连接管4f，中连接管4f的外周设有中卡瓦棘齿，中卡锥4c的上端内台阶上设有中卡瓦棘齿圈4g，中卡瓦棘齿圈4g卡接在中卡瓦棘齿上；中卡瓦棘齿圈4g的上部外周设有中卡瓦棘齿圈卡套4h，中卡瓦棘齿圈卡套4h的下端抵靠在中卡锥4c的内台阶上，中卡瓦棘齿圈卡套4h的外周旋接在中卡锥4c上部的母螺纹中，中卡锥4c的顶部设有共用液压腔4j，中连接管4f的上部圆周上设有与共用液压腔4j贯通的中连接管旁通孔4f1，中连接管4f的上端旋接在上防滑卡瓦机构5的下端。

上防滑卡瓦机构5包括与中卡瓦外筒4b连为一体的上卡瓦外筒5a，上卡瓦外筒5a与中卡瓦外筒4b之间通过内凸台相互分隔，上卡瓦外筒5a的内腔设有小端向上的上卡锥5b，上卡锥5b的下部圆柱段通过密封圈与上卡瓦外筒5a的内壁实现密封，上卡锥5b的上部外锥面上套装有上卡瓦5c，上卡瓦5c的防滑瓦面嵌于上卡瓦外筒5a的上部嵌槽中；上卡锥5b的中心孔上端插接有上传压管5d，上传压管5d的上端与斜体连接头6a的中心孔相贯通且连为一体，斜体连接头6a的下部圆周旋接在上卡瓦外筒5a的上端口中，斜体连接头6a的上部圆周与斜体6b的大端底部相旋接。

斜体6b的大端底部与斜体连接头6a的顶部之间设有上液压腔，斜体6b的大端设有斜体螺孔6b1；斜体6b的背面设有软管嵌槽，软管嵌槽中嵌装有液压胶管6d，液压胶管6d的下端设有软管下接头6c，软管下接头6c旋接在斜体螺孔6b1中与上液压腔相贯通，液压胶管6d的上端穿过斜体6b上端的通孔，从斜体6b的造斜面上端进入钻铰式复合钻头7的某个水眼；钻头中心孔中设有可轴向滑动的浮动接头6e，浮动接头6e的外周通过密封圈与钻头中心孔实现密封，液压胶管6d的上端头与浮动接头6e的中心孔相连且贯通。

本发明的套管开窗侧钻施工方法，依次包括如下步骤：

S1.将免起钻开窗侧钻工具随管柱下入原套管中，一体化装置自下而上依次设有坐封机构1、憋压机构2、锚定机构、斜向器6和钻铰式复合钻头7，斜向器6的斜体6b上端通过斜体剪钉7a与钻铰式复合钻头7相连，钻铰式复合钻头7的中心孔通过液压胶管6d与锚定机构的中心孔相连通；

S2.将斜体6b下到需要开窗的井段，并调整好方向；

S3.井口加压，使坐封机构1的胶筒坐封在原套管中；

S4.井口继续加压，使锚定机构的卡瓦锚定在原套管中；

S5.井口继续加压，将憋压机构2的球座剪钉2h剪断，球座2j落下；

S6.管柱下压8吨，确认锚定机构未出现下滑；

S7.管柱下压11吨，将斜体6b上端的斜体剪钉7a剪断；

S8.钻铰式复合钻头7绞断液压胶管6d，并沿斜体6b的导斜面下行，在原套管上钻开窗口；

S9.从原套管所开窗口处进行侧钻施工，直至新井眼完成；

S10.新井眼中下入小套管，小套管的上端通过悬挂器悬挂固定在原套管中；

S11.注入水泥浆，对悬挂器以下的小套管环空进行固井，本一体化装置的胶筒以上的环空同时实现固井。

低密度球2k提前放入球座2j，上端被球座分流板2m限制住，当一体化装置随管柱下井时，由于低密度球2k的密度仅为钻井液密度的2-2.3倍，管柱内外的压差很容易将低密度球2k推离球座2j的喇叭口，环空的钻井液从尾管旁通孔2c1进入一体化装置及管柱内腔，经球座2j的喉口灌满工具的内腔，实现自灌浆，避免多次停机安装水龙头进行灌浆，使管柱可以顺利下井；而且省去了投球工序，提高了开窗效率。

