CN115263200A - 一种多分支井钻完井管柱及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分支井眼完井管柱，包括自下而上依次设置的引鞋、筛管、密封总成、锚定总成和导向总成；密封总成包括通过螺纹依次连接的第一接箍、中心管、阀头和密封管，第一接箍用于连接锚定总成，密封总成通过第二接箍与筛管连接；密封管内设有可溶性密封结构；中心管外套设有胶筒密封结构；锚定总成包括依次连接的下接头、支撑管和导斜体，下接头与第一接箍密封连接，导斜体的下部连接有可外展撑开锚定的锚爪，支撑管外设有液缸套，液缸套与支撑管间布置作用于锚爪的活塞，且支撑管的管壁上布置有传压孔；导向总成包括插装在导斜体内并与支撑管连通的倒扣杆，倒扣杆的上部螺纹连接有上接头。本发明还公开了上述分支井眼完井管柱的施工方法。

Description

一种多分支井钻完井管柱及施工方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种多分支井钻完井管柱及施工方法。

背景技术

多分支井是指在一个主井眼中钻出多个进入油气藏的分支井眼，主井眼可以是直井、定向井或是水平井，分支井眼可以是定向井或水平井。多分支井技术对于油藏开发而言，有助于制定合理的开发方案，以较低的成本有效开发多目的层的油藏，同时，各分支井眼享有共同的井口及上部井段，可以大大降低钻井成本、减少土地占用并有利于环境保护，是油田开发实现少井高产的有效措施技术。

多分支井主要有两种：一种是以分支井为完井目的的新钻井，另一种是从现有老井筒中侧钻多分支井，目前约大多数分支井主要采用老井侧钻方式形成分支井眼，该工艺一般有三种方法实现侧钻，一种方法是段铣一段套管打水泥塞，然后在段铣段定向造斜钻进形成分支井眼；一种方法是在套管内下入导斜器，利用铣锥磨铣套管开窗，之后造斜钻进形成分支井眼；另一种方法是下入专用导斜开孔器，利用小型钻头在套管壁上冲孔或钻孔形成孔眼，之后下入带有水力喷射钻头的柔性软管，利用高压水射流冲蚀地层，引导软管向前延伸形成分支井眼。以上分支井技术特别适用于老油田挖潜剩余油或完善注采井网，但是在新钻的裸眼井无法实施。

在裸眼井中侧钻分支井眼一般采用悬空侧钻法和打水泥塞侧钻法，悬空侧钻法对老井眼井斜要求高(45°以下井斜侧钻难度大)，且井壁易失稳；打水泥塞侧钻法需要在裸眼打80～100m长的水泥塞，占用原井眼长度大，水泥浆污染地层，并且水泥塞候凝时间长，增加钻井周期和成本。

申请号CN96195731.X的中国专利公布了一种钻井及完成多分支井的装置及方法，主要涉及一种通过分离的套管进行钻井及完成多分支井的装置和方法，其基本原理是在同一个大尺寸的表层套管或技术套管底部直接钻出两个小井眼，后期完井时下入类似“裤叉”状的井眼回接密封装置，将两个小井眼的完井套管合并回接至上层套管中，形成一个井口；或者直接将两个小井眼的完井套管均回接至井口，形成两个井口分别开采。但该技术存在以下问题：①受表层套管或技术套管尺寸的限制，最多在主井眼中能钻出2～3个小井眼；②该技术完井装置复杂，技术难度高，后期投产或作业措施也较为复杂；③该技术长期被国外公司垄断，施工成本高，不适合在国内油田开发中推广应用。

申请号2005101079384的中国专利公布了一种新型的多分支井钻完井方法，该专利技术和《石油勘探与开发》第36卷第6期发表的技术论文“基于膨胀管定位系统的多分支井钻完井技术”为同一种技术，其工艺原理是：先打主井眼，之后在主井眼中下套管固井，下入膨胀管定位装置和导斜器，在套管中开窗侧钻分支井眼，在分支井眼中下套管固井，之后下入套铣工具将主井眼内的固井丢手工具、尾管重叠段及导斜器套铣回收，将膨胀管定位装置留在主井眼内，依此原理可以侧钻多个分支井眼。该技术存在以下问题：①需要在主井眼中下套管固井，一方面增加套管成本和水泥成本，增加钻井周期，一方面注水泥固井污染油气藏，影响储层渗透率，不利于后期投产，另一方面如果是疏松砂岩油藏采用套管固井完井，后期投产需要射孔进行管内防砂，增加作业成本和作业周期；②该技术工艺复杂，侧钻分支井眼前要进行膨胀管定位作业，再下入导斜器，分支井眼完井后还需要下入套铣钻具回收导斜器，施工工序多，钻完井周期长。

