CN117888824A - 一种微小分支孔眼钻孔平台及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小分支孔眼钻孔平台及其施工方法，钻孔平台包括服务管柱与服务管柱内的分支孔钻柱，服务管柱下部设有迫使分支孔钻柱偏离主井轴线的斜向结构，分支孔钻柱包括依次连接的柔性钻进管柱、连接有造斜机构的井下马达以及钻头，服务管柱内还设有驱使造斜机构转动以调整造斜机构工具面角度的旋转控制装置以及在旋转控制装置停机期间锁定造斜机构工具面角度的滑动导引结构，使分支孔钻柱的工具面角度处于相对稳定的可控状态，稳定地以侧钻方式进行小孔径井眼钻探，不需要反复提放，可以提高钻柱的作业效率并实现定向微小孔眼钻进，可以明显降低鱼骨井或立体井的成本并实现轨迹控制。

Description

一种微小分支孔眼钻孔平台及其施工方法

技术领域

本发明涉及套管开窗侧钻井的领域，尤其涉及一种微小分支孔眼钻孔平台及其施工方法。

背景技术

套管开窗侧钻井可以有效地开发构造复杂、剩余可采储量明显达不到标准的井区以及钻新井费用较高的油藏、低渗透油藏、裂缝性油藏、薄油藏等，通过侧钻井可以减缓水、气锥进，延长无水开采期，改善驱油效果。在矿产开发作业中，可以实现从主井眼起始沿主井眼的径向方向以较为精准的轨迹实现高密度的分支孔钻井，进而为后续的矿产流化开发实现分支孔与储层的最大程度的接触。微小孔眼柔性钻孔是指为了特殊的工艺需要，在原有井眼轨迹(直井、定向井、水平井均可)的基础上，以准径向的方式快速偏离主井眼行程分支井眼，该方式利用特殊的造斜工具使钻头以大角度造斜，微小孔眼的直径一般直径在10-100毫米，后者小于主井眼内直径的50％。

现有技术中，在采用侧钻方式进行小孔径井眼钻探时，需要在地面调整侧钻的工具面，然后将其送入井下。但在大多情况下，地面调整的工具面在入井过程中以及入井后通常无法保持在预设位置，进而导致侧钻定向马达工具面角出现较大偏差，无法导向定位。

另外侧钻井不仅需要确保钻井动力的传递，还要在钻井过程中调整定向钻进，通常需要反复上下提放整个钻柱以及控制钻柱旋转。但是在油田钻杆过长的条件下，上述操作存在动力需求大、钻柱旋转阻力大，不便于定向调整，难以实现准确控制，即不但在动力方面要求高动力配置，而且调整过程对钻柱的耐受力要求也高，高动力配置与高钻具配置的要求均会导致成本高昂，另外也会导致井底钻具的设计更加苛刻，进而导致钻井装置整体成本高居不下，不利于开采上述油藏。另外一种现有技术是旋转导向技术，该技术通过钻头附近设置的导向执行机构驱动钻头执行导向功能，该技术需要在钻头附近设置大量的导向机构、伺服驱动系统、电子电路、液压系统等，微小孔眼的口径无法容纳这些工具，且旋转导向工具对卡滑效应比较敏感，用于微小孔眼钻井的细钻杆在钻井过程会产生严重的屈曲和卡滑，旋转导向无法在该工况下有效工作。

此外，油气在深井中的钻井周期长，反复起下钻也会严重影响作业效率，因此目前急需一种可以控制井眼轨迹的能够实现批量鱼骨井钻探的装置。

发明内容

本发明解决在采用侧钻方式进行小孔径井眼钻探时，高动力配置、高钻具配置以及井底钻具的设计要求导致钻井装置整体成本高居不下；反复上下提放整个钻柱影响作业效率和定向精度的问题，提供一种微小分支孔眼钻孔平台及其施工方法，以解决该技术问题，利用服务管柱引导分支孔钻柱在主井内滑动，直至接近分支孔的位置利用斜向结构迫使分支孔钻柱偏转。而且利用旋转控制装置通过控制井下马达的定子转动，使分支孔钻柱的工具面角度处于相对稳定的可控状态，稳定地以侧钻方式进行小孔径井眼钻探，不需要反复提放，可以提高钻柱的作业效率和定向精度，同时也能降低对动力配置、钻具配置以及井底钻具的设计要求，可以明显降低钻井装置的整体成本。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种微小分支孔眼钻孔平台，包括插入主井的服务管柱与插在服务管柱内的具有柔性的分支孔钻柱，所述服务管柱的下部设有迫使分支孔钻柱偏离主井轴线的斜向结构，所述分支孔钻柱包括依次连接的柔性钻进管柱、连接有造斜机构的井下马达以及钻头，或依次连接的井下马达、柔性钻进管柱、造斜机构与钻头，

