CN116065948A - 一种用于超深井的电动钻进装置、钻进系统和钻进方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动钻进装置、钻进系统和钻进方法，电动钻进装置包括：外壳，设置有预留通道；固定件，设置在外壳上；内芯，可转动地设置在外壳内，内芯设置有转向通道；行走钻机，能够在预留通道和转向通道内滑动；其中，电动钻进装置下放至预设井深时，固定件动作以将外壳固定在井壁上，通过转动内芯调节转向通道的转向位置，以确保行走钻机在预留通道的出口位置时能够对准钻进的目标靶点。基于本发明的技术方案，通过旋转内芯的方式调节转向通道的转向位置，以选择同一预设井深的不同圆周方向作为侧钻点，从而确保电动钻进装置的侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小。这样后续只需微调对行走钻机节约了时间和成本。

Description

一种用于超深井的电动钻进装置、钻进系统和钻进方法

技术领域

本发明涉及油气井钻井技术领域，特别地涉及一种用于超深井的电动钻进装置、钻进系统和钻进方法。

背景技术

近年我国陆上重大的油气勘探新发现多位于西北地区7000m以深的裂缝型和缝洞型碳酸盐岩储层。鉴于现有的生产开发技术，目前7000m以深的超深油气井大部分为单井眼，主要采用裸眼完井方式。

由于目前物探相关技术的限制，对于缝洞型碳酸盐岩储层，现阶段的缝洞识别技术可以做到对超深储层大缝洞的识别，但是无法判断储层内缝洞体是否为原油或者纯水，最终需要通过钻井的方式沟通缝洞体或者压裂来沟通缝洞体识别，从而获得油气产量，伴随的一个主要问题是，生产一定时间后，其沟通的主要缝洞体内油气资源开采至不可采出时，单井产量枯竭，因为超深油气井建井费用高达1-2亿元人民币，如果单井生产3-5年就枯竭，在成本综合利用和效益最大化来说，则需要对老井眼进行侧钻以沟通新的储集空间获得后继的新油气产量，通常需要动用超深井钻机，无论是套管开窗侧钻还是裸眼井筒侧钻，难度较大，并且由于井深，起下钻时间长，钻井液易漏失，侧钻一个分支成本较大，并且还存在钻遇的缝洞为空缝洞、全水缝洞等不确定因素，综合成本高。

以上也就是说，相关技术中的钻进设备存在钻进时间长，成本较高的问题。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种用于超深井的电动钻进装置、钻进系统和钻进方法，解决了钻进设备存在钻进时间长，成本较高的问题。

本发明的用于超深井的电动钻进装置，包括：外壳，设置有预留通道；固定件，设置在外壳上；内芯，可转动地设置在外壳内，内芯设置有转向通道；行走钻机，能够在预留通道和转向通道内移动；其中，电动钻进装置下放至预设井深时，固定件动作以将外壳固定在井壁上，通过转动内芯调节转向通道的转向位置，以确保行走钻机移动至预留通道的出口位置时能够对准钻进的目标靶点。

在一个实施方式中，固定件包括多根固定杆，固定杆具有张开和缩回功能，固定杆张开时，其一端压紧在井壁上，固定杆缩回时，固定杆不与井壁接触。

在一个实施方式中，预留通道为沿外壳周向开设的开口槽。

在一个实施方式中，开口槽的长度为外壳的3/4圆周长度。

在一个实施方式中，转向通道包括：轴向通道；弯曲通道，其一端与轴向通道相连通，另一端能够与预留通道相连通；弯曲通道能够将行走钻机沿井身的轴向移动转向为径向移动。

在一个实施方式中，行走钻机包括钻进组件和与钻进组件连接的导向爬行组件。

在一个实施方式中，钻进组件包括：钻头；旋转驱动件，与钻头连接；钻压施加件，与钻头连接。

在一个实施方式中，钻压施加件包括：活塞外芯轴，与钻头连接；活塞内芯轴，与活塞外芯轴滑动连接；电控活塞，设置在活塞内芯轴的外周上；其中，电控活塞通电动作以推动活塞外芯轴轴向移动。

在一个实施方式中，导向爬行组件包括：活塞外筒，与活塞外芯轴滑动连接；定位调向结构，设置在活塞外筒的外周上；爬行结构，设置在活塞外筒的外周上，且与定位调向结构间隔设置。