申请号2018108174419的中国专利公布了一种多分支井裸眼完井方法，其技术原理与上述专利技术类似，与之不同的是主井眼实施三开裸眼完井，每个分支井眼实施二开裸眼完井，每完成一个分支井眼都要下入可钻桥塞实施暂堵，打完所有分支井眼后钻除各个可钻桥塞。该技术实施裸眼完井可以避免水泥浆对油气藏的污染，但仍具有以下问题：主井眼及每个分支井眼增加一个开次的钻井工序，大幅增加了钻井成本，延长了钻井周期；下可钻桥塞封堵和钻除桥塞的工序复杂，同样也延长了钻井周期；各个井眼采用裸眼完井只能适用于不出砂的油藏类型，对于出砂油藏无法实施防砂措施，并且井眼易坍塌。

申请号为2014101750077的中国专利公布了同步多分支径向水平井完井方法及工具，其基本原理为：完井时使用预留孔眼套管进行固井，预留的孔眼由内滑套关闭，在径向钻孔前下入工具依次打开全部预留孔眼，之后下入高压软管夹持器加持的多股高压软管，分别对准预留孔眼，由高压软管前端的水力喷嘴利用高压水射流喷射出多个分支井眼。申请号为2018104056894的中国专利公布一种喷射自进式多分支小井眼完井工具及操作方法和申请号为2019108565826的中国专利公布了多分支水力喷射径向钻井管柱及钻井方法均采用软管配合水力喷头通过水射流形成分支井眼，与申请号为2014101750077的专利原理相似，该类技术存在以下问题：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。

申请号为2019105335273的中国专利公开一种涡轮钻进式多分支小井眼完井工具及操作方法，虽然采用涡轮带动挠性轴和钻头旋转破岩钻进的方式，但同样存在井眼直径较小、孔道不规则、前进轨迹不可控、不能测量井眼轨迹、缺少适用的完井技术、井眼易坍塌闭合等问题。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明提供一种多分支井钻完井管柱及施工方法，在新钻井眼中以低成本的钻井方式钻出多个分支井眼，并配套完井工艺，扩大分支井技术的应用领域，达到少井高产的开发效果。

一种分支井眼完井管柱，包括自下而上依次设置的引鞋、筛管、密封总成、锚定总成和导向总成；

所述密封总成包括通过螺纹依次连接的第一接箍、中心管、阀头和密封管，所述第一接箍用于连接锚定总成，所述密封总成通过第二接箍与筛管连接；所述密封管内设有可溶性密封结构；所述中心管外套设有可形变的胶筒密封结构；

所述锚定总成包括依次连接的下接头、支撑管和导斜体，所述下接头与第一接箍密封连接，所述导斜体的下部连接有可外展撑开锚定的锚爪，所述支撑管外设有液缸套，所述液缸套与支撑管间布置作用于锚爪的活塞，且支撑管的管壁上布置有传压孔；

所述导向总成包括插装在导斜体内并与所述支撑管连通的倒扣杆，倒扣杆的上部螺纹连接有上接头。

本发明中，分支井眼完井管柱(自下而上)：引鞋+筛管+密封总成+锚定总成+导向总成+送入钻具。末支分支井眼完井管柱(自下而上)：引鞋+筛管+盲板+密封总成+注水泥总成+套管(至井口)。

本发明中，筛管可以是一根或多根，根据防砂需要，优选的，所述筛管为打孔筛管、割缝筛管或复合精密滤砂管；所述密封总成为一组或串联的多组；所述可形变的胶筒密封结构为扩张式胶筒密封结构、压缩式胶筒密封结构或遇油/遇水膨胀胶筒密封结构。在另一优选的实施方案中，筛管与密封总成之间也可以加套管一根或多根。

可溶性密封结构在投产时利用地层流体溶解掉形成油气生产通道。优选的，所述可溶性密封结构包括布置在密封管内的球座，并与密封管通过剪钉固定；所述球座内具有一锥形密封面，与球配合形成密封。在另一实施方式中，也可以采用其他结构的密封封堵机构。

优选的，所述胶筒密封结构包括套设在中心管上的内胶筒，内胶筒外表面均匀排列的支撑片，和套装在支撑片外的外胶筒。本申请中优选的支撑片为不锈钢片，或可采用其他材质的。

所述内胶筒的上端与中心管外的调节环和硫化头硫化并形成密封，内胶筒的下端与阀头和硫化头硫化形成密封；所述支撑片的上下两端分别固定在与调节环和阀头螺纹连接的端环上；所述外胶筒的上下两端也分别与调节环和阀头螺纹连接的端环以及压环硫化密封。

