多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具及使用方法与流程

文档序号:30884659发布日期:2022-07-26 21:43阅读:222来源:国知局
多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具及使用方法与流程

1.本发明涉及石油工业多分支井眼超短半径开窗侧钻定向装置和使用方法,特别是多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具及使用方法。


背景技术:

2.目前,我国大部分老油田已进入开发的中后期,主力区块压力系数越来越低,采用传统钻井方式开采经济性越来越差,在老井筒内开窗侧钻水平井是现今石油开采中经济性较高的增产手段之一。但是常规侧钻水平井的斜井段长、靶前位移大,老井近井周围剩余油无法有效动用。针对这一开发难题,近年来国内外发展了超短半径侧钻水平井技术,能以3-5m曲率半径快速钻达目的层,并钻出一定长度的水平井眼,大大节约了钻井成本,并提高了储层动用程度,但是针对多层油藏,单分支超短半径水平井在纵向上储量控制程度低,即使在同一油层也存在平面波及范围小的问题,因此需要发展超短半径多分支侧钻水平井技术,提高平面、层间“小尺度”剩余油的经济有效动用,同时在水驱油藏调整流线方面,超短半径多分支侧钻水平井可根据油藏平面非均质分布特征,通过侧钻不同方位、不同长度的水平井眼,实现均衡驱替和动用,扩大波及体积,提高采收率。
3.在现有的超短半径侧钻水平井技术中,主要分为高压水射流喷射钻井和柔性导向钻具旋转钻井两大类。中国专利zl2008101194691公布了一种径向水平钻井装置,是利用高压软管连接喷射钻头,喷射钻头喷射高压水射流破岩,形成水平井眼,该技术存在以下问题:利用这种射流喷射破岩形成的水平井井眼直径较小、孔道不规则并且由于软管的原因,水力喷射钻头前进轨迹不可控,形成的井眼轨迹也不规则,不能测量井眼轨迹,缺少适用的完井技术,出砂油藏不能防砂,井眼因为没有支撑也容易坍塌闭合,产量递减较快。
4.针对高压水射流喷射钻井技术的不足,中国专利zl2015104510629、zl2011201146271、zl2017109462512、zl2017105827546等公开了一种导向式超短半径水平井钻井方法,其钻井原理基本相似:首先坐封斜向器,坐封斜向器时采用磁定位校准深度,并以陀螺仪确定斜向器的斜面法向方位,使之与井眼设计方位角相同。坐封斜向器后采用常规开窗方法进行开窗,造斜段采用导向钻具进行钻进,导向钻具包括导向筒和柔性钻杆,其中导向筒为仿人体肘关节结构,只能以固定曲率半径向某一方向单侧弯曲,约束内部柔性钻杆进行造斜钻进。下入导向钻具时,采用陀螺仪调整导向筒的弯曲方向,使之与斜向器的斜面法向方向一致,保证超短半径造斜钻进方向与井眼设计方位相同。导向钻具主要用于超短半径造斜井段的钻进施工,造斜段完成并达到目的层后,起出导向钻具,下入水平钻具完成水平井眼钻进。该专利技术能够以3~5m曲率半径完成造斜段,快速以90度井斜进入目的层,并能水平钻进50~100m,基本能够满足超短半径水平钻井的工艺要求。但是只能在同一井筒内侧钻单分支水平井眼,无法实施超短半径多分支侧钻水平井,其技术瓶颈在于缺乏多分支井眼开窗侧钻工具。
5.要实现多分支井眼开窗侧钻必须坐封多个斜向器,现有的技术方案为采用可打捞回收的斜向器,在同一井筒的不同深度坐封多次进行开窗侧钻,最后将所有斜向器全部打
捞出井筒进行完井作业。
6.中国专利公开的相关技术装置还有以下几种:zl2014204156245公开了变径可回收斜向器;zl2010105643447公开了可回收轨道式导斜器;zl972230955公开了可回收式导向器;zl2005101352615公开了可回收式斜向器及其打捞工具;zl2010202320321公开了可捞式侧钻一体化导斜器;zl2010202320321公开了悬挂定位式可回收斜向器;zl2016201515245公开了一种连接通道自闭合的液压座封可回收斜向器。