在一个实施方式中，定位调向结构包括多根沿活塞外筒的周向间隔设置的伸缩调向杆。

在一个实施方式中，爬行结构包括多个沿活塞外筒的周向间隔设置的伸缩爬行齿。

在一个实施方式中，钻压施加件还包括：接触通电上接头，设置在活塞外筒上；接触通电下接头，设置在活塞外芯轴上；接触通电线，一端与接触通电上接头连接，另一端与接触通电下接头磁粘接。

本发明还提供了一种钻进系统，包括：地面控制装置；上述电动钻进装置；钢丝电缆光纤束，其一端与地面控制装置连接，另一端与电动钻进装置连接。

本发明还提供了一种钻进方法，钻进方法采用上述的电动钻进装置，包括以下步骤：

步骤S1，将电动钻进装置下放至预设井深；

步骤S2，利用固定件将外壳固定在井壁上；

步骤S3，转动内芯以调节转向通道的转向位置；

步骤S4，将行走钻机对准钻进的目标靶点

步骤S5，利用行走钻机钻井。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明提供的一种用于超深井的电动钻进装置、钻进系统和钻进方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

通过旋转内芯的方式调节转向通道的转向位置，以选择同一预设井深的不同圆周方向作为侧钻点，从而确保电动钻进装置的侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小。这样后续只需对行走钻机的钻头进行微调即可确保行钻头按照预设的井眼轨迹钻至目标靶点。从而降低了钻头的钻进方向的调整量，节约了钻进时间和成本，进而提高了电动钻进装置钻进效率。钻完一个侧钻小井眼后，可以通过上提或者下放电缆，带动电控钻进装置主体装置改变井深位置，实现不同层位不同井段新侧井眼的开钻，具备一个井筒钻多个侧钻井眼的功能，进一步节约了钻进时间和成本，提高了电动钻进装置钻进效率。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明实施例一中的用于超深井的电动钻进装置结构示意图；

图2显示了图1中的行走钻机的剖视图(示出了转向通道)；

图3显示了本发明实施例二中的电动钻进系统的结构示意图；

图4显示了本发明实施例三中的钻进方法的方法流程图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

10、外壳；11、预留通道；20、固定件；21、固定杆；30、内芯；31、转向通道；311、轴向通道；312、弯曲通道；40、行走钻机；41、钻进组件；411、钻头；412、旋转驱动件；413、钻压施加件；4131、活塞外芯轴；4132、活塞内芯轴；4133、电控活塞；4134、接触通电上接头；4135、接触通电下接头；4136、接触通电线；4137、滑动孔；414、旋转涡轮；42、导向爬行组件；421、活塞外筒；422、定位调向结构；4221、伸缩调向杆；423、爬行结构；4231、伸缩爬行齿；100、电动钻进装置；200、井壁；300、地面控制装置；400、钢丝电缆光纤束；401、输送电缆光纤束；402、可拉伸电缆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1和图2所示，本发明提供了一种用于超深井的电动钻进装置100，包括外壳10、固定件20、内芯30和行走钻机40。其中，外壳10设置有预留通道11；固定件20设置在外壳10上；内芯30可转动地设置在外壳10内，内芯30设置有转向通道31；行走钻机40能够在预留通道11和转向通道31内移动；电动钻进装置100下放至预设井深时，固定件20动作以将外壳10固定在井壁200上，通过转动内芯30调节转向通道31的转向位置，以确保行走钻机40移动至预留通道11的出口位置时能够对准钻进的目标靶点。

上述设置中，通过旋转内芯30的方式调节转向通道31的转向位置，以选择同一预设井深的不同圆周方向作为侧钻点，从而确保电动钻进装置100的侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小。这样后续只需对行走钻机40的钻头411进行微调即可确保行钻头411按照预设的井眼轨迹钻至目标靶点。从而降低了钻头411的钻进方向的调整量，节约了钻进时间和成本，进而提高了电动钻进装置100钻进效率。钻完一个侧钻小井眼后，可以通过上提或者下放电缆，带动电动钻进装置100主体装置改变井深位置，实现不同层位不同井段新侧井眼的开钻，具备一个井筒钻多个侧钻井眼的功能，进一步节约了钻进时间和成本，提高了电动钻进装置100钻进效率。