优选的，所述调节环、内胶筒的内表面、阀头和中心管的外表面之间形成密封空间，通过液压向外膨胀胶筒总成，该密封空间通过阀头内部的进液通道与管柱内部空间连通；所述进液通道由阀头上的进液阀、止回阀和关闭阀控制进液动作。

优选的，所述调节环的上部通过螺纹连接有锁环压帽，调节环上部的内螺纹下方有内圆台阶，台阶内安装有锁环，所述锁环与中心管上的止退螺纹配合，锁环压帽的下端面将锁环限位在调节环的内圆台阶内。

优选的，设置与所述活塞下部相抵的锁块和释放套，释放套覆盖在锁块外并通过剪钉与锁块固定；液缸套位于所述活塞的释放套外，所述活塞、释放套与支撑管和液缸套的接触面均保持密封，且活塞与释放套间的支撑管上设有传压孔，活塞和释放套之间的密封空间通过传压孔与管柱内部空间连通，通过传压孔的液压推动活塞上行，使锚爪外展撑开锚定。

为取得更好的锚定效果，优选的，所述锚爪为周向均匀布置的多个，一般至少为三个，每个锚爪的上端与导斜体通过销轴连接，锚爪的下端为楔形尖角；所述活塞上活动连接有与锚爪对应的扶正臂，扶正臂的上端通过销轴连接在锚爪中部位置。

优选的，所述导斜体为中空结构，下部通过螺纹与支撑管连接；导斜体的上部为引导钻头朝向的导斜面。导斜面可以在裸眼中向钻头施加侧向反作用力，该侧向反作用力与分支井眼轨道设计方位相同，迫使钻头朝向分支井眼轨道的设计方位钻进并完成分支井眼。

本发明还提供了一种分支井眼完井管柱的施工方法，包括：一开或二开钻进完成，下入表层套管或技术套管固井，固井完成后下入下一开次钻井管柱，二开或三开主井眼完成后，起出钻井管柱，下入锚定总成和导向总成，丢手脱离，起出送入管柱，再次下入钻井管柱沿导向总成钻第一分支井眼，完钻后起出钻井管柱，下入分支井眼完井管柱，分支井眼完井管柱通过锚定总成悬挂于裸眼井壁上，锚定总成上部为导向总成，再次下入钻井管柱，沿第一分支井眼完井管柱顶部的导向总成钻第二分支井眼，完钻后起出钻具，再次下入分支井眼完井管柱，依此类推，分别向上递增钻进形成多个分支井眼并实施完井，最后一个末支分支井眼完成后下入末支分支井眼完井管柱。实施筛管顶部注水泥完井工艺，根据TAML多分支井分级体系标准，本发明技术可实现三级完井。

本发明的有益效果是：

(1)可以在新钻裸眼井中实施多分支钻井，不需要下套管固井支撑导斜器，一方面可以避免水泥浆污染油气藏，一方面可以节省套管、水泥等材料成本，也可以节约水泥候凝等钻井周期，另一方面钻分支井眼时不需要在套管实施开窗工艺，节省钻井周期；

(2)主井眼和分支井眼都可下入筛管完井，并且分支井眼完井管柱都可回接到主井眼，实现三级完井，该完井工艺相比套管固井完井工艺，一方面可以避免固井水泥浆污染油气藏，有利于提高产能，一方面可以支撑分支井眼，防止井壁坍塌，并且针对出砂油藏可以有效防砂，完井后内通径大，方便后期作业工具下入，而分支井眼用套管固井完井后需要实施射孔作业，之后再下入小尺寸防砂筛管实施管内防砂工艺，完井内通径小，因此本发明技术相比套管固井完井还可以节约射孔、管内防砂等后期作业成本和作业周期；

(3)可以实现钻井、完井一体化施工工艺：第一分支井眼完井后，依靠完井管柱顶部的导向总成实施定向侧钻，不需要单独再下入和回收导斜器，简化施工工序，节约钻井周期；

(4)水力喷射径向多分支钻井需要地面配套连续油管、高压泵组等特殊装备，与之相比，本发明技术配套常规钻井设备或大修设备即能施工，工艺简单，利于技术推广；

(5)多分支固井完井工艺在每个分支井眼固井过程中都需要地面配套固井车组，且钻其他分支井眼时固井车组需在井场等待，或者每完成一个分支井眼调度一次固井车组，工序衔接不紧密，费工费时，与之相比，本发明技术仅在末支分支井眼实施筛管顶部注水泥工艺，需要配套一次固井车组，其余分支井眼利用常规钻井设备就能完成，降本增效效果显著。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是本发明钻完井一体化管柱的结构示意图；

