CN1260457C - 油气分支井的开孔、重入装置及开孔、重入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气分支井开孔、重入装置及开孔、重入方法。分支井套管开孔装置由回接器、定向键、定向限位器、导轨、螺杆钻具、支撑块、开孔工具组成，使用中可调整开孔工具的方向和长度，在设计位置准确开孔，使二分支井眼与一分支井眼连通。分支井重入装置由导向筒、连接短节、限位圈组成，可按需要选择进入分支井眼，进行相关作业。如此重复施工，可完成多个分支井眼。作业工具和重入装置一次送入井下，作业完成后，一次起出。本发明克服了现有技术的弊端，提高了分支井的机械连接性和密封性，以及再进入的可靠性。

Description

油气分支井的开孔、重入装置及开孔、重入方法

技术领域

本发明涉及一种油气井钻井中完成分支井的装置和方法。

背景技术

分支井技术是一项能降低油气开发成本，提高油气采收率的先进技术，但又是一项难度很大的钻井技术，随着钻井技术的高速发展，分支井钻井技术的运用与提高，已经提到议事日程上来。国外虽有此项技术，运用并不普及，而且引进费用昂贵，国内个别油田正在开展攻关研究，但成套技术并不成熟。而且国内外的分支井技术还存在一定的技术难题和缺陷。主要的问题是两个分支井的连通和作业工具的重入。两个分支井眼的连通技术问题，目前采用的是把重叠段的套管全部用磨铣工具铣掉，实现两个分支井眼的连通。这难免把主井眼的套管损坏，风险较大。目前的重入装置，结构复杂，不能准确进入，给施工带来困难。

发明内容

本发明的目的，是为了克服以上弊端，提高分支井钻井技术水平，推动分支井钻井技术的发展，进一步将分支井钻井技术完善和配套。该装置和方法能准确的进行套管开孔，把两个分支井眼连通，提高井眼使用寿命，还能准确的把作业工具送入需要的分支井眼，提高作业成功率。

本发明的技术方案如下

一种油气分支井的钻井装置，包括：定向回接总成、分支井套管开孔装置和分支井重入装置。

定向回接总成设有定向键可以定向，同时可省去斜向器的固定结构。

油气分支井套管开孔装置，分为两部分：第一部分由回接器、定向键组成，在下套管时，送入井下。第二部分由定向限位器、定向限位器的导轨、支撑块、螺杆钻具、开孔工具组成，导轨与支撑块有一定的角差，这个角差是根据需要来确定的。当第二部分工具入井时，定向限位器的导轨将受定向键的限制，迫使开孔工具贴向套管的一边。导轨与定向键配合，不但能起到方向扶正作用，还能起到开孔限位作用。钻井液经过螺杆钻具时，开孔工具将发生旋转，产生单向切削，一旦开孔完成，导轨顶端落在定向键上，终止开孔工具下行。特制的支撑块，保证开孔时的侧向切削。这样，分支井套管开孔装置在使用中，可调整开孔工具的方向和长度，在井下设计位置需要的方向和深度产生侧向切削力，将套管开孔。

油气分支井重入装置，是由导向筒、限位圈、螺钉和连接短节组成，在连接短节上设有限位圈，导向筒由螺钉固定在连接短节的限位圈上，导向筒内设有足够的钻井液循环通道。

在一个井眼内，应用该装置和方法，可以完成一个或多个分支井眼。当第二个分支井眼完钻、固井后，必须在合适的设计位置，进行套管开孔，将第一个井眼与第二个井眼连接起来，完成一个分支井。如此重复施工，可按设计要求完成多个分支井。

使用本装置的方法，是在分支井眼下完套管并固井后，钻井管柱下端连接定向限位器，再连接具有一定弯度的螺杆钻具。当开孔工具旋转时，产生单向切削，把套管开一个椭圆形分支孔。分支井的重入是通过重入装置来实现的。当井下工具要进入分支井，必须将井下工具连接在重入装置导向筒内，当把工具下入分支孔时，因导向筒的外径大于套管开孔直径，不能进入老井眼，越过套管分支孔只能进入分支井眼。在进行采油或井下作业时，重入装置可使管柱重进入分支井，方便可靠。

本发明与现有技术相比，首先是利用开孔装置在设计的开孔位置，准确开孔，提高分支井的成功率，其次是把重叠套管留下提高了分支井眼间的连接性和密封性，第三是重入装置的设计利用分支孔开孔直径的变化，提高了分支井重入的可靠性，第四能降低钻井成本。