所述服务管柱内还设有驱使造斜机构绕分支孔钻柱轴线转动以改变造斜机构的工具面角的旋转控制装置，以及具有沿服务管柱轴线方向相对滑移的两部分的滑动导引结构，所述旋转控制装置包括绕分支孔钻柱轴线相对转动的固定部与旋转部，所述旋转控制装置与滑动导引结构配置为：

所述旋转控制装置设于分支孔钻柱的上部，旋转控制装置的旋转部与分支孔钻柱的上部固定连接，固定部通过滑动导引结构与服务管柱的内壁配合，所述滑动导引结构的两部分分别设在服务管柱的内壁与旋转控制装置的固定部；或

所述旋转控制装置套在柔性钻进管柱的外侧，旋转控制装置的固定部与服务管柱的内壁之间固定连接，旋转部通过滑动导引结构与柔性钻进管柱配合，所述滑动导引结构的两部分分别设在柔性钻进管柱的外侧面与旋转控制装置的旋转部。

优选的，所述服务管柱、斜向结构的外侧面与井眼内壁或套管内壁之间具有第一环空，所述分支孔钻柱钻出主井的分支井段形成的第二环空与所述第一环空连通构成供钻井循环介质在分支孔钻柱外流通的通道。

优选的，所述井下马达位于柔性钻进管柱下部时，所述旋转控制装置连接在柔性钻进管柱下部与井下马达之间，旋转控制装置的固定部、旋转部分别与柔性钻进管柱、井下马达连接，所述柔性钻进管柱通过滑动导引结构与服务管柱配合，所述滑动导引结构位于服务管柱内，滑动导引结构的两部分设置在服务管柱的内壁与柔性钻进管柱。

优选的，所述旋转控制装置还包括驱使固定部与旋转部相对转动的液压旋转机构或电动旋转机构，实时监测固定部与旋转部相对角度、位置关系的角度传感器和/或位置传感器，以及用于控制液压旋转机构或电动旋转机构运行的旋转控制模块，所述旋转控制模块与角度、位置传感器均通信连接。

优选的，所述液压旋转机构为液压马达，所述电动旋转机构为电动马达，所述液压马达或电动马达的定子与固定部连接，转子与旋转部传动连接。

优选的，所述液压旋转机构包括：

与所述固定部连接的若干个条形隔块，所述隔块环绕旋转部的转动轴线均匀排列，各个隔块沿平行于旋转部转动轴线的方向延伸，相邻隔块之间分隔出条形的滑槽，隔块的一端成型有朝相邻滑槽倾斜的第一斜面；

与所述旋转部固定连接的传动块，所述传动块的周向设有若干与滑槽适配的偏转块，所述偏转块环绕旋转部的转动轴线均匀排列，且偏转块与固定部的滑槽滑动配合；

与至少一个所述滑槽滑动配合的滑块，所述滑块的滑移方向与滑槽的长度方向平行，滑块朝向偏转块的端部成型有朝向相邻隔块倾斜的第二斜面，滑块的第二斜面与相邻隔块的第一斜面倾斜方向相同，当滑块朝偏转块滑移至第二斜面与相邻隔块的第一斜面平滑相接时，该滑块朝向偏转块的端部部分突出于所述滑槽，第一斜面与偏转块的第二斜面拼接形成连续的引导斜面；

用于驱使滑块沿滑槽延伸方向往复滑移的液压活塞、与液压活塞连通的液压源以及使传动块具有朝滑块滑移的趋势的回弹结构。

优选的，所述回弹结构为液压活塞或弹性件。

优选的，所述滑动导引结构的两部分配置为：

滑动导引结构的两部分为滑动配合的导向槽与导向凸起，所述导向槽或导向凸起沿服务管柱的轴线方向延伸；或

滑动导引结构的两部分为相互套接并滑动配合的外筒与内筒，所述外筒或内筒沿服务管柱的轴线方向延伸，外筒的内壁与内筒的外侧面的截面不是圆形。

优选的，所述微小分支孔眼钻孔平台还包括姿态测量模块，所述姿态测量模块包括工具面角度测量组件、井斜及方位测量组件中的一种或组合，所述姿态测量模块设于钻头附近和/或井下马达后方的柔性钻进管柱内。