需要说明的是，预留通道11和转向通道31组成导向通道，能够将行走钻机40导向对准侧钻点。

需要说明的是，相关技术中的电动钻进装置100通过调整钻头411的钻进方向以确保钻头411按照预设的井眼轨迹方向钻进。而本申请则是通过旋转内芯30的方式调节转向通道31的转向位置以使转向通道31与侧钻点对准，这样行走钻机40移动至预留通道11的出口位置时其钻头411能够对准钻进的目标靶点，即电动钻进装置100的侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小，从而降低了钻头411的钻进方向的调整量，进而提高了电动钻进装置100钻进效率。

具体地，如图1所示，在一个实施例中，固定件20包括多根固定杆21，固定杆21具有张开和缩回功能，固定杆21张开时，其一端压紧在井壁200上，固定杆21缩回时，固定杆21不与井壁200接触。

上述设置中，固定杆21张开可将外壳10压紧在井壁200上，从而确保内芯30能够相对于外壳10顺畅地转动，进而确保能够顺利地调节转向通道31的转向位置，保证行走钻机40在预留通道11的出口位置时能够对准钻进的目标靶点。最终确保电动钻进装置100能够正常地工作。

具体地，如图1所示，在一个实施例中，固定件20包括两组固定杆21，每组固定杆21包括多根固定杆21，多根固定杆21沿外壳10的周向方向间隔设置。两组固定杆21沿外壳10的轴向方向间隔设置。

具体地，在一个实施例中，预留通道11为沿外壳10周向开设的开口槽。

上述设置中，开口槽具有导向功能，能够将行走钻机40的钻头411导向至侧钻点，从而确保电动钻进装置100的侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小。这样后续只需对行走钻机40的钻头411进行微调即可确保行钻头411按照预设的井眼轨迹钻至目标靶点。从而降低了钻头411的钻进方向的调整量，进而提高了电动钻进装置100钻进效率。

具体地，在一个实施例中，开口槽的长度为外壳10的3/4圆周长度。

当然在本申请中未显示出的替代实施例中，开口槽的长度可设置为外壳10的4/5等其他数值的圆周长度。

具体地，如图1所示，在一个实施例中，转向通道31包括轴向通道311和弯曲通道312。其中，弯曲通道312的一端与轴向通道311相连通，另一端能够与预留通道11相连通。弯曲通道312能够将行走钻机40沿井身的轴向移动转向为径向移动。

上述设置中，转向通道31具有转向功能，即能够为行走钻机40提供爬行通道，同时其具有导向功能，能够将行走钻机40的钻头411导向至侧钻点，从而确保电动钻进装置100的侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小。这样后续只需对行走钻机40的钻头411进行微调即可确保行钻头411按照预设的井眼轨迹钻至目标靶点。从而降低了钻头411的钻进方向的调整量，进而提高了电动钻进装置100钻进效率。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，行走钻机40包括钻进组件41和与钻进组件连接的导向爬行组件42。

上述设置中，钻进组件41用于对井壁200进行破岩钻井，导向爬行组件42能够确保钻进组件41能够准确地到达侧钻点。钻进组件41与导向爬行组件42相配合以实现电动钻进装置100的侧向钻进功能。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，钻进组件41包括钻头411、旋转驱动件412和钻压施加件413。其中，旋转驱动件412与钻头411连接，钻压施加件413与钻头411连接。

上述设置中，旋转驱动件412带动钻头411旋转，为其提供转矩。钻压施加件413为钻头411施工压力。旋转驱动件412与钻压施加件413配合使用以实现破岩钻进。从而确保电动钻进装置100能够正常地工作。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，钻进组件41还包括旋转涡轮414，旋转涡轮414套设在钻头411的传动轴上，且位于旋转驱动件412的底部。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，钻压施加件413包括活塞外芯轴4131、活塞内芯轴4132和电控活塞4133。其中，活塞外芯轴4131与钻头411连接，活塞内芯轴4132与活塞外芯轴4131滑动连接，电控活塞4133设置在活塞内芯轴4132的外周上。电控活塞4133通电动作以推动活塞外芯轴4131轴向移动。

上述设置中，活塞内芯轴4132具有导向功能，能够确保电控活塞4133通电后沿活塞内芯轴4132的轴向涨开以对活塞外芯轴4131施压，从而对钻头411施压，进而实现钻压施加件413的施压功能。