胶筒1d的坐封压力低于锚定机构的锚定压力，井口加压时，钻井液沿钻头短接的中心孔进入钻铰式复合钻头7的内腔，进入浮动接头6e的中心孔，钻井液经液压胶管6d越过斜体6b，经软管下接头6c、斜体螺孔6b1进入斜体连接头6a，从上传压管5d进入锚定机构的中心孔。

当一体化装置下到需要开窗的井段，并调整好方向后，井口加压，低密度球2k即靠落在球座2j的喇叭口上，产生憋压。球座2j及球座固定座2g带动活塞尾管2c下行，活塞尾管2c外周的尾管棘齿在活塞棘齿圈2e中向下单向滑行并锁定，活塞尾管2c下端的尾管滑块2d沿胶筒滑套1b的中心孔下行的同时，带动胶筒推板1g沿胶筒滑套1b的滑套长槽下行，胶筒推板1g推动胶筒上套1f向下挤压胶筒1d，使胶筒1d膨胀坐封在原套管的内壁。胶筒隔环1e将胶筒1d分为上下两部分，可以形成两道膨胀节，提高坐封效果。

胶筒1d坐封后，井口继续加压，上防滑卡瓦机构5、中防转卡瓦机构4和下防滑卡瓦机构3同时动作实现锚定，上卡瓦5c和下卡瓦3d的外表面分别设有横向卡齿，锚定后可以防止下滑，保证开窗的高度准确；中卡瓦4d的外表面设有竖向卡齿，锚定后可以防止转动，保证开窗的方向准确。

锚定时，压力液从中连接管旁通孔4f1进入共用液压腔4j，推动上卡锥5b上行，将上卡瓦5c向外顶出，实现上卡瓦5c的防滑锚定；上卡锥5b上行时，其中心孔套在上传压管5d的外周滑行。同时共用液压腔4j的压力液推动中卡锥4c下行，中卡锥4c下行将中卡瓦4d向外顶出，实现中卡瓦4d的防转锚定；中卡锥4c下行时，中卡瓦棘齿圈4g与中连接管4f外周的中卡瓦棘齿单向配合，防止锚定松脱。压力液经中传压管4e进入下连接管3f的内腔，从下连接管旁通孔3f1进入下卡瓦液压腔，推动下卡锥3c下行，将下卡瓦3d顶出实现锚定；下卡锥3c下行时，下卡瓦棘齿圈3g与下连接管3f外周的下卡瓦棘齿单向配合，防止下卡瓦3d松脱。

三道卡瓦锚定后，井口继续加压，将球座剪钉2h剪断，球座2j落下，活塞中心孔通过尾管旁通孔2c1与胶筒1d上方的环空相通，便于后续的固井。

球座剪钉2h剪断后，确认锚定机构未出现下滑，然后管柱继续下压，将斜体6b上端的斜体剪钉7a剪断。在不起钻的情况下，即实现了斜向器6与钻铰式复合钻头7的分离。

取消了常见的斜体中心管，将液压胶管6d置于斜体6b背面的软管嵌槽中，一方面可避免管柱下行时被刮擦损坏，另一方面避免占用斜体导斜面的上部空间，开窗时钻铰式复合钻头7沿斜体6b的导斜面最上部下行，避免导斜面上半段的浪费，减小开窗时的卡钻风险，还可以节约斜体6b的总高度和耗材量。

利用液压胶管6d的柔软性穿过斜体6b上端的通孔，到达斜体6b的造斜面上端，接着借助于钻铰式复合钻头7的一个水眼进入钻铰式复合钻头7的内腔，且与浮动接头6e相连。浮动接头6e的外周与钻铰式复合钻头7的中心孔内壁实现密封，可避免钻井液从下方的钻头水眼中漏出；同时浮动接头6e可以沿钻铰式复合钻头7的中心孔轴向滑动，可以补偿液压胶管6d的伸缩。当斜向器6与钻铰式复合钻头7分离后，便于将液压胶管6d绞断，减少一次丢手动作，均无需起下钻。

钻铰式复合钻头7的冠状头部根部设有一段圆柱铣齿，在完成开窗后，紧接着进行修窗。本发明将斜向器6和钻铰式复合钻头7巧妙地连接在一起，无需投球即可实现斜向器6坐封和锚定，不用倒扣、丢手即可实现两者分离。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (12)