优选的，所述分支孔钻柱上部连接有进行提放作业的作业缆，所述作业缆包括电缆和/或光缆，所述电缆与所述旋转控制装置电连接，所述光缆与所述旋转控制装置通讯连接。

一种适用于上述的微小分支孔眼钻孔平台的施工方法，所述微小分支孔眼钻孔平台的侧钻钻井施工方法包括：

S1、下入服务管柱与斜向结构；

S2、下入分支孔钻柱；

S3、分支孔钻进；

S4、在旋转控制装置的调节下实施可控轨迹超短半径钻孔；

S5、取出井下工具，开展后续的完井或注采作业。

本发明技术方案的有益技术效果：

(一)分支孔钻柱放入服务管柱后，由斜向结构迫使分支孔钻柱偏离主井轴线进行钻探，滑动导引结构限制了分支孔钻柱与服务管柱之间的不控旋转，避免分支孔钻柱在服务管柱内自由旋转而导致造斜机构的工具面角失控，确保造斜机构的工具面角只能受旋转控制装置的调节而改变。旋转控制装置通过控制井下马达的定子转动来实现对工具面角度的控制，能够使所述分支孔钻柱的工具面角度处于相对稳定的可控状态稳定地以侧钻方式进行小孔径井眼钻探，由于不需要反复提放，可以提高钻柱的作业效率和定向精度。

同时由于旋转控制装置在服务管柱内，从接近分支井的位置控制柔性钻进管柱的工具面角度可以避免将钻柱连接至井口，分支孔钻柱的长度仅仅大于分支井预设长度即可，钻进时分支孔钻柱产生的屈曲带来的误差能降低到允许范围内。

旋转控制装置设于柔性钻进管柱顶部时，旋转控制装置在服务管柱内随分支孔钻柱上下滑动，无需进入分支井，可以避免遭遇卡钻的问题，其旋转控制装置的整体长度也不受到限制，可以便于大幅增加旋转控制装置的扭矩。伸入服务管柱内的作业缆下端首先与旋转控制装置连接，分支孔钻柱设置于旋转控制装置下部，方便作业缆对旋转控制装置供电以及控制旋转控制装置运行。

旋转控制装置套在分支孔钻柱外侧时，旋转控制装置的旋转部通过滑动导引结构驱动分支孔钻柱旋转，因此旋转控制装置无需随分支孔钻柱在服务管柱内提放，旋转控制装置的外径可以与服务管柱内径相匹配，便于大幅增加旋转控制装置的扭矩。

(二)姿态测量模块安装在钻头附近和/或马达后方的柔性钻进内部，位置靠近钻头，可测得真实的井底数据，同时测量模块位动前行的钻具内部，旋转控制装置串接于分支孔钻柱内、设置于分支孔钻柱上方或套设分支孔钻柱附近，其与近钻头姿态测量模块仅需较短的电缆或光纤即可传递信号，也可方便的实现半闭环控制或闭环自动控制，可避免因长距离的将数据沿钻柱传递至井口造成通讯研制，避免钻具震动造成的数据失真。

附图说明

图1示出了本发明实施例一中微小分支孔眼钻孔平台的结构示意图；

图2示出了图1中斜向结构与主井、分支井的位置示意图；

图3示出了图1中A处的放大图；

图4示出了图3中分支孔钻柱与第二环空的结构示意图；

图5示出了图1中旋转控制装置的固定部、旋转部与服务管柱、斜向结构的配合示意图；

图6示出了图1中B处的放大图；

图7示出了图1中服务管柱与主井的位置示意图；

图8出了本发明实施例一中滚轮滚道结构形式的滑动导引结构的示意图；

图9示出了本发明实施例一中键槽结构形式的滑动导引结构的示意图；

图10示出了本发明实施例二中微小分支孔眼钻孔平台的结构示意图；

图11示出了图10中C处的放大图；

图12示出了本发明实施例四中液压旋转机构中各结构之间的配合示意图；

图13示出了本发明实施例五中多方套结构形式的滑动导引结构的示意图；

图14示出了本发明实施例五中花键结构形式的滑动导引结构的示意图。

附图中标记：

1-主井；11-第一环空；12-分支井；121-第二环空；

2-服务管柱；21-主流道；22-斜向结构；221-窗口；23-作业缆；

3-分支孔钻柱；31-柔性钻进管柱；311-姿态测量模块；32-井下马达；33-造斜机构；34-钻头；

4-旋转控制装置；41-固定部；42-旋转部；43-电动旋转机构；44-角度/位置传感器；

5-液压旋转机构；51-液压源；52-隔块；521-滑槽；52a-第一斜面；53-传动块；531-偏转块；54-滑块；541-液压活塞；54a-第二斜面；55-回弹结构；