7.上述专利技术的工作原理基本相似,其技术方案为:通过送入工具下至预定位置,打液压坐封,通过卡瓦锚定在套管内,利用工具上部的斜铁引导开窗工具磨铣套管开窗。回收时采用专用打捞工具,捞住打捞接头后施加上提力,剪断剪切销,坐封活塞回退,释放卡瓦,解除锚定,回收斜向器。
8.但是,上述技术装置若用于多分支井眼侧钻开窗施工中,则存在以下问题:斜向器本身必须设置坐封、解封机构,增加了工具的复杂程度,降低了使用可靠性,存在回收失败的风险;斜向器回收后,必须另外下一套新的斜向器在不同的深度坐封,并且斜向器每次坐封时需要下入陀螺仪确定斜向器的斜面方位,增加了施工周期,并且大幅增加了施工成本;完成多分支井眼侧钻后,最下面的分支井眼窗口缺少斜向器导引,该分支井眼不能重复再下入完井管柱。
9.因此,为实现超短半径多分支侧钻水平井并且提高多窗口开窗侧钻施工效率和施工成功率,降低作业成本,需要制造可以配套使用的开窗侧钻定向工具,克服现有技术瓶颈,达到降本增效的开发效果。


技术实现要素:

10.本发明的目的是提供多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具及使用方法,提高开窗侧钻施工效率和施工成功率,实现多窗口开窗,降低作业成本,达到降本增效的开发效果。
11.本发明的技术方案是这样实现的:多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具包括斜向固定器,斜向固定器设有导斜体、斜向器倒扣杆和卡瓦,当所述斜向固定器中的斜向器倒扣杆和斜向器扶正环被提至井外后,导斜体的导斜面能够与可回收定位器叠放,其中:可回收定位器主要由上定位体、扶正体和下定位体组成,上定位体和下定位体均设有导斜面,下定位体下部导斜面的角度与斜向固定器中导斜体导斜面的角度相同;扶正体中装有扶正块,上定位体与扶正体和下定位体通过固定销连接,上定位体中设有打捞螺纹;
上定位体与定位器倒扣杆和定位器上接头顺次连接。
12.所述扶正体中在周向上设有扶正块安装槽并且在周向上至少安装一组扶正块,扶正块的块体中设有弹簧安装孔并且装有弹簧,扶正块的两侧翼边被扣压在压片或者是压套的下面,所述的压片或者是压套通过固定销固定在扶正体中。所述扶正体的制造长度或者是连接在可回收定位器中的个数能够根据超短半径水平分支井眼一与超短半径水平分支井眼二之间在轴向上的距离调定。
13.所述可回收定位器中上定位体的导斜面与下定位体中的导斜面之间的安装方位与侧钻分支井井眼轨道的方位角相符且能够在主井眼中叠放,位于下方的可回收定位器中的上定位体中导斜面的角度与叠放其上的另一个可回收定位器中的下定位体中导斜面的角度相同;所述斜向固定器留滞在超短半径水平分支井眼一开窗窗口下方的主井眼中。
14.所述定位器倒扣杆的上端与定位器上接头螺纹连接,定位器倒扣杆的下端设有倒扣螺纹且能够与上定位体下端内圆的倒扣螺纹连接;上定位体中部内圆台阶上方设有打捞螺纹;定位器倒扣杆下部外圆设有倒扣螺纹,定位器倒扣杆插装在上定位体下部的内圆台阶内并通过倒扣螺纹连接在一起。
15.所述定位器倒扣杆的上部外圆还设有扶正环携带台阶,定位器扶正环安装在该扶正环携带台阶上方的定位器倒扣杆外面并通过定位器扶正螺钉与上定位体的导斜面固定在一起;定位器倒扣杆上部与定位器上接头螺纹连接,定位器上接头的上部内腔设有钻杆接头螺纹或油管螺纹。所述下定位体设有中心孔且上部内圆设有插接台阶,在所述插接台阶本体周向上均匀开有6个通孔并且其中有1个通孔与下部导斜面的法向方向在周向上对齐,下定位体中导斜面的下端是平面。所述扶正体下端外圆是插接外圆,在该插接外圆周向上对应下定位体中的6个通孔相应开有6个沉孔,固定销能够插入下定位体的通孔和扶正体中的沉孔中;当所述的扶正体的插接外圆插入下定位体的插接台阶时,沉孔与通孔一一对应,通过固定销对下定位体和扶正体进行固定;扶正体的上端内圆也设有插接台阶,在该插接台阶周向上也均匀开有6个通孔并且与上定位体下部的插接外圆中的沉孔一一对应且能够插入固定销;所述上定位体下部的插接外圆中有一个沉孔与上定位体导斜面的法向方向在周向上对齐;上定位体下部的插接外圆设在导斜面的下方。