1.一种免起钻开窗侧钻工具，包括坐封机构，其特征在于：所述坐封机构的上方设有憋压机构，所述憋压机构的上方设有锚定机构，所述锚定机构的上方设有斜向器，所述斜向器的斜体上端通过斜体剪钉与钻铰式复合钻头相连。

2.根据权利要求1所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述坐封机构包括胶筒滑套，所述胶筒滑套的下端外周旋接有胶筒下接头，所述胶筒下接头的上方依次叠置有套装在胶筒滑套外周的胶筒下座、胶筒和胶筒上套，所述胶筒的中段设有胶筒隔环；所述胶筒滑套的中部圆周对称设有沿轴向延伸的滑套长槽，胶筒推板的两端分别从所述滑套长槽中伸出且压在所述胶筒上套的顶部。

3.根据权利要求2所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述憋压机构包括旋接在所述胶筒滑套上端的活塞外筒，所述活塞外筒的内腔设有活塞，所述活塞的下端设有与之连为一体的活塞尾管，活塞尾管的中心孔与活塞中心孔相贯通，所述活塞尾管中心孔的中段内台阶上安装有球座固定座，所述球座固定座的内腔通过球座剪钉固定有球座，所述球座的上端喇叭口中设有低密度球；所述球座固定座的上方设有球座分流板，所述球座分流板的上方通过孔用挡圈固定在所述活塞尾管中心孔的内壁。

4.根据权利要求3所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述活塞尾管的下端设有尾管滑块，所述尾管滑块及活塞尾管的下部插接在所述胶筒滑套的内腔，所述尾管滑块的中部设有贯通的滑块径向槽，所述胶筒推板的中部插接在所述滑块径向槽中，且通过推板销与所述尾管滑块相连接。

5.根据权利要求4所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述活塞尾管的下部圆周设有尾管旁通孔，所述尾管旁通孔位于所述尾管滑块的上方；所述活塞尾管的中上部外周设有尾管棘齿，所述胶筒滑套的上端内台阶上设有活塞棘齿圈，所述活塞棘齿圈卡接在所述尾管棘齿上；所述活塞棘齿圈的上部外周设有活塞棘齿圈卡套，所述活塞棘齿圈卡套的下端抵靠在所述胶筒滑套的上端口，所述活塞棘齿圈卡套的上端抵靠在所述活塞外筒的内台阶下方，所述活塞棘齿圈卡套上部的内凸台压在所述活塞棘齿圈的顶部。

6.根据权利要求3所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述锚定机构包括下防滑卡瓦机构，所述下防滑卡瓦机构包括旋接在所述活塞外筒上端的下卡瓦外筒下接头，所述下卡瓦外筒下接头的上部旋接有下卡瓦外筒，所述下卡瓦外筒的内腔设有小端向下的下卡锥，所述下卡锥的上部圆柱段通过密封圈与所述下卡瓦外筒的内壁实现密封，所述下卡锥的中部外锥面上套装有下卡瓦，所述下卡瓦的防滑瓦面嵌于下卡瓦外筒的中部嵌槽中；所述下卡锥的下端旋接有下传压管，所述下传压管的下端插接在所述下卡瓦外筒下接头的底部中心光孔中且通过密封圈实现密封。

7.根据权利要求6所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述下卡锥的中心孔中设有下连接管，所述下连接管的外周设有下卡瓦棘齿，所述下卡锥的上端内台阶上设有下卡瓦棘齿圈，所述下卡瓦棘齿圈卡接在所述下卡瓦棘齿上；所述下卡瓦棘齿圈的上部外周设有下卡瓦棘齿圈卡套，所述下卡瓦棘齿圈卡套的下端抵靠在所述下卡锥的内台阶上，所述下卡瓦棘齿圈卡套的外周旋接在所述下卡锥上部的母螺纹中，所述下卡锥的顶部设有下卡瓦液压腔，所述下连接管的上部圆周上设有与下卡瓦液压腔贯通的下连接管旁通孔，所述下连接管的上端旋接在中防转卡瓦机构的下端。