附图说明

图1为油气分支井示意图。

图2为油气分支井套管开孔装置的结构示意图。

图3：为油气分支井重入装置结构图。

图中：1是定向键、2是导轨、3是回接器、4是定向限位器、5是螺杆钻具、6是支撑块、7是开孔工具、8是套管悬挂器、9是第一分支井眼、10是第二分支井眼、11是螺钉、12是连接短节、13是限位圈、14是导向筒、15是5/8″套管，16是5/8-7″套管，17是7″套管，18是5-1/2″油层套管，20是分支孔，21是5/8-7″尾管悬挂器，22是7″套管，23是5-1/2″油层套管。

具体实施方式

本发明油气分支井的钻井装置包括定向回接总成、分支井套管开孔装置和分支井重入装置。

定向回接总成设有定向键可以定向，同时可省去斜向器的固定结构。

图2所示的油气分支井套管开孔装置由两部分组成：第一部分包括回接器3和固定在回接器3上的定向键1，通过丝扣与套管悬挂器8相连。在下套管时，送入井下。第二部分包括定向限位器4、定向限位器4的导轨2、螺杆钻具5、螺杆钻具5上的支撑块6、以及螺杆钻具5尾端的开孔工具7等。定向限位器4的导轨2与螺杆钻具5上的支撑块6有一定的角差，这个差值是根据需要确定的。当第二部分工具下入井下时，定向限位器4的导轨2将受定向键1的限制，迫使开孔工具7贴向套管的一边。若钻井液经过螺杆钻具5时，开孔工具7将发生旋转，产生单向切削。一旦开孔完成，定向限位器4的导轨2顶端将落在定向键1上。定向限位器4的导轨2与回接器3的定向键1配合，不但能起到方向扶正作用，还能起到开孔限位作用。螺杆钻具5上有特制的支撑块6，保证开孔时的侧向切削。

图3所示的油气分支井重入装置是由连接短节12、连接短节12上的限位圈13、导向筒14、螺钉11组成。导向筒14由螺钉11固定在连接短节12的限位圈13上。导向筒14内设有足够的钻井液循环通道。由于分支井重入装置设有导向筒结构，作业工具可按需选择进入分支井眼，进行相关作业。

本发明油气分支井的钻井方法为：

1.分支井的井眼，其方位是通过定向回接总成来控制的(分支井的钻进和测井均通过常规技术来完成)，导斜面根据井下回接总成的定向键方向，在地面调节，然后送入预定位置，为套管定向开窗做好了准备。

2、第二分支井眼10下完套管并固井后，如何在设计位置将套管开孔，把第一分支井眼9与第二分支井眼10连通起来十分重要。本套管开孔装置是这样来实现开孔的：第二分支井眼10下完套管并固井后，在钻井管柱下端通过螺纹连接定向限位器4，定向限位器4下端再连接单向扶正并且具有一定弯度的螺杆钻具5。开孔工具7再连接在螺杆钻具5尾端。当螺杆钻具5及开孔工具7旋转时，就产生单向切削，开孔工具7把套管17开一个椭圆形分支孔20。开孔完成时，定向限位器4碰上定向键1，表示开孔已经完成。至于扶正方向，则是通过已知定向回接总成定向键的方位之后，在地面根据需要，将定向限位器4的导轨2与螺杆钻具5上的支撑块6调节好角差，当开孔工具7入井后，通过定向限位器4与回接器3的作用，螺杆钻具5的扶正方向就准确了。

3.分支井的重入是通过重入装置来实现的。如图1所示，因为套管开孔直径与5-1/2″套管内径一致，或有与这个直径相匹配的井下工具，均能在老井眼自由出入。当井下工具要进入分支井，必须将井下工具连接在重入装置导向筒14内，重入装置用螺钉11与钻柱固定。当把工具下入分支孔20时，因导向筒14的外径大于套管分支孔20直径，不能进入老井眼，越过套管分支孔20只能进入分支井眼，继续下工具至7″套管17与5-1/2″套管18的连接处时，导向筒14的下端遇阻，加压将螺钉11剪断，钻柱通过导向筒14把工具送入井下；完成作业后，上提工具，当工具进入导向筒14后，重入装置会与工具一道，提离井口，完成一次重入作业。

另如图2所示，开孔装置由回接器3、定向限位器4、螺杆钻具5和开孔工具7构成。回接器3呈圆管状，下端有螺纹与套管悬挂器8相连，定向键1固定在回接器3上。定向限位器4也呈一圆管状，从下至上有一个与定向键1匹配的导轨2，导轨2的长度与分支孔20长度有关，分支孔20长度与开孔段的井斜角有关。当分支孔20完成时，导轨2的上端与定向键1相碰，开孔完成。

