CN202000941U - 油井的井下套管壁开孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种油井的井下套管壁开孔装置，其是在一中空壳体中设置有执行机构、定位液压缸、及动力源，其中，执行机构由上至下依次设有导向仓、液压马达及钻头进给液压缸，导向仓中形成有喷钻通道和磨钻通道；定位液压缸顶抵于执行机构的底部，并能控制执行机构沿壳体的轴向移动；动力源位于定位液压缸的下侧，其外壳内由上至下依次设有液压泵、潜油电机、油箱及电池；壳体的侧壁设有能与喷钻通道及磨钻通道的出口端相导通的第一开口。本实用新型通过连续钢管一次下井，就可实现在套管壁磨铣钻孔及实施油层水力喷射钻孔作业，而不需反复将连续钢管提出地面更换对套管及油层开孔的工具，缩短了水力喷射钻孔的施工时间，降低了整体施工成本。

Description

油井的井下套管壁开孔装置

技术领域

本实用新型涉及一种油井的井下套管壁开孔装置，尤其是一种通过连续钢管一次下井能够在油水井的套管上进行磨铣钻孔及油层喷射钻孔作业的装置。

背景技术

在石油开采过程中，为了对油井实施水力喷射钻孔，首先需要对油水井井下目的层位的套管进行开孔，然后再利用接在连续钢管上的高压胶管通过套管壁开孔处进入油层实施水力喷射钻孔，达到沟通裂缝和扩展泄油半径的作用。如中国专利ZL95207443.5公开的“深穿透射孔旋转钻进装置”中涉及的套管开孔装置，是采用液压冲孔系统来实现，由于其所形成的孔洞是非规则性孔道，在高压胶管通过非规则性孔对油层进行钻孔作业时，会出现冲头或喷进高压胶管被卡、钻孔软管损伤等问题。因此，为顺利实施水力喷射钻孔工艺，在套管壁上开孔必须是规则的圆孔。

目前，在油田生产实施水力喷射钻孔措施过程中，对井下油水井套管进行开规则圆孔的方法是采用连续钢管在地面先安装磨铣钻头，沿油管内部下入井下开孔位置的“L”型导向仓中，通过地面提供的液压动力使磨铣钻头转动，进行套管磨铣开孔，开孔完毕后，需要提出连续钢管，将磨铣钻头卸下，换上带有喷射钻孔喷嘴的高压胶管，重新下入“L”型导向仓中，喷射钻孔喷嘴通过开孔窗口，进入油层实施喷射钻孔。这种套管开孔、喷钻工艺要求连续钢管放下、提出往返2次才能完成一个孔的施工，反复起下连续钢管既浪费了大量作业时间又导致连续钢管强度下降、降低使用寿命，极大地影响了水力喷射钻孔的施工进度和成本，且其操作过程比较繁琐，工作效率低。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本设计人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本实用新型的油井的井下套管壁开孔装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供一种油井的井下套管壁开孔装置，通过连续钢管一次下井，就能实现对油井套管的磨铣钻孔与油层喷射钻孔作业。

为此，本实用新型提出一种油井的井下套管壁开孔装置，其是在一中空壳体中设置有执行机构、定位液压缸及动力源，其中：

所述执行机构，其由上至下依次设有导向仓、液压马达及钻头进给液压缸，其中，所述导向仓中形成有喷钻通道和磨钻通道，所述喷钻通道呈光滑过度的L形，其入口端位于所述导向仓的顶部，而所述磨钻通道为光滑过度的倒L形，其入口端位于所述导向仓的底部，且所述喷钻通道和磨钻通道的出口端位于所述导向仓的相同侧，所述磨钻通道中设置有磨铣钻头、万向节，所述万向节的上端与所述磨铣钻头相连接，其下端凸出于所述磨钻通道的入口端并连接于所述液压马达，所述液压马达放置在所述钻头进给液压缸上，该执行机构为一密封结构；

所述定位液压缸，顶抵于所述执行机构的底部，并能控制所述执行机构沿所述壳体的轴向移动；

所述动力源，位于所述定位液压缸的下侧，其外壳内由上至下依次设有液压泵、潜油电机、油箱及电池，其中，所述潜油电机与所述电池为电连接，所述液压泵与所述油箱通过液压管路相连；