图3为图2中密封总成的上部结构示意图；

图4为图2中密封总成的中部结构示意图；

图5为图2中密封总成的下部结构示意图；

图6是本发明钻完井一体化管柱中锚定总成撑开状态的三维结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。本文中所涉及的方位词“上”、“下”、“左”和“右”，是以对应附图为基准而设定的，可以理解，上述方位词的出现并不限定本发明的保护范围。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以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：以二开多分支井为例，在一开表层套管6中下入钻井管柱，钻出二开主井眼10，在主井眼10底部下入锚定总成2和导向总成1，下入陀螺仪确定导向总成1的导斜面法向方位，使之与下一分支井眼设计方位角相同，坐封锚定总成2，使之锚定在主井眼10的裸眼井壁上，起出送入钻具后下入钻井管柱，在导向总成1的约束下钻出第一分支井眼11，起出钻具，下入分支井眼完井管柱。

一种分支井眼完井管柱，自下而上包括引鞋5、筛管4、密封总成3、锚定总成2、导向总成1和送入钻具，筛管4可以是一根或多根，根据防砂需要，筛管4可以是打孔筛管，也可以是割缝筛管，还可以是复合精密滤砂管，筛管4与密封总成3之间也可以加套管9一根或多根，密封总成3可以是一组或多组。

如图2-5所示：密封总成3由接箍(第一接箍)2.16、中心管3.1、阀头3.9和密封管3.15通过密封管螺纹顺次连接，密封管3.15上部设置有内圆台阶，内圆台阶中安装有球座3.16，与密封管3.15通过剪钉2.9固定，球座3.16上部外圆设置有密封圈，与密封管3.15形成密封，球座3.16顶部内圆设计锥形密封面，与球3.14配合形成密封，球座3.16以上的管柱内部形成密闭空间，球3.14和球座3.16也可以设计为可溶材料制作的其他密封封堵机构，实现其密封功能后可以保留，后期投产时利用地层流体溶解掉形成油气生产通道；中心管3.1上套装有硫化头3.3和内胶筒3.5，硫化头3.3下部外圆通过螺纹与阀头3.9上部的内圆螺纹连接，阀头3.9的上部内圆螺纹上方的内圆柱面上设置有锯齿形结构或矩形齿结构，硫化头3.3的上部外圆为“楔形”结构，外圆表面也设置有锯齿形结构，内胶筒3.5的下端与阀头3.9的锯齿形结构和硫化头3.3的锯齿形结构硫化在一起，并形成密封；中心管3.1上部对称地套装有硫化头3.3和调节环3.2，硫化头3.3通过螺纹与调节环3.2下部的内圆螺纹连接，调节环3.2的下部内圆螺纹下方的内圆柱面上设置有锯齿形结构或矩形齿结构，内胶筒3.5的上端以同样的方式与调节环3.2和硫化头3.3硫化在一起，并形成密封；内胶筒3.5外表面均匀排列有不锈钢片3.6，不锈钢片3.6上、下两端分别焊接在两个端环3.4的内圆上，下部的端环3.4通过内圆螺纹与阀头3.9上部的外圆螺纹连接，上部的端环3.4通过内圆螺纹与调节环3.2下部的外圆螺纹连接，在两个端环3.4的顶部内圆台阶与不锈钢片3.6之间塞有“楔形”的压环3.7，压环3.7的锥形外圆表面具有锯齿形结构，端环3.4的顶部外圆表面具有锯齿形结构或矩形齿结构，外胶筒3.8套装在不锈钢片3.6外面，并且分别与上、下两端的端环3.4和压环3.7的齿形结构硫化在一起，并形成密封；内胶筒3.5、不锈钢片3.6和外胶筒3.8通过硫化构成胶筒总成；调节环3.2上部内圆设置有密封槽安放密封圈，与中心管3.1形成密封，这样调节环3.2、内胶筒3.5的内表面、阀头3.9和中心管3.1的外表面之间形成密封空间，可以通过液压向外膨胀胶筒总成，该密封空间通过阀头3.9内部的进液通道3.10与管柱内部空间连通，进液通道3.10通过进液阀3.13、止回阀3.12和关闭阀3.11控制进液动作；调节环3.2上部内圆通过螺纹连接锁环压帽2.14，调节环3.2上部的内螺纹下方有内圆台阶，台阶内安装有锁环2.13，与中心管3.1上的止退螺纹2.12配合，锁环压帽2.14的下端面将锁环2.13限位在调节环3.2的内圆台阶内，使其只能下行，不能向上退回，确保胶筒总成坐封的可靠性。根据附图2所述的密封总成3为一种扩张式胶筒密封结构，本发明的技术方案不局限于一种密封结构，密封总成3还可以采用压缩式胶筒密封结构，也可以采用遇油/遇水膨胀胶筒密封结构。密封总成3中的中心管3.1通过密封管螺纹与接箍(第一接箍)2.16连接，接箍2.16通过密封管螺纹与锚定总成2中的下接头2.15连接，根据密封需要，可以设计多组密封总成3通过接箍2.16串联使用，只保留最底部的球座3.16和球3.14形成密闭打压空间。密封总成3中的调节环3.2的底部外圆设计有向外凸起的扶正块，阀头3.9的中部外圆也设计有向外凸起的扶正块，使管柱扶正居中，确保胶筒总成坐封后的密封效果。

