CN2080987U - 强制导向式造斜器 - Google Patents

Abstract

本强制导向式造斜器为钻探井中套管开窗侧钻 的专用器具，采用槽式单角度直导斜面或槽式变角度 弧形导斜面和能沿槽滚动的导向球对开窗钻头施行 强制导引，使开窗钻头不接触导斜面。在钻头进行磨 铣开窗侧钻时，只磨套管不磨导斜面，磨损减少，使用 寿命延长；钻头对造斜器的作用力矩很小，侧钻成功 率提高。导斜角逐渐变化的变角度导斜面，利于平滑 开窗和加大侧钻井眼与原井眼方向的夹角。该强制 导向式造斜器可重复使用。

Description

本实用新型涉及一种强制导向式造斜器，属于石油和天然气钻探井中套管开窗侧钻的专用器具。

在石油和天然气钻探井中所用的开窗侧钻器具中，造斜器是个很重要的器具。公知的一种分两次下入井内工作的开窗侧钻系统，包括领眼钻头，造斜器，联结器，封隔器和开窗钻头等。使用时，先把封隔器下入井内，在套管中坐封好后，再通过钻杆把领眼钻头和靠联结肖与之相联结的造斜器，及装在造斜器底部的联结器一起下入井内。当联结器坐入封隔器并被联结器锁定好后，上提钻杆，领眼钻头与造斜器之间产生剪切力，剪断联结肖，领眼钻头与造斜器脱开。翌后，钻杆再下行，使领眼钻头依靠其上的导向柱，沿造斜器的导斜面行进，偏向套管一侧磨铣套管。在领眼钻头磨到其导向柱快接近套管内壁时，改用开窗钻头，循领眼钻头开出的孔眼继续磨铣，实现开窗侧钻。目前，由于现有技术中用的开窗钻头没有强制导向元件，造斜器的导斜面也只是一个单角度的直导斜面，使开窗侧钻存在下述缺陷：

1.开窗钻头在开窗过程中，既对套管磨出窗口，还会因其无强制导向元件而使造斜器的导斜面被部分磨铣。同时，导斜面上敷焊的硬质合金粉末又会使钻头自身磨损加剧，导致开窗效率降低，使套管上开出的窗口不规则，须进行窗口的修整。

2.现行造斜器承受钻头磨削时，造斜器必然要承受钻头所施加的切削力矩，这力矩有可能使造斜器转动或产生振动，从而使侧钻失败。

3.现行造斜器的导斜面的角度，一般仅为2.5－3度，且是一开始就要达到一定角度，沿导斜面固定不变。这种平直的单角度导斜面，限制了侧钻井眼与原井眼方向之间的夹角不能加大。

鉴于上述现有技术存在的问题，本实用新型目的是提供一种强制导向式造斜器，同与之相匹配的开窗钻头相配合，以克服上述现有技术中的缺陷，使开窗钻头工作时只磨套管不磨导斜面，使用寿命延长，造斜器产生转动或振动的几率大大减少，更大地提高侧钻成功率，开出的窗口形状规则；又能根据开窗侧钻方向的需要，采用单角度或变角度的导斜面，以适于钻具的下入井内或由井内取出。

为了实现上述目的，本实用新型强制导向式造斜器主要技术要点在于造斜器本体的导斜面根据开窗侧钻方向的要求做成纵剖面为平直的单角度导斜面或弧形的变角度导斜面；采用槽式导斜面和能沿槽滚动的导向球对开窗钻头施行强制导向，使开窗钻头磨铣时不接触导斜面，按规定方向进行开窗侧钻。其特征在于造斜器本体内侧的导斜面制有导引槽，为槽式导斜面，本体上部钻有与导引槽相通的通道，本体下部钻有与导引槽相通的孔道和泄屑孔。在上述邻近导引槽的通道口处放置着导向球，依次在通道内安放着弹簧和调节螺钉，该导向球起始时靠导引槽外侧凸起内部安置的牵引组件制动，静止不动。换用开窗钻头进行开窗侧钻时，消除制动，导向球便在通道口内弹簧的作用下进入开窗钻头切削部后部的园弧槽与造斜器导引槽构成的空间，受裹并将开窗钻头与导斜面隔离开，在导引槽滚动边缘固定的“┏”型限位板的限位和支撑下，随开窗钻头的行进沿导引槽滚动。由于槽式导斜面和导向球的强制导引，以及导向球将开窗钻头与导斜面分隔开，使开窗钻头在进行开窗侧钻时，能自由转动地沿导斜面规定的方向行进，实现只磨套管不磨导斜面，按规定方向进行开窗侧钻。