所述液压泵与所述液压马达、钻头进给液压缸及定位液压缸通过液压管路连接，所述壳体的侧壁设有一能与所述喷钻通道及磨钻通道的出口端相导通的第一开口。

如上所述的油井的井下套管壁开孔装置，其中，所述油井的井下套管壁开孔装置还包含有一液压推靠，其位于所述定位液压缸和所述动力源之间，所述液压推靠的底部通过一密封连接件与所述动力源相固接，且与所述动力源的液压泵通过液压管路相连，所述壳体在与所述第一开口相对的另一侧开设有第二开口，所述第二开口与所述液压推背的推靠臂相对应，所述推靠臂能通过所述第二开口凸伸出所述壳体。

如上所述的油井的井下套管壁开孔装置，其中，所述导向仓于所述磨钻通道下侧形成有一与所述磨钻通道的入口端相连通的容置槽，所述液压马达及钻头进给液压缸放置在所述容置槽中。

如上所述的油井的井下套管壁开孔装置，其中，所述导向仓在靠近所述磨钻通道的入口端处开设有一向下倾斜的排屑通道，所述排屑通道与所述磨钻通道相连通，并在所述壳体上开设有与所述排屑通道相通的第三开口。

如上所述的油井的井下套管壁开孔装置，其中，所述磨钻通道的入口端与所述万向节之间设置有密封圈。

如上所述的油井的井下套管壁开孔装置，其中，所述壳体的上端通过油管变扣连接于一中空的油管管柱，所述油管管柱与所述喷钻通道的入口端相导通。

如上所述的油井的井下套管壁开孔装置，其中，所述喷钻通道的入口端形成一扩径部。

由上述可知，本实用新型提出的油井的井下套管壁开孔装置，具有以下优点：

1.本实用新型通过设置执行机构、定位液压缸、及动力源，在水力喷射钻孔施工前对套管内壁磨铣钻孔，这样，既替代了连续钢管下入油井实施套管开孔的工序，降低连续钢管的使用频率、延长了其使用寿命，使连续钢管可专用于油层喷射喷孔，缩短了整个水力喷射钻孔的施工时间，又实现了连续钢管一次下井就能完成对油井套管的磨铣钻孔与油层喷射钻孔的目的，另外，油井套管上所磨铣的孔洞是规则的圆孔，如此还能避免作业中出现管路被卡或高压胶管损伤的情形。

2.本实用新型在完成一次井下开孔的作业后，连续钢管可将带喷钻喷嘴的高压胶管悬停在本实用新型上方的油管内，而不需反复上提下放连续钢管，待上提油管管柱，本实用新型的装置到达下一工作层位后，即可继续实施下一位置的套管磨铣钻孔和油层喷孔作业，这样，可一次实现在套管壁开多个小孔并实施油层喷孔，降低了整体施工成本，有利于推广应用。

3.本实用新型设置的液压推靠，在工作时能顶抵在套管的内壁，起到锚定的作用，使壳体的第一开口紧贴在准备钻孔的套管壁上，防止本实用新型在悬置状态时发生晃动、抖动或移位，使钻头的作用力能完全作用在套管壁上，保证了套管钻孔的成功率，另外，该液压推靠还拓展了本实用新型的使用范围，通过其锚定在所述套管的内壁，使得本实用新型能应用于大斜度井及水平井的开孔，进一步拓展了使用范围。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的执行机构的结构示意图；