锚定总成2由下接头2.15、支撑管2.3和导斜体1.3通过螺纹顺次连接，各螺纹连接处设计有密封圈2.7，支撑管2.3的中部套装有活塞2.5，活塞2.5与支撑管2.3通过锁块2.8固定，在活塞2.5的下部周向上设置方孔安装锁块2.8，锁块2.8向内伸入与支撑管2.3中部外圆中的凹槽配合，将支撑管2.3和活塞2.5固定，锁块2.8向内伸入后其外侧表面与活塞2.5下部的外圆台阶面齐平，释放套2.10的上部内圆台阶套装在活塞2.5下部的外圆台阶上，并且盖过锁块2.8的外侧表面，直至其上端面顶在活塞2.5的外圆台阶上端面上；释放套2.10的上部外圆设计有剪钉孔，和锁块2.8通过剪钉2.9固定。活塞2.5和释放套2.10外面套装有液缸套2.11，液缸套2.11上部通过内圆螺纹与活塞2.5中部的外圆螺纹连接，活塞2.5的下部内圆和外圆各设置有密封圈2.7，分别与支撑管2.3和液缸套2.11形成密封；释放套2.10的下部内圆和外圆各设置有密封圈2.7，分别与支撑管2.3和液缸套2.11形成密封，活塞2.5和释放套2.10之间形成密封空间，支撑管2.3在活塞2.5的内圆密封圈和释放套2.10的内圆密封圈之间设计有传压孔2.6，活塞2.5和释放套2.10之间的密封空间通过传压孔2.6与管柱内部空间连通，管柱内部空间打液压时通过传压孔2.6作用在释放套2.10内、外密封圈2.7形成的压差作用面上，推动释放套2.10剪断剪钉2.9下行，同时液压作用于活塞2.5内、外密封圈2.7形成的压差作用面上，推动活塞2.5上行；液缸套2.11的下部内圆通过螺纹连接有锁环压帽2.14，并共同套装在下接头2.15上部的外圆台阶上，液缸套2.11下部的内圆螺纹上方有内圆台阶，台阶内安装有锁环2.13，与下接头2.15的止退螺纹2.12配合，锁环压帽2.14的上端面将锁环2.13限位在液缸套2.11的内圆台阶内，使其只能上行，不能向下退回，确保锚定总成2坐封的可靠性。参阅附图6：活塞2.5和导斜体1.3之间设有限位套2.17，活塞2.5的上端和导斜体1.3的下端面均设有凸出的插接座；锚爪2.2上端设有连接耳、下端为带有锯齿的楔形尖角、中部设有销轴孔；扶正臂2.4下端设有连接耳、上端为叉形座并分别设有重合的销轴孔；锚爪2.2上端的连接耳与导斜体1.3的插接座插接并通过销轴2.1连接，扶正臂2.4下端的连接耳与活塞2.5的插接座插接并通过销轴2.1连接，锚爪2.2下端的楔形尖角插入扶正臂2.4的叉形座内并通过销轴2.1连接，构成“雨伞骨架结构”，锚爪2.2与扶正臂2.4成对使用且至少设有三对，附图5中所示状态为活塞2.5上行至上死点时锚爪2.2的撑开状态，初始安装时，限位套2.17套装在支撑管2.3上，其上端面顶在导斜体1.3的下端面上，可以不固定，也可以通过螺钉固定在支撑管2.3上，限位套2.17上开有竖槽，用来安放锚爪2.2和扶正臂2.4，锚爪2.2和扶正臂2.4可以紧贴于支撑管2.3的外圆上，其外径与导斜体1.3的本体最大外径一致，有利于管柱顺利下入井眼中。