具体地，如图2所示，电控活塞4133为导电线圈，其套设在活塞外芯轴4131的外周上。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，导向爬行组件42包括活塞外筒421、定位调向结构422和爬行结构423。其中，活塞外筒421与活塞外芯轴4131滑动连接。定位调向结构422设置在活塞外筒421的外周上。爬行结构423设置在活塞外筒421的外周上，且与定位调向结构422间隔设置。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，定位调向结构422包括多根沿活塞外筒421的周向间隔设置的伸缩调向杆4221。

上述设置中，通过调节伸缩调向杆4221的伸缩长度，从而实现行走钻机40在侧钻井眼内的转向功能，即确保行走钻机40能够在侧钻井眼内移动。进而确保电动钻进装置100能够正常地工作。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，定位调向结构422包括上下两组伸缩调向杆4221。上下两组伸缩调向杆4221沿活塞外筒421的轴向方向间隔设置，每组伸缩调向杆4221包括多根沿活塞外筒421的外周方向间隔设置的伸缩调向杆4221。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，爬行结构423包括多个沿活塞外筒421的周向间隔设置的伸缩爬行齿4231。

上述设置中，通过调节伸缩爬行齿4231的伸缩配合钻压施加件413以实现行走钻机40在侧钻井眼内的爬行功能，进而确保电动钻进装置100能够正常地工作。

具体地，如图2所示，在一个实施例中，钻压施加件413还包括接触通电上接头4134、接触通电下接头4135和接触通电线4136。其中，接触通电上接头4134设置在活塞外筒421上。接触通电下接头4135设置在活塞外芯轴4131上。接触通电线4136的一端与接触通电上接头4134连接，其另一端与接触通电下接头4135磁粘接。

实施例二

如图3所示，本发明还提供了一种钻进系统，其包括地面控制装置300、上述的电动钻进装置100和钢丝电缆光纤束400。其中，钢丝电缆光纤束400的一端与地面控制装置300连接，另一端与电动钻进装置100连接。

具体地，如图3所示，在一个实施例中，地面控制装置300主要接收解析井下光电讯号，同时控制井下钻井装置的开停，控制修正井下钻进装置的钻进方向。电动钻进装置100主要用来实现井下侧钻。钢丝电缆光纤束400中的钢丝用来快速下入电动钻进装置100的主体装置，并通过上提下放改变电动钻进装置100的主体装置的位置，实现对不同储层成为的侧钻，电缆系统主要为井下电动钻进装置100提供动力，光纤系统主要用来辅助完成井下数据采集以及地面控制指令的下达。考虑到电动钻进装置100的动力及钻头特性，该装置更适用于在裸眼井筒内。当电动钻进装置100下入到设计位置时，固定件20的固定杆21通过光电讯号张开，使得电动钻进装置100牢固稳定在裸眼井筒设计位置中，电动钻进装置100稳定才能保证后续侧钻钻进的进行。

如图3所示，本申请设置有可拉伸电缆402，当行走钻机40向深处钻进时，可拉伸电缆402可以随着行走钻机40的钻进而延伸，当行走钻机40从已钻成井眼退回时，可拉伸电缆可以随着行走钻机40的退回而回缩，从而持续为行走钻机40的行动提供电力和光纤讯号通道。本申请设置有输送电缆光纤束401，为钢丝电缆光纤束400分出来的部分线束，用来吊住电动钻进装置100以及传送信号。当电动钻进装置100通过钢丝电缆光纤束400下到设定位置时，如果转向通道31对应的方向与计划钻进的目标方向相差巨大，无法通过行走钻机40调整，或者调整起来轨迹过于复杂，不利于行走钻机40的进与出，则通过地面控制装置300给井下工具下达控制指令，使得内芯30转动，以使得转向通道31的弯曲通道312对应设计钻进的目标靶点方向。外壳10主要用来保护内部结构部件，其内置有电线路，固定件20的张开和收回的指令可以通过内置电路传送实现。预留通道11开在外壳上，长度占外壳圆周的四分之三，剩下四分之一为实体，与外壳10为一体结构，即内芯30的有效转向角度为四分之三圆周，如果目标钻进的靶点在此四分之三开口扇形辐射方向上，则可以通过调节内芯30的转角角度，行走钻机40对着目标靶点的直线钻进，如果电动钻进装置100下入固定后，目标钻进的靶点在此四分之一开口扇形辐射方向上，则通过调节内芯30的转角角度至转向通道31对应的方向与目标靶点成0或最小夹角方向时，再通过行走钻机40钻进时的轨迹微调，实现行走钻机40朝向目标靶点钻进，同时预留通道11上预留有可伸缩筒，可以随着行走钻机40的行动，伸至裸眼井壁上，预留通道11至裸眼井壁这段距离的内部通道，利于行走钻机40的顺利抵达裸眼井壁，以及后期部件行走钻机40退回。