16.所述斜向固定器中的两组卡瓦外壁的卡瓦牙的设置方向互为垂直。
17.使用方法,用于所述的多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具,该方法的使用步骤如下:a、在主井眼中坐封斜向固定器,利用开窗铣锥磨铣套管,在套管中形成第一个窗口,起出开窗钻具;b、下入超短半径水平钻井组合钻具侧钻出超短半径水平分支井眼一,完钻后起出钻具;c、按照超短半径水平分支井眼一与超短半径水平分支井眼二之间井眼的方位夹角,调整可回收定位器中下定位体与上定位体之间导斜面的法向夹角;d、下入可回收定位器,使下定位体叠放在斜向固定器的导斜体上面,利用开窗铣锥磨铣套管,在套管中形成第二个窗口或者依照上述c和d所述的步骤,继续在套管中形成
不同目的层或相同目的层中的下一个窗口,起出开窗钻具;e、根据施工设计,侧钻不同目的层中的超短半径水平分支井眼二或者侧钻相同目的层中的超短半径水平分支井眼二;f、在主井眼和位于最下层的超短半径水平分支井眼一中下入柔性筛管实施防砂完井。
18.所述侧钻不同目的层中的超短半径水平分支井眼二的方法是当超短半径水平分支井眼二的窗口磨铣完成后,下入的超短半径水平钻井组合钻具刚出窗口就开始造斜钻进,以米的曲率半径完成造斜段,当井斜达到90
°
时继续钻进形成超短半径水平分支井眼二。所述侧钻相同目的层中的超短半径水平分支井眼二的方法是当第一个侧钻开窗窗口完成后下入超短半径水平钻井组合钻具,柔性钻头刚出窗口即开始以3-5米的曲率半径完成造斜段,当井斜达到90
°
时继续钻进形成超短半径水平分支井眼一;当第二个侧钻开窗窗口完成后,继续利用开窗铣锥钻进并形成在纵向的长度等于2个窗口之间的纵向距离的稳斜井段后起出开窗铣锥,再次下入超短半径水平钻井组合钻具,到达稳斜井段的井底后开始以米的曲率半径完成造斜段,当井斜达到90
°
时继续钻进并形成超短半径水平分支井眼二。
19.与现有技术相比,本发明的显著使用效果在于:本发明中的斜向固定器不需要设计专用解封机构,工具设计更简单可靠,能够减少井下事故发生率。
20.采用可回收定位器开窗侧钻,可回收定位器中下定位体的导斜面与开窗侧钻窗口底部的斜向固定器的导斜体能够配合叠放。在开窗侧钻前,根据分支井眼轨道设计方位,可以预先设置好位于上方的可回收定位器中上定位体的导斜面与位于下方的斜向固定器的导斜体的方位夹角,直接摆好方位开窗定向侧钻。减少了测陀螺的施工工序,简单方便,能极大地提高施工效率。
21.可回收定位器中没有锚瓦等坐封机构,也不需要解封机构,可以直接打捞回收,工具结构简单可靠,施工成功率得到大幅提高。
22.斜向固定器留滞在第一分支井眼的下部,可以起到引导组合钻具下入的作用,保证第一分支井眼的可再入能力,后期作业实施空间大。
23.形成的多个分支井眼可以在不同方向开采同一深度的一个目的层,也可以开采不同深度的多个目的层,开采方式更加灵活,钻完井工艺适用性更高,本发明能够在主井眼中实现多窗口开窗,降低作业成本,能够达到降本增效的显著开发效果。
24.综上所述,本发明具有显著的使用效果并能产生显著的经济效益和社会效益。
附图说明
25.附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明的工作原理示意图。
26.图2是本发明开窗侧钻定向工具中的斜向固定器的结构示意图。
27.图3是本发明开窗侧钻定向工具中的可回收定位器的结构示意图。
具体实施方式
28.附图仅为参考与说明之用,并非用以限制本发明的保护范围。下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