本实用新型可用下面的附图进一步说明。

图1是本实用新型强制导向式造斜器和开窗钻头的纵向剖视图。

图2是图1的A－A平面截取的剖视图。

图3是本实用新型强制导向式造斜器采用单角度直导斜面时的纵向剖视图。

图4是图3的左视图。

图5是图3的A－A平面截取的剖面图。

图6是本实用新型强制导向式造斜器做成变角度弧形导斜面时的纵向剖视图。

图7是图6的左视图。

图8是图6的C－C平面截取的剖面图。

图9是本实用新型采用单角度直导斜面时，导向球、限位板和牵引组件等的安装示意图。

图10是图9的A－A平面截取的剖视图，表示了单角度导斜面时导向球处于通道口时各元件之间的相互关系。

图11是图9的B－B平面截取的剖视图，表示了导向球位于直线形导向槽中各元件之间的相互关系。

图12是图9的C－C平面截取的局部剖视图。

图13是图9的D－D平面截取的局部剖视图。

图14是本实用新型采用变角度弧形导斜面时，导向球、限位板和牵引组件等的安装示意图。

图15是图14的A－A平面截取的剖视图，表示了变角度导斜面时导向球处于通道口时各元件之间的相互关系。

图16是图14的B－B平面截取的剖视图，表示了导向球位于弧形导向槽中各元件之间的相互关系。

图17是图14的C－C平面截取的局部剖视图。

图18是图14的D－D平面截取的局部剖视图。

图19是本实用新型强制导向式造斜器下入井内进行领眼开窗的工作示意图。

在这些附图中，相同的编号表示相同的元件。

下面结合附图详细说明本实用新型及其实施例。

本实用新型强制导向式造斜器由造斜器本体（1）、导斜面、导引槽（8）、导向球（4）、“┏”形型限位板（20）和牵引组件等构成。结合附图9，参看附图1和附图2，造斜器本体（1）内侧为槽式导斜面，制有两条导引槽（8），槽内两侧边壁焊接或铆接有“┏”型薄金属限位板（20）。本体上部每条导引槽（8）顶端内壁处钻有与槽相通的通道，两通道口处各安放着一个导向球（4），再在各通道内依次安装着弹簧（3）和调节螺钉（2）。导向球（4）为耐磨抗挤压的尺寸适宜的金属园球，如钢球。该导向球（4），起始时位于通道口处，低于造斜器本体的导斜面，被挡肖（5）挡阻不会沿导引槽（8）下行。当换用开窗钻头（G）进行工作时，由于开窗钻头（G）对牵引组件的作用，使挡肖（5）的阻挡消除，导向球（4）便在弹簧（3）的作用下，进入开窗钻头（G）切削部后部的园弧槽（17）与造斜器的导引槽（8）构成的空间，受裹并将开窗钻头（G）与导斜面隔开，随开窗钻头（G）的行进沿导引槽（8）滚动。导向球（4）在滚动过程中，靠导引槽（8）边缘固定的“┏”型限位板（20）限位和支撑。为了保证开窗钻头（G）在开窗侧钻中不磨造斜器本体（1），导向球（4）的直径大于导引槽（8）深度和开窗钻头园弧槽（17）深度之和，通常应大于3毫米。造斜器本体（1）下部钻有与每条导引槽（8）底端孔道（10）相通的泄屑孔（11）、（12），用以泄出钻头磨铣时产生的磨屑。