如图2所示，上下伸缩调向杆在各自圆周方向布置四组，通过向外伸，接触到井壁后，实现整个行走钻机40的悬挂固定，同时通过上下伸缩调向杆的不同伸缩量，实现对行走钻机40钻进方向的微调，从而改变钻进轨迹，实现智能轨迹控制钻进。当上下伸缩调向杆伸出固定后，钻头411钻进达到最大行程时，伸缩爬行齿4231伸出与裸眼井壁接触，上下伸缩调向杆回缩，受指令控制下，伸缩爬行齿4231向前行进钻头411的最大行程，或者后退出井筒内。钻头411钻进过程中，伸缩爬行齿4231，与裸眼井壁脱离接触。当上下伸缩调向杆伸出固定，钻头411通电旋转破岩时，电控活塞4133胀伸，推动活塞外芯轴4131前行，从而辅助钻头411破岩钻进，当活塞外芯轴4131前行至最大行程时，接触通电上接头4134与接触通电下接头4135脱离接触，电控活塞4133回缩，伸缩爬行齿4231伸出与裸眼井壁接触，上下伸缩调向杆回收，伸缩爬行齿4231前行。活塞内芯轴4132的活动范围限制在电控活塞4133的行程腔内，与活塞外芯轴4131构成相对运动，在完成电控活塞4133胀伸与回缩功能的同时，保证整个活塞行程部分(活塞外芯轴4131、旋转驱动件412和钻头411)的稳定性。活塞外筒421其功能一方面是构成电控活塞4133的外筒，另一方面是其上安装有上下伸缩调向杆、伸缩爬行齿4231、接触通电上下接头和接触通电线4136以及对应的控制线路。活塞外芯轴4131作为电控活塞的伸出部分，用来给钻头411传送钻进所需压力，辅助破岩钻进，另一方面其内设有滑动孔4137，为活塞内芯轴4132提供行程空间，同时设计连接安装旋转驱动件412、钻头411和旋转涡轮414。旋转驱动件412为耐高温高压电机，受指令控制可以打开和关闭，主要用来为钻头411提供旋转动力，从而使得钻头411可以旋转破岩。钻头411其上具有耐磨损切割齿，高速旋转而实现破岩，实现井下的侧钻钻进。接触通电上接头4134上安装有接触通电线4136，当电控活塞4133胀伸时，接触通电线4136与接触通电下接头4135连接在一起，接触通电上接头4134、接触通电线4136和接触通电线4136为连接通电状态，当活塞外芯轴4131伸出至最大行程时，接触通电线4136与接触通电下接头4135脱离接触而断电，从而反馈信号控制电控活塞4133不再胀伸推动活塞外芯轴4131继续外伸，此时接触通电线4136回缩至接触通电上接头4134内，当活塞外芯轴4131回缩之前伸出行程距离后，接触通电线4136重新与接触通电线4136连接。接触通电线4136可伸缩，当接触通电下接头4135和接触通电线4136接触通电下接头接触时，形成电通路，为有电状态，当活塞外芯轴4131伸出至最大行程时，接触通电线4136与接触通电下接头4135脱离接触而断电时，接触通电线4136自动回收至接触通电上接头4134内。接触通电下接头4135设计成可以与接触通电线4136接触磁粘接而通电，达到一定行程后又可以与接触通电线4136脱离接触而断电。转向通道31的内壁使得行走钻机40完成转向，从而垂直于裸眼井壁方向以开始钻进。旋转驱动件412产生的转动力传递给钻头411转动，具备破岩钻进的能力。

需要说明的是，旋转涡轮414设计具有两方面的功能，一是旋扫钻头411破岩产生的碎屑及井下液体的混合物，冷却钻头的同时，清理旋转涡轮414与钻头411之间的岩屑并推向后方，另外一方面具有类似退螺纹的功能，在整个行走钻机40后退时，可以辅助其退出所钻的侧钻井眼，同时带出所钻岩屑。