30.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。此外,在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
31.参见图1到图3,多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具包括斜向固定器1,斜向固定器1设有导斜体1.4、斜向器倒扣杆1.5和卡瓦1.8,当所述斜向固定器1中的斜向器倒扣杆1.5和斜向器扶正环1.2被提至井外后,导斜体1.4的导斜面能够与可回收定位器2叠放,其中:可回收定位器2主要由上定位体2.5、扶正体2.7和下定位体2.11组成,上定位体2.5和下定位体2.11均设有导斜面,下定位体2.11下部导斜面的角度与斜向固定器1中导斜体1.4导斜面的角度相同;扶正体2.7中装有扶正块2.9,上定位体2.5与扶正体2.7和下定位体2.11通过固定销2.6连接,上定位体2.5中设有打捞螺纹;上定位体2.5与定位器倒扣杆2.2和定位器上接头2.1顺次连接。
32.可回收定位器2主要由下定位体2.11、扶正体2.7和上定位体2.5插接并通过固定销2.6固定成为一个整体,下定位体2.11下部的半斜面结构成为导斜面,下定位体2.11下部导斜面的角度与斜向固定器1中的导斜体1.4的角度相同,可以相互配合,实现在主井眼中多窗口开窗,降低作业成本,达到降本增效的开发效果。
33.在上述实施例一的基础上,本发明还有以下实施例:所述扶正体2.7中在周向上设有扶正块安装槽并且在周向上至少安装一组扶正块2.9,扶正块2.9的块体中设有弹簧安装孔并且装有弹簧2.10,扶正块2.9的两侧翼边被扣压在压片或者是压套2.8的下面,所述的压片或者是压套2.8通过固定销2.6固定在扶正体2.7中。压片是通过固定销盖压在扶正块安装槽两侧的片状体,压套2.8是固定在扶正块安装槽两侧扶正体2.7圈槽中的环形套,通过上述两种压紧结构,可将扶正块2.9固定在扶正体2.7中。扶正体2.7中可以设置多组扶正块2.9,在扶正体2.7的中上部外圆在周向上至少开有3
个纵向槽,中下部外圆在周向上也至少开有3个纵向槽,每个槽中安装扶正块2.9,扶正块2.9底部设计有弹簧孔,弹簧孔中放置弹簧2.10,顶紧在扶正块2.9和槽底之间,扶正块2.9两端通过压片或压套2.8压紧并通过固定销2.6紧固。扶正块2.9在弹簧2.10的支撑作用下高出扶正体2.7的外表面,在下井过程中支撑在井筒内壁上起扶正作用。当遇有卡阻时,扶正块2.9可以压缩弹簧2.10向内收缩,顺利通过卡阻位置。所述扶正体2.7的制造长度或者是连接在可回收定位器2中的个数能够根据超短半径水平分支井眼一3与超短半径水平分支井眼二4之间在轴向上的距离调定。可根据超短半径水平分支井眼一3与超短半径水平分支井眼二4之间在轴向上的距离确定扶正体2.7的加工长度、也可以通过串连扶正体2.7增加连接个数达到增加长度的目的,加长后的扶正体2.7可以在周向上安装多组扶正块2.9,以调节上定位体2.5和下定位体2.11之间的距离并以此来调节不同侧钻窗口的纵向距离。
34.所述可回收定位器2中上定位体2.5的导斜面与下定位体2.11中的导斜面之间的安装方位与侧钻分支井井眼轨道的方位角相符且能够在主井眼5中叠放,位于下方的可回收定位器2中的上定位体2.5中导斜面的角度与叠放其上的另一个可回收定位器2中的下定位体2.11中导斜面的角度相同;所述斜向固定器1留滞在超短半径水平分支井眼一3开窗窗口下方的主井眼5中。斜向固定器1可作为后续侧钻的超短半径水平分支井眼的支撑工具,留滞在超短半径水平分支井眼一3开窗窗口下方的主井眼5中。所述定位器倒扣杆2.2的上端与定位器上接头2.1螺纹连接,定位器倒扣杆2.2的下端设有倒扣螺纹且能够与上定位体2.5下端内圆的倒扣螺纹连接;上定位体2.5中部内圆台阶上方设有打捞螺纹,打捞螺纹能够是油管螺纹或者是钻杆接头螺纹,能够通过油管管柱或由钻杆连接的钻柱将可回收定位器2打捞上来;定位器倒扣杆2.2下部外圆设有倒扣螺纹,定位器倒扣杆2.2插装在上定位体2.5下部的内圆台阶内并通过倒扣螺纹连接在一起。