本实用新型强制导向式造斜器的导斜面可依需要做成单角度的直导斜面，也可以做成变角度的弧形导斜面。参看附图3至5，导斜面为单角度直导斜面时，导斜器本体（1）及导引槽（8）的纵剖面为直线形，导斜角沿导斜面长度方向固定不变。结合参看附图9至13，导引槽（8）内壁谷底依次相接地焊接着或用螺钉紧固着分段加工制成的导引垫块（9），导引槽（8）两外侧凸起部为整体式的，该凸起部上部内制有滑道和“T”形槽，用以安放牵引组件。参看附图6至8，导斜面为变角度弧形导斜面时，造斜器本体（1）及导引槽（8）的纵剖面为弧形的，导斜角随导斜面长度方向弧度大小而变化。结合参看附图14至18，导引槽（8）内壁谷底也依次相接地焊接着或用螺钉紧固着分段加工制成的导向垫块（9）；导引槽（8）两外侧凸起部为镶接式的，该外侧凸起部由分段加工制成的弧形镶边（24）、（25）镶接而成，用来安放牵引组件的滑道和“T”形槽，则开在导引槽（8）上部的镶边（24）内。

本实用新型强制导向式造斜器的制动导向球的牵引组件，由固定挡块（7）、拉杆（6）、滑块（23）、小球（21）、挡肖（5）和柔性钢丝（22）等组成，固定挡块（7）一端有螺纹，拉杆（6）、滑块（23）和小球（21）均钻有园孔。如前所述，该牵引组件安放在导引槽（8）上部外侧凸起部上部内或镶边（24）内的“T”形槽和滑道中。参看附图9至13或附图14至18，固定挡块（7）螺纹端穿过拉杆（6）的园孔，依靠螺纹将其和拉杆（6）一起固定在“T”形槽中适当位置处。拉杆（6）另一端穿过滑块（23）并与柔性钢丝（22）连结。该柔性钢丝（22）另一端穿过数颗小球（21）与挡肖（5）相连。小球（21）分布在“T”形槽和滑道中适当位置处，挡肖（5）座落在邻近导引槽（8）的通道口，伸向位于通道口处的导向球（4），用以暂时阻挡导向球（4）进入导引槽（8）。在换用开窗钻头（G）工作后，固定挡块（7）于开窗钻头（G）的行进过程中受挤推，靠剪切力剪断其螺纹端后，随开窗钻头（G）向前滑行，牵动其它各牵引组件沿“T”形槽和滑道滑动，使挡肖（5）离开滑道口进入滑道内，不再阻挡导向球（4）。固定挡块（7）被挤滑在“T”形槽末端不能再滑动时，其高出导引槽（8）外侧凸起部或镶边（24）的部分则被继续行进的开窗钻头（G）磨铣掉。

本实用新型强制导向式造斜器通过钻杆和领眼钻头送入井内，依靠联结器固定在井内适宜位置处。参看附图19，结合参看附图3和6，本造斜器依靠联结肖（27），使造斜器本体（1）顶部与钻杆（A）下端相连的领眼钻头（B）联结；依靠钻杆接头螺纹，使造斜器本体（1）下部与联结器（E）固接。

参看附图19，使用强制导向式造斜器时，把领眼钻头（B）、强制导向式造斜器（D）和联结器（E）事先联结好，通过钻杆（A）一起下入井内。待联结器（E）坐入井内的封隔器（F）并被联结锁紧好，强制导向式造斜器（D）被固定好后，上提钻杆（A），剪断联结肖（27），再使钻杆（A）下行，领眼钻头（B）在导向柱（C）作用下进行磨铣开窗。适当尺寸的领眼钻头导向柱，使得领眼钻头（B）磨铣套管时，导向柱（C）不触及固定挡块（7）和“┏”形薄金属限位板（20），导向球（4）仍保持在通道口原位置处。当领眼钻头（B）磨到其导向柱（C）快接近套管（H）内壁时，就换用开窗钻头（G）继续循领眼钻头（B）开出的孔眼磨铣套管（H），进行开窗侧钻。