6-滑动导引结构；61a-导向槽；61b-导向凸起；62a-外筒；62b-内筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种微小分支孔眼钻孔平台及其施工方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

为了更加清楚地描述上述一种微小分支孔眼钻孔平台及其施工方法，本发明限定术语“上部”和“下部”，具体而言，沿主井与分支井的延伸方向，“上部”比“下部”更靠近主井的井口。

下面将结合附图1至14和具体实施例对本发明的微小分支孔眼钻孔平台及其施工方法的技术方案详细阐述。

实施例一

如图1至9所示，本实施例的一种微小分支孔眼钻孔平台，包括插入主井1的服务管柱2与插在服务管柱2内的具有柔性的分支孔钻柱3，分支孔钻柱3的外径小于服务管柱2的内径，服务管柱2的下部设有迫使分支孔钻柱3偏离主井1轴线的斜向结构22，分支孔钻柱3包括依次连接的柔性钻进管柱31、连接有造斜机构33的井下马达32以及钻头34，井下马达32的定子与造斜机构33连接，转子与钻头34连接。

服务管柱2内还设有驱使造斜机构33绕分支孔钻柱3轴线转动的旋转控制装置4以及具有沿服务管柱2轴线方向相对滑移的两部分的滑动导引结构6，旋转控制装置4包括绕分支孔钻柱3轴线相对转动的固定部41与旋转部42，旋转控制装置4与滑动导引结构6配置为：

旋转控制装置4套在柔性钻进管柱31的外侧，旋转控制装置4的固定部41与服务管柱2的内侧壁固定连接，此处的固定连接指的是位置固定，安装方式可以是固定的焊接，也可以是可拆卸的栓接，当然也可以直接将服务管柱2内侧壁的一部分作为旋转控制装置4的固定部41。此时滑动导引结构6的两部分分别设在旋转控制装置4的旋转部42、柔性钻进管柱31的外侧面上。旋转控制装置4的旋转部42转动能够时，通过滑动导引结构6带动分支孔钻柱3旋转，因此旋转控制装置4整体无需随分支孔钻柱3在服务管柱2内提放，旋转控制装置4的外径可以与服务管柱2内径相匹配，配置空间充足，便于大幅增加旋转控制装置4的扭矩。

本实施例中的斜向结构22包括与服务管柱2内孔连通的供分支孔钻柱3穿过的平滑孔，平滑孔的上端与服务管柱2内孔连通，下端连通斜向结构22的侧部，形成窗口221，可以迫使分支孔钻柱3从窗口221钻出，进行分支井12钻进作业。

柔性钻进管柱31包括高弹性金属管和/或塑性金属管和/或柔性钻杆和/或复合材料钻杆和/或铰接式柔性钻柱。选用高弹性金属管制成的柔性钻进管柱31，例如采用钛合金制成柔性钻进管柱31时，钛合金管可以通过转弯半径小于20米的井眼，适合本发明的作业场景。

另外，本发明中的造斜机构33为为弯接头或肋翼。对钻头34的选择也不仅限于以旋转钻孔方式实现微小孔眼钻井，本发明中的钻头34包括以切削形式破岩的钻头34，也包括以水射流、微波方式破岩的钻头34。

具体的，服务管柱2外直径小于其外部井壁、套管或护管的内径，服务管柱2、斜向结构22二者的外侧面与外侧的外部井壁、套管或护管的内侧壁之间具有第一环空11，分支孔钻柱3钻出主井1后，分支孔钻柱3进入分支井12的部分与钻掘形成的分支井12之间形成第二环空121，第二环空12与第一环空11连通构成供钻井循环介质在分支孔钻柱3外流通的通道。以服务管柱2内孔位于分支孔钻柱3上方的部分作为主流道21，主流道21与分支孔钻柱3的钻井循环介质流道连通，可以形成供钻井循环介质在分支孔钻柱3内流通的通道，钻井循环介质在分支孔钻柱3内外流通的通道之间循环流动，即可实现正循环钻井或反循环钻井。

具体的，旋转控制装置4还包括驱使固定部41与旋转部42相对转动的液压旋转机构5(图中未示出)或电动旋转机构43，以及用于控制液压旋转机构5或电动旋转机构43运行的旋转控制模块(图中未示出)，旋转控制模块与井口端通信连接，根据井口端的控制信号来控制液压旋转机构5或电动旋转机构43运行。其中，液压旋转机构5为液压马达，电动旋转机构43为电动马达，液压马达或电动马达的定子与固定部41连接，转子与旋转部42传动连接，可以直接方便地驱使旋转部42转动。本实施例中以电动旋转机构43为例，采用电动马达驱动时，需要向电动旋转机构43供电，但也可以更换为液压马达驱动。