要保证开孔方位正确，必须调整好导轨2与螺杆钻具支撑块6的角差，使它等于设计值。一旦方位搞错，老井和分支井将全部报废，损失巨大。因为套管分支孔20是有方向的，因此，当知道回接器3的定向键1的方向之后，定向限位器4与螺杆钻具5在连接时，就需要保持一个角差，通过回接器3与定向限位器4的作用，将确定套管开孔的方向，一旦开孔完成，定向限位器4的定向导轨2顶端落在回接器3的定向键上，表示开孔已经完成。

井眼完钻后，在下油层套管时，回接器3与套管悬挂器8连接。开孔时，定向限位器4与螺杆钻具5连接，必须达到需要的角差，然后再把开孔工具7连接在螺杆钻具5的下边。所有工具组装完成后，送入井下，当定向限位器4接触回接器3时，自动发出偏转，使回接器3的定向键1进入定向限位器4的导轨2，下放到预定位置后，开泵，螺杆钻具5带动开孔工具7旋转，将套管开孔。开孔完成时，回接器3的定向键1接触导轨2的顶端。限制开孔工具继续下行。

如图3所示：油气分支井重入装置由导向筒14、连接短节12、限位圈13和螺钉11组成，井下工具置入导向筒14内，并与连接短节12下端相连，送入钻柱再与连接短节12上端连接。将导向筒14用螺钉11固定在连接短节12的限位圈13上。导向筒14有足够的钻井液循环通道。作业工具装入导向筒14内，并与连接短节12下部螺纹相连，送入管柱与连接短节12上部螺纹连接。

在油气分支井接正常程序完井，套管开孔之后要进行后续作业需重进入分支井眼时，在管柱上连接该重入装置，送入井下，当装置到达分支孔20时，由于导向筒14的直径大于套管开孔直径，装置将顺利通过分支孔20，进入第二分支井眼10内，继续下行，到达一套管的连接处，此时，导向筒14接触到该套管，并在此遇阻。(导向筒14外径大于该套管内径)，如果加压到一定值，将剪断螺钉11，导向筒14留在此处，连接短节12随作业工具通过导向筒14下至作业位置。待完成施工作业后，上提管柱，由于作业工具直径大于导向筒14上部端口直径，将把导向筒14随作业工具一块带到地面，完成一次重入作业。重入作业的各个环节均可进行钻井液循环。更换螺钉11后，该装置可重复使用

本发明的优点在于：

1、先固井，后开孔，保证固井质量，避免先开孔给固井施工带来的一系列复杂问题，甚至井的报废。

2、分支井义口的密封得到保证。

3、重进入装置保证了采油作业的顺利实施。

Claims (4)

1、一种油气分支井的开孔、重入装置，包括分支井套管开孔装置和分支井重入装置，其特征在于：

所述的分支井套管开孔装置由两部分组成：第一部分包括回接器(3)和固定在回接器(3)上的定向键(1)，第二部分包括定向限位器(4)、定向限位器(4)上的导轨(2)、螺杆钻具(5)、螺杆钻具(5)上的支撑块(6)、以及螺杆钻具(5)尾端的开孔工具(7)；

所述的分支井重入装置包括连接短节(12)、连接短节(12)上的限位圈(13)、以及连接短节(12)和限位圈(13)外的导向筒(14)。

2、根据权利要求1所述的开孔、重入装置，其特征在于，所述的定向限位器(4)有一导斜面，定向限位器(4)的导轨(2)与螺杆钻具(5)上的支撑块(6)有一角差，定向限位器(4)的导轨(2)在开完孔时顶端落在回接器(3)的定向键(1)上。

3、根据权利要求1所述的开孔、重入装置，其特征在于，所述的分支井重入装置中，导向筒(14)由螺钉(11)固定在连接短节(12)的限位圈(13)上。

4、使用权利要求1所述的开孔、重入装置的油气分支井的开孔、重入方法，其特征在于，

所述的开孔方法包括：第二分支井眼下完套管并固井后，在钻井管柱下端连接定向限位器，定向限位器下端再连接单向扶正并且具有一定弯度的螺杆钻具，开孔工具连接在螺杆钻具尾端，调节定向限位器的导轨与螺杆钻具上的支撑块的角差，通过定向限位器与回接器的作用决定螺杆的扶正方向，旋转螺杆钻具及开孔工具，产生单向切削，开孔工具把套管开出一个椭圆形分支孔，开孔完成时，定向限位器碰上定向键；

所述的重入方法包括：当套管开孔后，将井下工具置于所述的重入装置导向筒内，并与连接短节下端相连，重入装置与钻柱固定，将重入装置下入到分支孔，并通过分支孔，进入第二分支井眼，继续下行，到达套管连接处，加压将螺钉剪断，钻柱通过导向筒把工具送入井下，完成作业后，上提管柱，当工具进入导向筒后，重入装置会与工具一道，提离井口，完成一次重入作业。