参看附图1，改用开窗钻头（G）后，在该开窗钻头（G）进行到接触固定挡块（7）的位置时，开窗钻头（G）的园弧槽（17）恰好对着导向球（4）。结合参看附图12和17，如前所述，随着开窗钻头（G）的继续行进，挡肖（5）等牵引组件进入滑道和“T”形槽内，导向球（4）失去挡肖（5）的限制，在弹簧（3）的作用下落入开窗钻头的园弧形槽（17）和造斜器导向槽（8）间构成的空间内，在开窗钻头（G）的强制作用和“┏”形薄金属限位板（20）的限位和支撑下，同步地随开窗钻头（G）沿导引槽（8）内导向垫块（9）的导斜面滚动前进。此后，开窗钻头（G）则在造斜器的两条导引槽（8）的导斜面和两个金属导向球（4）的强制导向下，边转动边沿着导向垫块（9）的导斜面所规定的轨迹前进，实现开窗侧钻。在整个开窗过程中，磨铣产生的磨屑，一部分进入导引槽（8），由泄屑孔（11）、（12）泄出，沉积在造斜器本体（1）和套管（H）之间的环形空间。钻井泥浆经开窗钻头（G）中心孔（13）喷出，沿水槽（14）冷却钻头的切削刃（15），到达环形槽（16）后，再经6个上返水眼（18）返回钻头上部环形空间。

综上所述，采用本实用新型强制导向式造斜器和与之相配合的开窗钻头进行开窗侧钻，具有下述优点：

1.由于强制导向式造斜器具有槽式导斜面，导引槽（8）内又放置着能够沿槽滚动，并将开窗钻头（G）与造斜器本体（1）分隔开的导向球（4），对开窗钻头（G）和钻具等进行强制导引，不论造斜器本体（1）的导斜面是单角度直导斜面或是变角度弧形导斜面，或其它形状，开窗钻头（G）均可在导引槽（8）和导向球（4）的强制导引下，沿导向垫块（9）的导斜面的轨迹顺利前进，既能使开窗钻头（G）工作时只磨套管（H）不磨造斜器本体（1），磨损减少，延长使用寿命；又保护了造斜器本体（1）不受损害，从井中起出后还能继续使用；还能实现平滑开窗，窗口形状规则。

2.由于钻头不直接磨造斜器，钻头对造斜器的作用力矩很小，消除了使造斜器可能转动或振动而引起的侧钻失败，有利于提高侧钻的成功率。

3.采用变角度弧形导斜面时，可以根据所需开窗侧钻方向及井内钻具弯曲特性的曲线设计制造导斜面，可以设计与做成使起始开窗处有较小的导斜角，即原井眼与导斜方向之间的起始角度变化平缓，领眼钻头（B）开始时偏离井眼中心线的角度较小，起始导斜处的导斜方向与原井眼方向平滑过渡，近于相切；也可以设计做成使导斜角度逐步变化，利于钻杆弯曲、开窗钻头（G）的下入和取出，保护开窗窗口，还可以达到加大侧钻井眼与原井眼方向夹角的目的，保证所需开窗侧钻方向。

Claims (6)

1、一种强制导向式造斜器，可通过钻杆(A)和领眼钻头(B)送入井内，依靠联结器(E)和封隔器(F)固定在井内适宜位置处，其特征在于造斜器本体(1)内侧的导斜面制有导引槽(8)，为槽式导斜面，本体(1)上部钻有与导引槽(8)相通的通道，本体(1)下部钻有与导引槽(8)底端孔道(10)相通的泄屑孔(11)、(12)，邻近导引槽(8)的通道口处放置着导向球(4)，依次在通道内安放着弹簧(3)和调节螺钉(2)，导向球(4)起始时靠导引槽(8)外侧凸起部内安置的牵引组件制动静止不动，换用开窗钻头(G)进行开窗侧钻时，消除制动，导向球(4)便在通道内弹簧(3)的作用下进入开窗钻头(G)切削部后部的园弧槽(17)与造斜器的导引槽(8)构成的空间，受裹并将开窗钻头(G)与造斜器的导斜面隔离开，在导引槽(8)边缘固定的“┌”形限位板(20)的限位和支撑下随开窗钻头(G)的行进沿导引槽(8)滚动。