液压源51的工作介质可以选用液压油，本实施例中，液压源51包括电动机、液压泵，电动机驱动液压泵为液压油增压，液压旋转控制装置4由被增压的液压油驱动运行。

需要说明的是，采用液压旋转机构5比如液压马达驱动时，液压马达的转子与旋转控制装置4的旋转部42连接，液压马达的定子与旋转控制装置4的固定部41连接。旋转控制装置4中还安装有与旋转控制模块通信连接的角度/位置传感器44，利用角度传感器与位置传感器实时监测固定部41与旋转部42之间的相对角度与位置关系，并将监测的数据传输至旋转控制模块，旋转控制模块利用角度或位置传感器的反馈信号能够准确地控制旋转部42相对于固定部41转动至预设角度，准确控制旋转部的旋转圈数或角度。应当理解的是，角度传感器与位置传感器任选其一安装即可，也可以同时安装使用。

具体的，滑动导引结构6的两部分为滑动配合的导向槽61a与导向凸起61b，导向槽61a沿服务管柱2的轴线方向延伸形成一个长条状的槽，本方案中的导向槽61a开设在服务管柱2的内壁上，而导向凸起61b则设置在旋转控制装置4的固定部41上，导向凸起61b可以是焊接的块结构，也可以是安装的键、销、滚轮等突出的结构，使导向槽61a与导向凸起61b组合形成配合的键槽结构、滚轮滚道结构。提放旋转控制装置4时，导向凸起61b在导向槽61a内沿导向槽61a的长度方向往复滑移，同时在旋转控制装置4运行时，导向凸起61b又能与导向槽61a配合，在旋转控制装置4与导向服务管柱2之间传递扭矩，锁定旋转控制装置4固定部41的角度，避免旋转控制装置4不受控旋转。

此外，也可以将导向槽61a开设在旋转控制装置4的固定部41，导向凸起61b设置在服务管柱2的内壁上，导向凸起61b沿服务管柱2的轴线方向延伸形成的长条状导向凸起61b可以视为导向滑轨，与固定部41的导向槽61a配合引导旋转控制装置4的固定部41滑移。

应当理解，滑动导引结构6是指能够传递扭矩，并在旋转控制装置4停机期间避免柔性钻进管柱31、井下马达32、旋转控制装置4相对于服务管柱2发生反向转动的结构或装置，并不限定于具体的结构形式，本发明举出的案例仅用于说明。

进一步的，该微小分支孔眼钻孔平台还包括姿态测量模块311，姿态测量模块311包括工具面角度测量组件、井斜及方位测量组件中的一种或组合，本实施例中的姿态测量模块311安装在井下马达32后方的柔性钻进管柱31内，此外，姿态测量模块311也可以安装在钻头34附近，或同时在上述两个位置处安装姿态测量模块311。姿态测量模块311的安装位置靠近钻头34，可测得真实的井底数据，同时测量模块位于滑动前行的钻具内部，可避免因钻具震动造成的数据失真并延长模块使用寿命。上述提到的井下马达32后方应当根据钻进方向理解，井下马达32的后方为井下马达32背向钻头34的一侧，前方为井下马达32朝向钻头34的一侧。

另外，主井1的井口外还配置有与姿态测量模块311、旋转控制模块通信连接的控制中心(图中未示出)，控制中心在内的井口端实时监控分支孔钻柱3的掘进状态，并由控制中心向旋转控制装置4、井下马达32传输控制信号，旋转控制装置4的固定部41可以安装信号中继模块，以便井下马达32、姿态测量模块311与控制中心进行高质量通信。控制中心与旋转控制装置4之间连接有作业缆23，以实现二者之间的的通讯传输和/或向旋转控制装置4供电，此处提及的作业缆23包括电缆、液压管线、绝缘钢缆、通讯钢缆、铠装缆、气管线和光缆其中任一种或多种缆线的组合，甚至包括钢缆的作业缆23也可以作为承受分支孔钻柱3与旋转控制装置4重力的线缆，直接利用作业缆23提放分支孔钻柱3。

当采用作业缆23实现通讯时，该微小分支孔眼钻孔平台还配置有实现井底与井口端的双向通讯的指令下传解算模块和信号上传解算模块，指令下传技术和上传技术为现有技术，本发明不再赘述。井口端的多余作业缆23可以卷绕在井口附近的线缆滚筒上，并由线缆滚筒进行收放。