导向总成1由导斜体1.3、倒扣杆1.2和上接头1.1通过螺纹顺次连接而成，其中，导斜体1.3为中空结构，内圆下部通过螺纹与支撑管2.3连接，倒扣杆1.2下部外圆设有倒扣螺纹，插装在导斜体1.3的内圆台阶中并通过倒扣螺纹连接在一起，可以通过正转倒扣杆1.2倒扣脱开，倒扣杆1.2的下部外圆台阶伸入支撑管2.3的通孔内部并通过密封圈2.7密封；倒扣杆1.2上部外圆通过螺纹和上接头1.1连接固定，螺纹连接处有密封圈2.7密封，上接头1.1上部设计有密封管螺纹，可以与送入钻具连接；导斜体1.3的上部为导斜面，可以在裸眼中向钻头施加侧向反作用力，该侧向反作用力与分支井眼轨道设计方位相同，迫使钻头朝向分支井眼轨道的设计方位钻进并完成分支井眼。导斜体1.3的底部外圆设计有向外凸起的扶正块，下接头2.15的外圆也设计有向外凸起的扶正块，使管柱扶正居中。

施工工艺：以二开多分支井为例，在一开表层套管6中下入钻井管柱，钻出二开主井眼10，用送入钻具在主井眼10底部下入锚定总成2+导向总成1，再下入陀螺仪确定导向总成1的导斜面法向方位，使之与下一分支井眼设计方位角相同，之后坐封锚定总成2，该处的锚定总成2位于主井眼10的最底部，其中的下接头2.15直接与引鞋5通过密封管螺纹连接，坐封时管柱内打液压10MPa，液压通过传压孔2.6作用于释放套2.10的内、外密封圈2.7形成的压差作用面上，推动释放套2.10剪断剪钉2.9下行，直至顶在下接头2.15的上端面，与此同时，锁块2.8失去释放套2.10的支撑，不再起固定作用，活塞2.5与支撑管2.3可以相对运动，液压作用于活塞2.5的内、外密封圈2.7形成的压差作用面上，推动活塞2.5上行，活塞2.5通过销轴2.1推动扶正臂2.4作外展运动，扶正臂2.4通过销轴2.1带动锚爪2.2外展撑开并插入地层支撑锚定，锚爪2.2的楔形尖角带有锯齿结构，有利于更牢固地锚定在地层中，锚定过程中，活塞2.5带动液缸套2.11上行，锚定总成2坐封到位后，液缸套2.11下部内圆台阶中的锁环2.13锁紧在下接头2.15的止退螺纹2.12上，确保其坐封可靠性；继续打压至15MPa并稳压5min，增加活塞2.5的向上推力，从而增加锚爪2.2的锚定力，充分锚定后，管柱泄压，正转送入钻具30～50圈，使导向总成1中的倒扣杆1.2和导斜体1.3倒扣脱开，起出送入钻具，把上接头1.1和倒扣杆1.2带出主井眼10，导斜体1.3及以下组件留于主井眼10的底部。

下入钻井管柱，在井底留置的导向总成1上部的导斜面支撑约束下，向分支井眼的设计方位即导斜面的法向方位侧钻出第一分支井眼11，钻井管柱如果为常规钻具结构，可以钻出常规曲率半径的分支井眼，钻井管柱如果为柔性钻具结构，也可以钻出短曲率半径的分支井眼。第一分支井眼11完钻后起出钻井管柱，下入分支井眼完井管柱，自下而上包括引鞋5+筛管4+密封总成3+锚定总成2+导向总成1+送入钻具。筛管4可以是一根或多根，筛管4与密封总成3之间也可以加套管9一根或多根，密封总成3可以是一组或多组，底部的引鞋5起引导作用，方便管柱顺利下入，当引鞋5接触井底留置的导向总成1上部的导斜面后，在其引导下进入第一分支井眼11，密封总成3及以上部分留在主井眼10中并且位于井底留置的导向总成1之上。