实施例三

如图4所示，本发明还提供一种钻进方法，钻进方法采用上述的电动钻进装置100，包括以下步骤：

步骤S1，将电动钻进装置下放至预设井深；

步骤S2，利用固定件将外壳固定在井壁上；

步骤S3，转动内芯以调节转向通道的转向位置；

步骤S4，将行走钻机对准钻进的目标靶点；

步骤S5，利用行走钻机钻井。

如图1至图4所示，结合上述的钻进系统和电动钻进装置100，下面阐述一下本申请中一种完整的钻进方法，具体如下：

电动钻进装置100下入到目标层位后，固定杆21全部张开，固定好外壳10，根据井下反馈至地面控制装置300显示信息，旋转内芯30至转向通道31的出口射线方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小时，上下两组伸缩调向杆4221回收，伸缩爬行齿4231伸出。

在转向通道31的内壁面行走至接触裸眼井壁时，伸缩爬行齿4231回收，上下两组伸缩调向杆4221伸出，根据目标靶点方向调整上下两组伸缩调向杆4221的伸缩长度，从而调整钻头411的直线钻进方向，此时地面控制装置300控制给旋转驱动件412通电，从而钻头411高速旋转破岩，旋转涡轮414配合清理钻屑混合物出新钻侧钻井眼，同时电控活塞4133推动活塞外芯轴4131，活塞外芯轴4131推动钻头411前行破岩。

当钻头411前行至设计最大行程时，接触通电下接头4135与接触通电上接头4134脱离接触，活塞外芯轴4131、旋转驱动件412、钻头411和旋转涡轮414回缩至初始行程状态。

上下两组伸缩调向杆4221回收，伸缩爬行齿4231伸出，伸缩爬行齿4231带动整个电动钻进装置100往所钻侧钻井眼内行走前面所钻行程距离，然后又开始一个行程距离的钻进，如此循环往复，直至所钻侧钻井眼沟通连接目标靶点。

上下两组伸缩调向杆4221回收，伸缩爬行齿4231伸出，自行走带整个电动钻进装置100出先前所钻侧钻井眼，进入转向通道31内。

再收回固定杆21，上提或者下放钢丝电缆光纤束400，调整需钻的目标井段，继续侧钻钻进，直到完成整个侧钻井眼的钻进工作，沟通整个原始井筒周边目标的缝洞体或者有效目标靶点。完成后，上提钢丝电缆光纤束400，收回整个电动钻进装置100。

需要说明的是，本发明中的钻进系统，一方面可以通过电缆快速将电动钻进系统的主体装置下到超深井筒设计位置，同时可以在井下转动，调整选择同一深度位置不同圆周方向作为侧钻点，保证侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小，减少通过钻头方向的调整而调整井眼轨迹方向，钻完一个侧钻小井眼后，可以通过上提或者下放电缆，带动电控钻进系统主体装置改变井深位置，实现不同层位不同井段新侧井眼的开钻，具备一个井筒钻多个侧钻井眼的前提条件。另一方面可以通过电力和光纤控制系统，实现不受限于井深的电动力侧钻，钻进的同时通过光纤系统和地面控制系统，实现数据的同步传输与控制指令的同步下达，进而控制电动钻进的同时实时调整钻进方向，实现井下轨迹智能控制，相对较低成本尽可能增加沟通新油气缝洞体的概率。达到节约时间，节约成本，不受井深影响，受控随时调整井眼轨迹方向，有效沟通缝洞体，增加单井产量的目的。

需要说明的是，目前相对较为便宜的连续油管超短半径径向水平井钻井技术，主要存在以下两个方面的不足，一方面是需要较大的水压力以进行破岩钻进，鉴于水力输送主要通过连续油管，管径较小，导致水力摩阻损耗较大，目前已完成的连续油管超短半径径向水平井钻井案例主要集中于3200米以浅的井深，超过3200米后井口压力太大、爬行距离受限制，以及工程难度剧增，少有成功的案例；另一方面是其推进主要通过高压射流喷射钻头的后喷射产生的反作用力，如果钻进的储层非均质甚至有裂缝，缝隙和缝洞，钻井轨迹不受控。本申请中的钻进系统则可以代替连续油管技术，能够克服其存在的以上问题。