此外，在本实施例中的服务管柱2还安装有挂接装置或锚定装置，挂接装置或锚定装置设于服务管柱2的上部，用于将服务管柱2挂接于井口、井壁或者其他开次套管的管口、内壁。

一种适用于上述微小分支孔眼钻孔平台的施工方法，包括以下步骤：

S1、下入服务管柱2与斜向结构22；

S2、下入分支孔钻柱3；

S3、分支孔钻进；

S4、在旋转控制装置4的调节下实施可控轨迹超短半径钻孔；

S5、取出井下工具，开展后续的完井或注采作业。

实施例二

请参照图10和图11，本实施例中与实施例一的区别在于，旋转控制装置4设于分支孔钻柱3的上部，旋转控制装置4的旋转部42与分支孔钻柱3的上部固定连接，滑动导引结构6的两部分分别设在旋转控制装置4的固定部41、服务管柱2的内壁上。旋转控制装置4设于柔性钻进管柱31顶部时，旋转控制装置4在服务管柱2内随分支孔钻柱3上下滑动，但无需进入分支井，可以避免遭遇卡钻的问题，而且旋转控制装置4的整体长度不受限制，配置空间充足，便于大幅增加旋转控制装置4的扭矩。作业期间，需要改变工具面角度时可直接控制旋转控制装置4旋转分支孔钻柱3，通过分支孔钻柱3带动井下马达32的定子与造斜机构33旋转，以达到改变工具面角度的目的。

本实施例中，旋转控制装置4还配置有供钻井循环介质流过的中心流道，钻井循环介质经旋转控制装置4的中心流道后流入柔性钻进管柱31内的流道。

由于分支孔钻柱3位于旋转控制装置4的下部，伸入服务管柱2内的作业缆23下端可以直接方便地与旋转控制装置4连接。

本实施例中，服务管柱2的管内设有作业缆23，作业缆23用于为驱动旋转控制装置4供电或传递信号，能驱动驱动旋转控制装置4转动并通过滑动导引结构驱动柔性钻进管柱31带动造斜机构33转动，进而改变造斜机构33的工具面角实现对微小孔眼的轨迹控制。在替代的方案中，也可以将作业缆23设置于服务管柱2外侧或者设置于服务管柱的管壁中。当所述旋转控制装置4套设于分支孔钻柱外侧时，可以有两条作业缆，一条用于起下分支孔钻柱3，另外一条作业缆设置于服务管柱2管壁内或管外为旋转控制装置4供电或提供控制信号。

具体而言，分支孔钻柱3的结构形式包括依次连接的柔性钻进管柱31、连接有造斜机构33的井下马达32以及钻头34，该结构形式中的旋转控制装置4设于柔性钻进管柱31顶部；

分支孔钻柱3还存在另一结构形式：依次连接的井下马达32、柔性钻进管柱31、造斜机构33与钻头34，井下马达32的转轴穿越柔性钻进管柱31驱动钻头34，该结构形式中，旋转控制装置4直接安装在井下马达32的顶部。

实施例三

本实施例中与实施例一的区别在于，旋转控制装置4安装在服务管柱2外，比如将旋转控制装置4连接在柔性钻进管柱31下部与井下马达32之间，旋转控制装置4的固定部41、旋转部42分别与柔性钻进管柱31、井下马达32的定子连接，滑动导引结构6位于服务管柱2内，滑动导引结构6的两部分分别与服务管柱2、柔性钻进管柱31固定连接。该实施例中的旋转控制装置4需要进入分支井，因此对旋转控制装置4的配置要求较高。

实施例四

请参照图12示出的液压旋转机构5部分结构的示例图，本实施例中与实施例一的区别在于，液压旋转机构5包括：

与旋转控制装置4的固定部41连接的若干个条形隔块52，隔块52环绕着旋转部42的转动轴线均匀排列呈圆环状，各个隔块52沿平行于旋转部42转动轴线的方向延伸，相邻隔块52之间分隔出条形的滑槽521，滑槽521也沿着平行于旋转部42转动轴线的方向延伸。隔块52的下端即远离主井1井口的一端加工有朝相邻滑槽521倾斜的第一斜面52a；