图3为本实用新型的液压回路图。

主要元件标号说明：

1      壳体        11     第一开口

12     第二开口    13     第三开口

2      执行机构    21     导向仓

211    喷钻通道    212    磨钻通道

213    容置槽      214    排屑通道

22    液压马达    23    钻头进给液压缸

24    磨铣钻头    25    万向节

26    密封圈      3     定位液压缸

4     动力源      41    外壳

42    液压泵      43    潜油电机

44    油箱        45    电池

5     液压推靠    51    密封连接件

52    推靠臂

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式：

图1为本实用新型的整体结构示意图；图2为本实用新型的执行机构的结构示意图；图3为本实用新型的液压回路图。

如图1所示，本实用新型提出的油井的井下套管壁开孔装置100，是在一中空壳体1中设置有执行机构2、定位液压缸3及动力源4，其中，所述执行机构2由上至下依次设有导向仓21、液压马达22及钻头进给液压缸23，所述导向仓21中形成有喷钻通道211和磨钻通道212，所述喷钻通道211呈光滑过度的L形，其入口端位于所述导向仓的顶部，而所述磨钻通道212为光滑过度的倒L形，其入口端位于所述导向仓的底部，且所述喷钻通道211和磨钻通道212的出口端位于所述导向仓21的相同侧，所述磨钻通道212中设置有磨铣钻头24、万向节25，所述万向节25的上端与所述磨铣钻头24相连接，其下端凸出于所述磨钻通道24的入口端并连接于所述液压马达22，所述液压马达22放置在所述钻头进给液压缸23上，所述执行机构2为一密封结构；

所述定位液压缸3顶抵于所述执行机构2的底部，并能控制所述执行机构2在所述壳体1中沿壳体的轴向移动；所述动力源4位于所述定位液压缸3的下侧，其外壳41内由上至下依次设有液压泵42、潜油电机43、油箱44及电池45，所述液压泵42与所述油箱44通过液压管路相连，且所述潜油电机43与所述电池45形成电连接，进一步地，所述潜油电机43一端与所述液压泵42相连，其另一端可固定在所述油箱44上；

所述液压泵42与所述液压马达22、钻头进给液压缸23及定位液压缸3通过液压管路连接，所述执行机构2、定位液压缸3及动力源4可密封在所述壳体1中；所述壳体1的侧壁设有一能与所述喷钻通道211及磨钻通道212的出口端相导通的第一开口11。

其中，所述油井的井下套管壁开孔装置100还包含有一液压推靠5，其位于所述定位液压缸3和所述动力源4之间，所述液压推靠5的底部通过一密封连接件51与所述动力源4相固接，且与所述动力源4的液压泵42通过液压管路相连，所述壳体1在与所述第一开口11相对的另一侧开设有第二开口12，所述第二开口12与所述液压推背5的推靠臂52相对应，所述推靠臂52能通过所述第二开口12凸伸出所述壳体1。在实际使用中，该液压推靠例如可以由一个小液压缸、机械臂构成，该机械臂可沿与壳体的中心线相垂直的方向凸伸，在工作时该液压推背的推靠臂能顶抵在套管的内壁，起到锚定的作用，使壳体一侧的第一开口紧贴在准备钻孔的套管壁上，防止本实用新型在悬置状态时发生晃动、抖动或移位，使钻头的作用力能完全作用在套管壁上，保证了套管钻孔的成功率，另外，该液压推靠还拓展了本实用新型的使用范围，通过其锚定在所述套管的内壁，本实用新型能进一步应用于大斜度井及水平井的开孔。

进一步地，如图2所示，所述导向仓21于所述磨钻通道下侧形成有一与所述磨钻通道212的入口端相连通的容置槽213，所述液压马达22及钻头进给液压缸23放置在所述容置槽213中。

另外，所述导向仓21在靠近所述磨钻通道212的入口端处开设有一向下倾斜的排屑通道214，所述排屑通道214与所述磨钻通道212相连通，所述壳体1开设有与所述排屑通道214相通的第三开口13，而在所述磨钻通道212的入口端与所述万向节25之间设置有密封圈26。在钻孔工作完成后的仿钻过程中，一部分铁屑会从壳体的第一开口11处排走，另一部分随钻具带回的铁屑及杂物则能通过排屑孔道214、第三开口13排出所述壳体1外部，以避免沉积在执行机构内而损坏其中的部件。

在上述各可行的实施例中，所述壳体1的上端连接于油管变扣，油管变扣上连接于一中空的油管管柱，使所述油管管柱与所述喷钻通道的入口端相导通，连续钢管能将带有喷钻喷嘴的高压胶管悬置在该油管管柱中，并通过该油管管柱置入所述喷钻通道。