2、按照权利要求1所述的强制导向式造斜器，其特征在于槽式导斜面制有两条导引槽（8），每条导引槽（8）顶端内壁相邻的通道口处放置的导向球（4）为一个，该导向球（4）是耐磨抗挤压的尺寸适宜的金属园球，其直径大于导引槽（8）深度和开窗钻头（G）园弧槽（17）深度之和，位于通道口外静止不动时低于造斜器本体（1）的导斜面。

3、按照权利要求1或2所述的强制导向式造斜器，其特征在于造斜器本体（1）及导引槽（8）的纵剖面为直线形，导斜角沿导斜面长度方向固定不变，在导引槽（8）内壁谷底依次相接地紧固着导向垫块（9），导引槽（8）两外侧做成整体式的凸起部，该凸起部上部内制有滑道和“T”形槽，用以安放牵引组件。

4、按照权利要求3所述的强制导向式造斜器，其特征在于牵引组件由固定挡块（7）、拉杆（6）、滑块（23）、小球（21）、挡肖（5）和柔性钢丝（22）等组成，固定挡块（7）一端有螺纹，拉杆（6）、滑块（23）和小球（21）均钻有园孔，固定挡块（7）螺纹端穿过拉杆（6）的园孔，依靠螺纹将其和拉杆（6）一起固定在“T”形槽中适当位置处，拉杆（6）另一端穿过滑块（23）并与柔性钢丝（22）连结，该柔性钢丝（22）另一端穿过数颗小球（21）与挡肖（5）相连，小球（21）分布在“T”形槽和滑道中适当位置处，挡肖（5）座落在邻近导引槽（8）的通道口，伸向位于通道口处的导向球（4），用以暂时阻挡导向球（4）进入导引槽（8），固定挡块（7）在受到开窗钻头（G）推挤剪断其螺纹端后，随开窗钻头（G）向前滑行，牵动其它各牵引组件沿“T”形槽和滑道滑行，使挡肖（5）进入滑道内，消除对导向球（4）的制动。

5、按照权利要求1或2所述的强制导向式造斜器，其特征在于造斜器本体（1）及导引槽（8）的纵剖面为弧形，导斜角随导斜面长度方向弧度大小而变化，在导引槽（8）内壁谷底依次相接地紧固着导向垫块（9），导引槽（8）外侧镶边（24）（25）做成镶接式的凸起部，该镶接式凸起部的镶边（24）内制有滑道和“T”形槽，用以安放牵引组件。

6、按照权利要求5所述的强制导向式造斜器，其特征在于牵引组件由固定挡块（7）、拉杆（6）、滑块（23）、小球（21）、挡肖（5）和柔性钢丝（22）等组成，固定挡块（7）一端有螺纹，拉杆（6）、滑块（23）和小球（21）均钻有园孔，固定挡块（7）螺纹端穿过拉杆（6）的园孔，依靠螺纹将其和拉杆（6）一起固定在“T”形槽中适当位置处，拉杆（6）另一端穿过滑块（23）并与柔性钢丝（22）连结，该柔性钢丝（22）另一端穿过数颗小球（21）与挡肖（5）相连，小球（21）分布在“T”形槽和滑道中适当位置处，挡肖（5）座落在邻近导引槽（8）的通道口，伸向位于通道口处的导向球（4），用以暂时阻挡导向球（4）进入导引槽（8），固定挡块（7）在受到开窗钻头（G）推挤剪断其螺纹端后，随开窗钻头（G）向前滑行，牵动其它各牵引组件沿“T”形槽和滑道滑行，使挡肖（5）进入滑道内消除对导向球（4）的制动。

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