与旋转部42固定连接的传动块53，传动块53周向的侧部焊接固定有若干与滑槽521适配的偏转块531，偏转块531环绕旋转部42的转动轴线均匀排列，当传动块53的轴线与条形隔块52环绕的轴线重合时，各个偏转块531可以分别对准一个滑槽521，并沿滑槽521的延伸方向滑入或滑出该滑槽521，当偏转块531滑入滑槽521时，传动块53可以滑入隔块52环绕的空间内；

与至少一个滑槽521滑动配合的滑块54，滑块54的滑移方向与滑槽521的长度方向平行，当滑块54在滑槽521内滑动时，可以推动偏转块531与传动块53沿滑槽521滑动。滑块54朝向偏转块531的端部加工有朝向相邻隔块52倾斜的第二斜面54a，而且滑块54的第二斜面54a与相邻隔块52的第一斜面52a倾斜方向相同，当滑块54朝偏转块531滑移至第二斜面54a与相邻隔块52的第一斜面52a平滑相接时，第一斜面52a与偏转块531的第二斜面54a拼接形成连续的引导斜面；

用于驱使滑块54沿滑槽521延伸方向往复滑移的液压活塞541、与液压活塞541连通的液压源51以及使传动块53具有朝滑块54滑移的趋势的回弹结构55。

液压活塞541驱使滑块54朝向偏转块531滑移时，可以将偏转块531推出滑槽521外，而利用回弹结构55使传动块53、偏转块531朝向滑块54滑移，从而使偏转块531沿着滑块54的第二斜面54a滑移，同时传动块53与旋转部42也发生转动。第一斜面52a与偏转块531的第二斜面54a拼接形成连续的引导斜面时，偏转块531可以直接沿着引导斜面滑向下一滑槽521，随后驱使滑块54背向偏转块531滑移，偏转块531可以顺利滑入下一滑槽521内，完成旋转部42的一次步进旋转。随后再次驱使滑块54朝向偏转块531滑移、背向偏转块531滑移，又能驱使旋转部42进行一次步进转转。

应当注意，由于第一斜面52a可以与相邻两个隔块52的第一斜面52a拼接，因此需要确保该滑块54朝向偏转块531滑动，直至滑块54的一部分端部突出于滑槽521，此时拼接形成的引导斜面才能形成一个连续的引导偏转块531滑入相邻滑槽521的斜面，实现驱动传动块53与旋转部42转动的目的。

为了使滑块54能平稳地推动传动块53滑移，可以设置多个滑槽521内分别滑动设置一个滑块54，将各个滑块54同时连接至液压活塞541的活塞杆，液压活塞541的本体与旋转控制装置4的固定部41固定连接，活塞杆伸缩时可以使各个滑块54同步滑动，同时推动各个偏转块531沿旋转部42的转动轴线滑移，进而带动传动块53稳定滑移。

本实施例中的回弹结构55为弹性件，弹性件具体为压缩状态的弹簧，弹簧的一端抵靠旋转控制装置4的固定部41，另一端抵靠传动块53，当然也能选用其他具有弹性的结构，如拉簧、弹性片，甚至可以选用具有弹性的绳。此外，回弹结构55也可以使用另一个液压活塞541，将该液压活塞541连通至上述的液压源51，由液压源51驱使两个液压活塞541伸缩，也能推动滑块54与传动块53移动。

实施例五

请参照图13和图14，本实施例中与实施例一的区别在于，滑动导引结构6的两部分可以配置为相互套接并滑动配合的外筒62a与内筒62b，外筒62a的内孔或内筒62b的外侧面沿服务管柱2的轴线方向延伸，也能引导旋转控制装置4的固定部41滑移，外筒62a的内壁与内筒62b的外侧面的截面不是圆形，比如矩形、三角形等多边形形状，外筒62a与内筒62b之间构成多方套结构、花键结构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，包括插入主井的服务管柱与插在服务管柱内的具有柔性的分支孔钻柱，所述服务管柱的下部设有迫使分支孔钻柱偏离主井轴线的斜向结构，所述分支孔钻柱包括依次连接的柔性钻进管柱、连接有造斜机构的井下马达以及钻头，或依次连接的井下马达、柔性钻进管柱、造斜机构与钻头，

所述服务管柱内还设有驱使造斜机构绕分支孔钻柱轴线转动以改变造斜机构的工具面角的旋转控制装置，以及具有沿服务管柱轴线方向相对滑移的两部分的滑动导引结构，所述旋转控制装置包括绕分支孔钻柱轴线相对转动的固定部与旋转部，所述旋转控制装置与滑动导引结构配置为：

所述旋转控制装置设于分支孔钻柱的上部，旋转控制装置的旋转部与分支孔钻柱的上部固定连接，固定部通过滑动导引结构与服务管柱的内壁配合，所述滑动导引结构的两部分分别设在服务管柱的内壁与旋转控制装置的固定部；或