进一步地，所述喷钻通道211的入口端形成一扩径部。在实际作业中，当连续钢管将带有喷钻喷嘴的高压胶管，由壳体上端放置于喷钻通道进行水力喷射钻孔时，该扩径部便于该高压胶管及喷钻喷嘴的进入，能进一步提高工作效率。

本实用新型提出的油井的井下套管壁开孔装置，在对油井套管进行水力喷射钻孔施工时，先由油管管柱连接下放到目的井段，其工作原理在于，当该油井的井下套管壁开孔装置接受到启动信号时，液压推靠5首先动作，即由潜油电机43驱动液压泵42工作，以将油箱44中的油液通过液压管路输送至液压推靠5，液压推靠5的推靠臂52通过壳体1的第二开口12伸出，并顶抵在套管内壁，使壳体1的第一开口11所在的一侧紧紧贴靠在预磨钻铣孔的套管内壁上，通过液压推靠5的作用力，能使本实用新型在磨铣钻孔及喷射钻孔过程中保持位置稳定，不会发生抖动或移位；当液压推靠5完成推靠后，定位液压缸3开始启动，使整个执行机构2向上移动，以将磨钻通道212的出口端对准壳体1的第一开口11；当导向仓21的磨钻通道212到达位置后，钻头进给液压缸23向上顶推动作，使液压马达22向上移动，同时液压马达22开始运转并旋转输出扭矩，而液压马达22旋转输出的扭矩，则通过万向节25沿磨钻通道212发生轴向至径向的转变，最终使磨铣钻头24通过磨钻通道212的出口端及壳体1的第一开口11在套管内壁上实施径向磨钻开孔，其中，对于磨铣钻头24的磨铣行程可以进行预选设定，比如设定为当钻头进给液压缸23的行程位移至最大值时，即完成了对套管钻孔的工序，或者是根据油井套管的壁厚进行设定等等，在此不做限定；当磨铣钻头24完成对套管钻孔后，钻头进给液压缸23开始缩回行程，使磨铣钻头24、万向节25、液压马达22组成的钻具随钻头进给液压缸23缩回至初始位置，其中，在退钻过程中，铁屑会分别从壳体1的第一开口11、第三开口13处排出，以避免沉积在执行机构内而损坏其中的部件；

当钻头进给液压缸23缩回至初始位置时，液压马达22停止旋转，同时定位液压缸3开始缩回行程，直至随定位液压缸3连动的执行机构2中导向仓21的喷钻通道211的出口端对准壳体1的第一开口11，随后，下放连续钢管，将带有喷钻喷嘴的高压胶管由油管管柱置入喷钻通道211中，并使喷钻喷嘴通过套管壁的开孔处进入油层进行水力喷射钻孔，以对油井的油层喷孔作业。

另外，在本实用新型中，待油层喷孔完毕后，连接着高压胶管的连续钢管提出并离开喷钻通道211后不用完全提出地面，而是悬停于本实用新型上方的油管管柱中即可，随后，液压推靠5收回推靠臂，地面施工人员上提油管管柱，使实用新型的油井的井下套管壁开孔装置到达下一工作层位，即可继续实施下一孔的套管钻孔和油层喷孔施工。

请一并参考图3，本实用新型的执行机构、定位液压缸3及液压推靠5的动力由动力源通过液压系统提供，其工作原理为：潜油电机43工作，驱动液压泵42给执行机构2、定位液压缸3及液压推靠5供油，油路分为四路；第一路经单向阀、换向阀和减压阀到达液压推靠5，用来对本实用新型进行定位、锚定，使本实用新型贴靠在套管内壁上；第二路经单向阀、换向阀和减压阀到达定位液压缸3，使执行机构2上移运动直至磨钻通道212对准壳体1的第一开口11；第三路经换向阀到达液压马达22，用来对液压马达22提供动力，以驱动磨铣钻头24旋转，该液压马达22上接有蓄能器，用来补充流量，避免流量不足；第四路经单向阀、换向阀、减压阀和调速阀到达钻头进给液压缸23，用来给钻头进给液压缸23提供动力，推动液压马达22、万向节25和磨铣钻头24进给动作。