35.所述定位器倒扣杆2.2的上部外圆还设有扶正环携带台阶,定位器扶正环2.3安装在该扶正环携带台阶上方的定位器倒扣杆2.2外面并通过定位器扶正螺钉2.4与上定位体2.5的导斜面固定在一起;定位器倒扣杆2.2上部与定位器上接头2.1螺纹连接,定位器上接头2.1的上部内腔设有钻杆接头螺纹或油管螺纹,可以与钻杆或油管连接将本工具送入井下。定位器倒扣杆2.2中上部设有扶正环携带台阶,扶正环携带台阶上方的定位器倒扣杆2.2的外面套装有定位器扶正环2.3,定位器扶正环2.3通过定位器扶正螺钉2.4固定在上定位体2.5的导斜面上,使定位器倒扣杆2.2保持居中,利于倒扣和丢手的顺利实施。所述下定位体2.11设有中心孔且上部内圆设有插接台阶,在所述插接台阶本体周向上均匀开有6个通孔并且其中有1个通孔与下部导斜面的法向方向在周向上对齐,下定位体2.11中导斜面的下端是平面。下定位体2.11导斜面下端的平头结构,可以防止与斜向固定器1的导斜体1.4或与可回收定位器2的上定位体2.5相互配合时,因为“楔入”作用而产生自锁。所述扶正体2.7下端外圆是插接外圆,在该插接外圆周向上对应下定位体2.11中的6个通孔相应开有6个沉孔,固定销2.6能够插入下定位体2.11的通孔和扶正体2.7中的沉孔中;当所述的扶正体2.7的插接外圆插入下定位体2.11的插接台阶时,沉孔与通孔一一对应,通过固定销2.6对下定位体2.11和扶正体2.7进行固定;扶正体2.7的上端内圆也设有插接台阶,在该插接台阶周向上也均匀开有6个通孔并且与上定位体2.5下部的插接外圆中的
沉孔一一对应且能够插入固定销2.6;所述上定位体2.5下部的插接外圆中有一个沉孔与上定位体2.5导斜面的法向方向在周向上对齐;上定位体2.5下部的插接外圆设在导斜面的下方。上定位体2.5的上端为导斜面、下部的接插外圆在周向上也相应开有6个沉孔,其中1个沉孔与上部导斜面的法向方向在周向上对齐。当上定位体2.5下部的插接外圆插入扶正体2.7上端内圆的插接台阶时,沉孔与通孔一一对应,并可以插入固定销2.6固定。上定位体2.5、扶正体2.7和下定位体2.11通过固定销2.6固定时,可以在周向上每次以60
°
旋转上定位体2.5或者下定位体2.11,使不同方位的通孔与沉孔对齐安装,以此实现上定位体2.5的导斜面的法向与下定位体2.11下端导斜面的法向之间的夹角以0
°
、60
°
、120
°
、180
°
、240
°
或300
°
进行选择调整,以满足侧钻不同分支井眼时向不同的设计方位角进行套管开窗。
36.所述斜向固定器1中的两组卡瓦1.8外壁的卡瓦牙的设置方向互为垂直,即:位于上部的一组卡瓦1.8中的卡瓦牙横向设置、那么位于下方一组卡瓦1.8中的卡瓦牙就是纵向设置,反之亦然。斜向固定器1主要由导斜体1.4、液缸套1.7和液缸底座1.17通过螺纹连接而成,液缸套1.7和中心管1.11之间设置有活塞1.10和球座1.15,中心管1.11上部外圆通过螺纹与活塞1.10连接,球座1.15与中心管1.11插装在一起。球座1.15下部外圆设有限位台阶,中心管1.11中下部外圆设计有止退螺纹,球座1.15上端内腔中装有锁环1.14,锁环1.14套装在中心管1.11外部的止退螺纹上。球座1.15上部与锁环压帽1.13螺纹连接,锁环压帽1.13为锁环1.14限位,防止回退。球座1.15外部是一个倒锥形结构体,倒锥形结构体的上部外圆设置胶圈槽并装有密封件1.6,能够与液缸套1.7的内壁形成密封,球座1.15能够在液缸套1.7内上下滑动。球座1.15下部是一个中空的台阶插管构造、装配时插装在液缸底座1.17的中心孔内且能够在其中自由滑动。球座1.15下部插管内孔的上部是锥形座,可以与打压球1.16配合并实现密封。此时,活塞1.10下部的密封件1.6和球座1.15上部的密封件1.6以及液缸套1.7的内壁、中心管1.11的外壁形成压力密封腔。活塞1.10下方的中心管1.11中设有传压孔1.12,共同组成斜向固定器1的坐封机构。