所述旋转控制装置套在柔性钻进管柱的外侧，旋转控制装置的固定部与服务管柱的内壁之间固定连接，旋转部通过滑动导引结构与柔性钻进管柱配合，所述滑动导引结构的两部分分别设在柔性钻进管柱的外侧面与旋转控制装置的旋转部。

2.如权利要求1所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述服务管柱、斜向结构的外侧面与井眼内壁或套管内壁之间具有第一环空，所述分支孔钻柱钻出主井的分支井段形成的第二环空与所述第一环空连通构成供钻井循环介质在分支孔钻柱外流通的通道。

3.如权利要求1所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述井下马达位于柔性钻进管柱下部时，所述旋转控制装置连接在柔性钻进管柱下部与井下马达之间，旋转控制装置的固定部、旋转部分别与柔性钻进管柱、井下马达连接，所述柔性钻进管柱通过滑动导引结构与服务管柱配合，所述滑动导引结构位于服务管柱内，滑动导引结构的两部分设置在服务管柱的内壁与柔性钻进管柱。

4.如权利要求1所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述旋转控制装置还包括驱使固定部与旋转部相对转动的液压旋转机构或电动旋转机构，实时监测固定部与旋转部相对角度、位置关系的角度传感器和/或位置传感器，以及用于控制液压旋转机构或电动旋转机构运行的旋转控制模块，所述旋转控制模块与角度、位置传感器均通信连接。

5.如权利要求4所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述液压旋转机构为液压马达，所述电动旋转机构为电动马达，所述液压马达或电动马达的定子与固定部连接，转子与旋转部传动连接。

6.如权利要求4所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述液压旋转机构包括：

与所述固定部连接的若干个条形隔块，所述隔块环绕旋转部的转动轴线均匀排列，各个隔块沿平行于旋转部转动轴线的方向延伸，相邻隔块之间分隔出条形的滑槽，隔块的一端成型有朝相邻滑槽倾斜的第一斜面；

与所述旋转部固定连接的传动块，所述传动块的周向设有若干与滑槽适配的偏转块，所述偏转块环绕旋转部的转动轴线均匀排列，且偏转块与固定部的滑槽滑动配合；

与至少一个所述滑槽滑动配合的滑块，所述滑块的滑移方向与滑槽的长度方向平行，滑块朝向偏转块的端部成型有朝向相邻隔块倾斜的第二斜面，滑块的第二斜面与相邻隔块的第一斜面倾斜方向相同，当滑块朝偏转块滑移至第二斜面与相邻隔块的第一斜面平滑相接时，该滑块朝向偏转块的端部部分突出于所述滑槽，第一斜面与偏转块的第二斜面拼接形成连续的引导斜面；

用于驱使滑块沿滑槽延伸方向往复滑移的液压活塞、与液压活塞连通的液压源以及使传动块具有朝滑块滑移的趋势的回弹结构。

7.如权利要求6所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述回弹结构为液压活塞或弹性件。

8.如权利要求1所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述滑动导引结构的两部分配置为：

滑动导引结构的两部分为滑动配合的导向槽与导向凸起，所述导向槽或导向凸起沿服务管柱的轴线方向延伸；或

滑动导引结构的两部分为相互套接并滑动配合的外筒与内筒，所述外筒或内筒沿服务管柱的轴线方向延伸，外筒的内壁与内筒的外侧面的截面不是圆形。

9.如权利要求1所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述微小分支孔眼钻孔平台还包括姿态测量模块，所述姿态测量模块包括工具面角度测量组件、井斜及方位测量组件中的一种或组合，所述姿态测量模块设于钻头附近和/或井下马达后方的柔性钻进管柱内。

10.如权利要求1所述的一种微小分支孔眼钻孔平台，其特征在于，所述分支孔钻柱上部连接有进行提放作业的作业缆，所述作业缆包括电缆和/或光缆，所述电缆与所述旋转控制装置电连接，所述光缆与所述旋转控制装置通讯连接。

11.一种适用于权利要求1至10任一项所述的微小分支孔眼钻孔平台的施工方法，其特征在于，所述微小分支孔眼钻孔平台的侧钻钻井施工方法包括：

S1、下入服务管柱与斜向结构；

S2、下入分支孔钻柱；

S3、分支孔钻进；

S4、在旋转控制装置的调节下实施可控轨迹超短半径钻孔；

S5、取出井下工具，开展后续的完井或注采作业。