分支井眼完井管柱到位后，下入陀螺仪确定导向总成1的导斜面法向方位，使之与第二分支井眼12的设计方位角相同，投球3.14，球3.14落入球座3.16上部的锥形密封面上形成密封，球3.14以上为密闭空间，管柱打液压5MPa，阀头3.9的进液阀3.13开启，钻井流体通过进液通道3.10进入内胶筒3.5和中心管3.1形成的密封空间，开始向外膨胀胶筒总成，密封完井管柱和主井眼10之间的环形空间，胶筒总成由内胶筒3.5、不锈钢片3.6和外胶筒3.8复合而成，不锈钢片3.6和外胶筒3.8主要起保护内胶筒3.5的作用；胶筒总成向外膨胀时在轴向上长度缩短，此时上部的端环3.4通过螺纹带动调节环3.2下行来调节胶筒总成的轴向长度，同时，调节环3.2上部内圆台阶中的锁环2.13锁紧在中心管3.1的止退螺纹2.12上，确保胶筒总成坐封的可靠性；继续打压7MPa，稳压5min，充分膨胀坐封胶筒总成，止回阀3.12为单向阀，防止进入胶筒总成的钻井流体倒流，继续打压9MPa，关闭阀3.11关闭并永久锁死进液通道3.10，确保胶筒总成膨胀坐封可靠。以上所述密封完井管柱和井眼之间的环空采用扩张式密封结构，该密封方式还可采用压缩式胶筒结构，通过打液压，活塞挤压胶筒变形来密封完井管柱和井眼之间的环空，也可以采用遇油/遇水膨胀胶筒密封结构，通过地层流体浸泡遇油/遇水膨胀胶筒，胶筒吸液膨胀变形密封完井管柱和井眼之间的环空。

继续打液压10MPa，液压通过传压孔2.6作用于释放套2.10的内、外密封圈2.7形成的压差作用面上，推动释放套2.10剪断剪钉2.9下行，释放锁块2.8，与此同时，液压作用于活塞2.5的内、外密封圈2.7形成的压差作用面上，推动活塞2.5上行，活塞2.5推动扶正臂2.4外展并带动锚爪2.2插入地层支撑锚定，同时活塞2.5带动液缸套2.11上行，锚定总成2坐封到位后，液缸套2.11下部内圆台阶中的锁环2.13锁紧在下接头2.15的止退螺纹2.12上，确保其坐封可靠性；继续打压至15MPa并稳压5min，增加锚爪2.2的锚定力；继续打压至18MPa，液压作用于球3.14和球座3.16外圆密封圈2.7形成的压差作用面上，推动球座3.16剪断剪钉2.9下行并落于管柱底部，形成油气生产通道；球3.14和球座3.16也可以设计为可溶材料制作的其他密封封堵机构，后期投产时利用地层流体溶解掉形成油气生产通道。管柱泄压后，正转送入钻具30～50圈，使导向总成1中的倒扣杆1.2和导斜体1.3倒扣脱开，起出送入钻具，导斜体1.3及以下组件留于主井眼10，目的油气层如果不出砂，进入分支井眼的筛管4可以设计为打孔筛管，主要支撑井壁，防止井眼坍塌，目的油气层如果出砂，筛管4可以设计为割缝筛管或是复合精密滤砂管，支撑井壁并阻挡地层砂进入油气生产通道。

再次下入钻井管柱，在第一分支井眼完井管柱顶部的导向总成1支撑约束下，向第二分支井眼12的设计方位即导向总成1的导斜面法向方位侧钻出分支井眼，下入分支井眼完井管柱完井。

以此类推，完成其他若干分支井眼的钻井、完井施工，直至钻出末支分支井眼13完钻，起出钻井管柱，下入末支分支井眼完井管柱，自下而上为：引鞋5+筛管4+盲板14+密封总成3+注水泥总成8+套管9(至井口)，完井管柱下至设计位置时，使密封总成3位于上一分支井眼完井管柱的导向总成1的上部，确保密封总成3在主井眼10中坐封，该密封总成3采用扩张式密封结构。管柱到位后实施筛管顶部注水泥作业：盲板以上的管柱为密闭空间，首先管柱打液压膨胀坐封密封总成3，密封完井管柱与主井眼10之间的环空，继续升高压力，打开注水泥总成8中的循环孔，在密封总成3以上建立完井管柱和环空的液流循环通道，充分循环洗井后实施注水泥作业，水泥浆充填在密封总成3以上的套管9和主井眼10之间的环空以及套管9和表层套管6之间的环空，候凝后形成水泥石7，实现对地层的永久封隔，最后钻穿盲板14，建立油气生产通道。

后期投产时，在套管9中下入举升设备生产，或利用地层能量自喷生产。如果是出砂油气藏投产，第一分支井眼11中的油气流向主井眼10时地层砂被筛管4过滤，油气在主井眼10继续上行时，再次被第二分支井眼12中的筛管4过滤，以此类推，含砂油气流经过不同的筛管4的多重过滤才进入末支分支井眼13中的完井管柱中，防砂效果能显著提高。

该多分支井钻完井管柱及施工方法具有显著的应用效果，主要体现在三方面：①能够在裸眼井中实施多分支井钻井，不需全井下套管固井，不需在套管中开窗侧钻，节约材料、费用和施工周期；②所有分支井眼均采用裸眼防砂完井，避免水泥浆固井污染油气藏；③各分支井眼的完井作业和下一分支井眼的钻井作业衔接紧密，不需进行反复的导斜器坐封、打捞回收作业，能大幅提高钻完井施工效率，节约施工周期和成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，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。