本实用新型提出的油井的井下套管壁开孔装置，通过执行机构、定位液压缸、液压推靠及动力源等部件，先对套管内壁磨铣钻孔，再下入连接有高压胶管的连续钢管对油层进行喷孔作业，能满足连续钢管一次下井，就可实现在套管壁磨铣钻孔及油层水力喷射钻孔作业，而不需反复将连续钢管提出地面并更换对套管及油层开孔的工具，这样既降低连续钢管的使用频率、延长了使用寿命，又促使连续钢管可专用于油层喷孔，另外，在钻孔完成后，连续钢管不需将高压胶管及喷钻喷嘴提出地面，而是悬停于油管管柱中，待地面施工人员上提管柱，使实用新型工具到达下一工作层位后，即可继续实施下一位置的套管钻孔和油层喷孔施工，这样，可一次实现在套管壁开多个小孔并实施油层喷孔，缩短了整个水力喷射钻孔的施工时间，进而降低了整体施工成本；而液压推靠不仅起到锚定作用，还能使本实用新型应用于大斜度井及水平井的钻孔作业，进一步拓展了使用范围。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种油井的井下套管壁开孔装置，其特征在于，所述油井的井下套管壁开孔装置是在一中空壳体中设置有执行机构、定位液压缸、及动力源，其中：

所述执行机构，其由上至下依次设有导向仓、液压马达及钻头进给液压缸，其中，所述导向仓中形成有喷钻通道和磨钻通道，所述喷钻通道呈光滑过度的L形，其入口端位于所述导向仓的顶部，而所述磨钻通道为光滑过度的倒L形，其入口端位于所述导向仓的底部，且所述喷钻通道和磨钻通道的出口端位于所述导向仓的相同侧，所述磨钻通道中设置有磨铣钻头、万向节，所述万向节的上端与所述磨铣钻头相连接，其下端凸出于所述磨钻通道的入口端并连接于所述液压马达，所述液压马达放置在所述钻头进给液压缸上，该执行机构为一密封结构；

所述定位液压缸，顶抵于所述执行机构的底部，并能控制所述执行机构沿所述壳体的轴向移动；

所述动力源，位于所述定位液压缸的下侧，其外壳内由上至下依次设有液压泵、潜油电机、油箱及电池，其中，所述潜油电机与所述电池为电连接，所述液压泵与所述油箱通过液压管路相连；

所述液压泵与所述液压马达、钻头进给液压缸及定位液压缸通过液压管路连接；

所述壳体的侧壁设有一能与所述喷钻通道及磨钻通道的出口端相导通的第一开口。

2.如权利要求1所述的油井的井下套管壁开孔装置，其特征在于，所述油井的井下套管壁开孔装置还包含有一液压推靠，位于所述定位液压缸和所述动力源之间，所述液压推靠的底部通过一密封连接件与所述动力源相固接，且与所述动力源的液压泵通过液压管路相连，所述壳体在与所述第一开口相对的另一侧开设有第二开口，所述第二开口与所述液压推背的推靠臂相对应，所述推靠臂能通过所述第二开口凸伸出所述壳体。

3.如权利要求2所述的油井的井下套管壁开孔装置，其特征在于，所述导向仓于所述磨钻通道下侧形成有一与所述磨钻通道的入口端相连通的容置槽，所述液压马达及钻头进给液压缸放置在所述容置槽中。

4.如权利要求3所述的油井的井下套管壁开孔装置，其特征在于，所述导向仓在靠近所述磨钻通道的入口端处开设有一向下倾斜的排屑通道，所述排屑通道与所述磨钻通道相连通，并在所述壳体上开设有与所述排屑通道相通的第三开口。

5.如权利要求4所述的油井的井下套管壁开孔装置，其特征在于，所述磨钻通道的入口端与所述万向节之间设置有密封圈。

6.如权利要求1至5任一项所述的油井的井下套管壁开孔装置，其特征在于，所述壳体的上端通过油管变扣连接于一中空的油管管柱，所述油管管柱与所述喷钻通道的入口端相导通。

7.如权利要求6所述的油井的井下套管壁开孔装置，其特征在于，所述喷钻通道的入口端形成一扩径部。

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