8.根据权利要求7所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述中防转卡瓦机构包括旋接在所述下卡瓦外筒上端的中卡瓦外筒下接头，所述中卡瓦外筒下接头的上部旋接有中卡瓦外筒，所述中卡瓦外筒的内腔设有小端向下的中卡锥，所述中卡锥的上部圆柱段通过密封圈与所述中卡瓦外筒的内壁实现密封，所述中卡锥的中部外锥面上套装有中卡瓦，所述中卡瓦的防转瓦面嵌于中卡瓦外筒的中部嵌槽中；所述中卡锥的下端旋接有中传压管，所述中传压管的下端插接在所述中卡瓦外筒下接头的底部中心光孔中且通过密封圈实现密封，所述下连接管的上端旋接所述中卡瓦外筒下接头的底部内螺孔中。

9.根据权利要求8所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述中卡锥的中心孔中设有中连接管，所述中连接管的外周设有中卡瓦棘齿，所述中卡锥的上端内台阶上设有中卡瓦棘齿圈，所述中卡瓦棘齿圈卡接在所述中卡瓦棘齿上；所述中卡瓦棘齿圈的上部外周设有中卡瓦棘齿圈卡套，所述中卡瓦棘齿圈卡套的下端抵靠在所述中卡锥的内台阶上，所述中卡瓦棘齿圈卡套的外周旋接在所述中卡锥上部的母螺纹中，所述中卡锥的顶部设有共用液压腔，所述中连接管的上部圆周上设有与共用液压腔贯通的中连接管旁通孔，所述中连接管的上端旋接在上防滑卡瓦机构的下端。

10.根据权利要求9所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述上防滑卡瓦机构包括与中卡瓦外筒连为一体的上卡瓦外筒，所述上卡瓦外筒与中卡瓦外筒之间通过内凸台相互分隔，所述上卡瓦外筒的内腔设有小端向上的上卡锥，所述上卡锥的下部圆柱段通过密封圈与所述上卡瓦外筒的内壁实现密封，所述上卡锥的上部外锥面上套装有上卡瓦，所述上卡瓦的防滑瓦面嵌于上卡瓦外筒的上部嵌槽中；所述上卡锥的中心孔上端插接有上传压管，所述上传压管的上端与斜体连接头的中心孔相贯通且连为一体，所述斜体连接头的下部圆周旋接在所述上卡瓦外筒的上端口中，所述斜体连接头的上部圆周与所述斜体的大端底部相旋接。

11.根据权利要求1或所述的免起钻开窗侧钻工具，其特征在于：所述斜体的大端底部与所述斜体连接头的顶部之间设有上液压腔，所述斜体的大端设有斜体螺孔；所述斜体的背面设有软管嵌槽，所述软管嵌槽中嵌装有液压胶管，所述液压胶管的下端设有软管下接头，所述软管下接头旋接在所述斜体螺孔中与所述上液压腔相贯通，所述液压胶管的上端穿过所述斜体上端的通孔，从斜体的造斜面上端进入钻铰式复合钻头的某个水眼；所述钻头中心孔中设有可轴向滑动的浮动接头，所述浮动接头的外周通过密封圈与钻头中心孔实现密封，所述液压胶管的上端头与所述浮动接头的中心孔相连且贯通。

12.一种套管开窗侧钻施工方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

S1.将免起钻开窗侧钻工具随管柱下入原套管中，所述一体化装置自下而上依次设有坐封机构、憋压机构、锚定机构、斜向器和钻铰式复合钻头，所述斜向器的斜体上端通过斜体剪钉与钻铰式复合钻头相连，钻铰式复合钻头的中心孔通过液压胶管与锚定机构的中心孔相连通；

S2.将所述斜体下到需要开窗的井段，并调整好方向；

S3.井口加压，使坐封机构的胶筒坐封在原套管中；

S4.井口继续加压，使锚定机构的卡瓦锚定在原套管中；

S5.井口继续加压，将憋压机构的球座剪钉剪断，球座落下；

S6.管柱下压8吨，确认锚定机构未出现下滑；

S7.管柱下压11吨，将斜体上端的斜体剪钉剪断；

S8.钻铰式复合钻头绞断液压胶管，并沿斜体的导斜面下行，在原套管上钻开窗口；

S9.从原套管所开窗口处进行侧钻施工，直至新井眼完成；

S10.新井眼中下入小套管，小套管的上端通过悬挂器悬挂固定在原套管中；

S11.注入水泥浆，对悬挂器以下的小套管环空进行固井，本一体化装置的胶筒以上的环空同时实现固井。

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