Claims (10)

1.一种分支井眼完井管柱，其特征在于，包括自下而上依次设置的引鞋、筛管、密封总成、锚定总成和导向总成；

所述密封总成包括通过螺纹依次连接的第一接箍、中心管、阀头和密封管，所述第一接箍用于连接锚定总成，所述密封总成通过第二接箍与筛管连接；所述密封管内设有可溶性密封结构；所述中心管外套设有可形变的胶筒密封结构；

所述锚定总成包括依次连接的下接头、支撑管和导斜体，所述下接头与第一接箍密封连接，所述导斜体的下部连接有可外展撑开锚定的锚爪，所述支撑管外设有液缸套，所述液缸套与支撑管间布置作用于锚爪的活塞，且支撑管的管壁上布置有传压孔；

所述导向总成包括插装在导斜体内并与所述支撑管连通的倒扣杆，倒扣杆的上部螺纹连接有上接头。

2.根据权利要求1所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，所述筛管为打孔筛管、割缝筛管或复合精密滤砂管；

所述密封总成为一组或串联的多组；

所述可形变的胶筒密封结构为扩张式胶筒密封结构、压缩式胶筒密封结构或遇油/遇水膨胀胶筒密封结构。

3.根据权利要求1所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，所述可溶性密封结构包括布置在密封管内的球座，并与密封管通过剪钉固定；所述球座内具有一锥形密封面，与球配合形成密封。

4.根据权利要求2所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，所述胶筒密封结构包括套设在中心管上的内胶筒，内胶筒外表面均匀排列的支撑片，和套装在支撑片外的外胶筒；

所述内胶筒的上端与中心管外的调节环和硫化头硫化并形成密封，内胶筒的下端与阀头和硫化头硫化形成密封；所述支撑片的上下两端分别固定在与调节环和阀头螺纹连接的端环上；所述外胶筒的上下两端也分别与调节环和阀头螺纹连接的端环硫化密封。

5.根据权利要求4所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，所述调节环、内胶筒的内表面、阀头和中心管的外表面之间形成密封空间，通过液压向外膨胀胶筒总成，该密封空间通过阀头内部的进液通道与管柱内部空间连通；所述进液通道由阀头上的进液阀、止回阀和关闭阀控制进液动作。

6.根据权利要求5所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，所述调节环的上部通过螺纹连接有锁环压帽，调节环上部的内螺纹下方有内圆台阶，台阶内安装有锁环，所述锁环与中心管上的止退螺纹配合，锁环压帽的下端面将锁环限位在调节环的内圆台阶内。

7.根据权利要求1所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，设置与所述活塞下部相抵的锁块和释放套，释放套覆盖在锁块外并通过剪钉与锁块固定；液缸套位于所述活塞的释放套外，所述活塞、释放套与支撑管和液缸套的接触面均保持密封，且活塞与释放套间的支撑管上设有传压孔，活塞和释放套之间的密封空间通过传压孔与管柱内部空间连通，通过传压孔的液压推动活塞上行，使锚爪外展撑开锚定。

8.根据权利要求7所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，所述锚爪为周向均匀布置的多个，每个锚爪的上端与导斜体通过销轴连接，锚爪的下端为楔形尖角；所述活塞上活动连接有与锚爪对应的扶正臂，扶正臂的上端通过销轴连接在锚爪中部位置。

9.根据权利要求1所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，所述导斜体为中空结构，下部通过螺纹与支撑管连接；导斜体的上部为引导钻头朝向的导斜面。

10.一种分支井眼完井管柱的施工方法，采用权利要求1-9任一项所述的分支井眼完井管柱，其特征在于，包括：一开或二开钻进完成，下入表层套管或技术套管固井，固井完成后下入下一开次钻井管柱，二开或三开主井眼完成后，起出钻井管柱，下入锚定总成和导向总成，丢手脱离，起出送入管柱，再次下入钻井管柱沿导向总成钻第一分支井眼，完钻后起出钻井管柱，下入分支井眼完井管柱，分支井眼完井管柱通过锚定总成悬挂于裸眼井壁上，锚定总成上部为导向总成，再次下入钻井管柱，沿第一分支井眼完井管柱顶部的导向总成钻第二分支井眼，完钻后起出钻具，再次下入分支井眼完井管柱，依此类推，分别向上递增钻进形成多个分支井眼并实施完井，最后一个末支分支井眼完成后下入末支分支井眼完井管柱。

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