需要说明的是，本发明提供的用于超深井的电动钻进系统，一方面可以通过电缆快速将电动钻进系统的主体装置下到超深井筒设计位置，同时可以在井下转动，调整选择同一深度位置不同圆周方向作为侧钻点，减少通过钻头方向的调整而调整井眼轨迹方向，保证侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为0或者最小，钻完一个侧钻小井眼后，可以通过上提或者下放电缆，带动电控钻进系统主体装置改变井深位置，实现不同层位不同井段新侧钻井眼的开钻，具备一个井筒钻多个侧钻井眼的前提条件；另一方面通过电力和光纤控制系统，实现不受限于井深的电动力侧钻，钻进的同时通过光纤系统和地面控制系统，实现数据的同步传输与控制指令的同步下达，进而控制电动钻进的同时实时调整钻进方向，实现井下轨迹智能控制，相对较低成本尽可能增加沟通新油气缝洞体的概率，达到增加老井产量的目的。本发明实现了电缆输送、多层段侧钻、电动力钻进，可重复多次钻进等功能，具有节约时间，节约成本，不受井深影响，受控随时调整井眼轨迹方向，有利于井下沟通缝洞体，增加单井产量，该发明为实现超深碳酸盐岩储层的快速增产提供了技术新选项。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”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。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (14)

1.一种用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，包括：

外壳，设置有预留通道；

固定件，设置在所述外壳上；

内芯，可转动地设置在所述外壳内，所述内芯设置有转向通道；

行走钻机，能够在所述预留通道和所述转向通道内移动；

其中，所述电动钻进装置下放至预设井深时，所述固定件动作以将所述外壳固定在井壁上，通过转动所述内芯调节所述转向通道的转向位置，以确保所述行走钻机移动至所述预留通道的出口位置时能够对准钻进的目标靶点。

2.根据权利要求1所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述固定件包括多根固定杆，所述固定杆具有张开和缩回功能，所述固定杆张开时，其一端压紧在所述井壁上，所述固定杆缩回时，所述固定杆不与所述井壁接触。

3.根据权利要求2所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述预留通道为沿所述外壳周向开设的开口槽。

4.根据权利要求3所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述开口槽的长度为所述外壳的3/4圆周长度。

5.根据权利要求1所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述转向通道包括：

轴向通道；

弯曲通道，其一端与所述轴向通道相连通，另一端能够与所述预留通道相连通；

所述弯曲通道能够将所述行走钻机沿井身的轴向移动转向为径向移动。

6.根据权利要求5所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述行走钻机包括钻进组件和与所述钻进组件连接的导向爬行组件。

7.根据权利要求6所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述钻进组件包括：

钻头；

旋转驱动件，与所述钻头连接；

钻压施加件，与所述钻头连接。

8.根据权利要求7所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述钻压施加件包括：

活塞外芯轴，与所述钻头连接；

活塞内芯轴，与所述活塞外芯轴滑动连接；

电控活塞，设置在所述活塞内芯轴的外周上；

其中，所述电控活塞通电动作以推动所述活塞外芯轴轴向移动。

9.根据权利要求8所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述导向爬行组件包括：

活塞外筒，与所述活塞外芯轴滑动连接；

定位调向结构，设置在所述活塞外筒的外周上；

爬行结构，设置在所述活塞外筒的外周上，且与所述定位调向结构间隔设置。

10.根据权利要求9所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述定位调向结构包括多根沿所述活塞外筒的周向间隔设置的伸缩调向杆。

11.根据权利要求9所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述爬行结构包括多个沿所述活塞外筒的周向间隔设置的伸缩爬行齿。

12.根据权利要求9所述的用于超深井的电动钻进装置，其特征在于，所述钻压施加件还包括：

接触通电上接头，设置在所述活塞外筒上；

接触通电下接头，设置在所述活塞外芯轴上；

接触通电线，一端与所述接触通电上接头连接，另一端与所述接触通电下接头磁粘接。

13.一种钻进系统，其特征在于，包括：

地面控制装置；

如权利要求1至12中任一项所述的电动钻进装置；

钢丝电缆光纤束，其一端与所述地面控制装置连接，另一端与所述电动钻进装置连接。

14.一种钻进方法，其特征在于，所述钻进方法采用权利要求1至12中任一项所述的电动钻进装置，包括以下步骤：

步骤S1，将电动钻进装置下放至预设井深；

步骤S2，利用固定件将外壳固定在井壁上；

步骤S3，转动内芯以调节转向通道的转向位置；

步骤S4，将行走钻机对准钻进的目标靶点

步骤S5，利用所述行走钻机钻井。

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