斜向固定器1的锚定机构为:在液缸套1.7与活塞1.10上锥面对应位置的周向上至少开有3个方孔且能够放置卡瓦1.8,卡瓦1.8的内壁为弧形锥面结构并与活塞1.10的锥形体相配合,通过卡瓦螺钉1.9将两者固定。在液缸套1.7与球座1.15的下锥面对应位置的周向上至少开有3个方孔、其内也放置卡瓦1.8。卡瓦1.8的内壁为弧形锥面结构并与球座1.15的锥形体相配合,通过卡瓦螺钉1.9将两者固定。上、下两组卡瓦1.8的外表面分别设置了在横向或纵向上相互垂直的卡瓦牙,其中一组卡瓦1.8锚定在井壁后,能够保证斜向固定器1在轴向上的固定,另一组卡瓦1.8锚定在井壁后,保证斜向固定器1在周向上的固定,有利于套管开窗作业时的支撑稳定性。导斜体1.4中间为通孔结构、下部内腔和外壁均为双台阶结构,外壁的小径台阶能够插装至活塞1.10的通孔内并通过密封件1.6密封,能够限止活塞1.10上行的工作行程。斜向器倒扣杆1.5插装在导斜体1.4的通孔内,下部的外圆台阶设计有倒扣螺纹、该倒扣螺纹的前端还留有外圆台阶且能够插入装有密封件1.6的导斜体1.4中并挤紧在导斜体1.4的内圆台阶处实现密封。导斜体1.4的内圆下部在密封件1.6上方内腔中设计有倒扣螺纹,该倒扣螺纹能够与斜向器倒扣杆1.5的倒扣螺纹连接。斜向器倒扣杆1.5中上部设计有扶正环携带台阶,该扶正环携带台阶上方的斜向器倒扣杆1.5的外面套装斜向器扶正环1.2。斜向器扶正环1.2通过斜向器扶正销钉1.3固定在导斜体1.4的导斜面上,保证斜向器倒扣杆1.5在斜向固定器1的下井过程中维持相对居中状态。斜向器倒扣杆1.5上部通过螺纹与斜向器上接头1.1
连接,斜向器上接头1.1上部内腔设有钻杆接头螺纹或油管螺纹,可以与钻柱或油管管柱连接并将斜向固定器1送入井下。下面以在直井筒中,也就是直井套管中侧钻为例,说明多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具的使用方法。
37.用于多分支井眼超短半径开窗侧钻定向工具的使用方法,该方法的使用步骤如下:a、在主井眼5中坐封斜向固定器1,利用开窗铣锥磨铣套管,在套管中形成第一个窗口,起出开窗钻具:首先在主井眼5中用钻柱连接斜向固定器1下入到设计位置,到达设计深度后通过陀螺仪调整斜向固定器1中导斜体1.4导斜面的法向方位,使之与超短半径井眼轨道的设计方位一致后起出陀螺仪。坐封斜向固定器1,坐封前,先从钻柱中投入打压球1.16,打压球1.16落于球座1.15中下部的锥形座上面实现上部空间的密封。从钻柱内打液压,压力通过中心管1.11上的传压孔1.12传递至由液缸套1.7与安装在球座1.15外圆和活塞1.10外圆的密封件1.6共同形成的密封腔内,压力作用于球座1.15、活塞1.10和打压球1.16形成的密封截面上。首先剪断卡瓦螺钉1.9,球座1.15带动锁环压帽1.13下行,锁环压帽1.13推动锁环1.14在中心管1.11的止退螺纹上向下移动,并将中心管1.11锁紧防止退回。同时球座1.15中的卡瓦螺钉1.9被剪断,球座1.15的倒锥形结构体向外挤压卡瓦1.8并咬入套管内壁实现支撑。球座1.15下部的插管结构在液缸底座1.17的中心孔中向下穿行,一方面起到扶正居中作用,另一方面球座1.15插管上部的止退台阶起限位作用。与此同时,液压作用于活塞1.10内外两组密封件1.6形成的密封截面上,首先活塞1.10剪断卡瓦螺钉1.9开始上行,活塞1.10带动中心管1.11上行,活塞1.10和球座1.15拉开的距离通过中心管1.11上的止退螺纹和锁环1.14限止,同时活塞1.10的倒锥形结构体向外挤压卡瓦1.8咬入套管内壁实现支撑。上、下两组卡瓦1.8外表面的卡瓦牙的设置方向分别设计成横向或纵向、锚定在套管壁后既能保证斜向固定器1轴向上的固定,又能保证斜向固定器1周向上的固定,利于套管开窗作业时的支撑稳定性。充分坐封锚定后,下压钻柱验证坐封可靠性,坐封成功后,泄掉钻柱中的液压,正转钻柱,上部钻杆通过斜向器上接头1.1带动斜向器倒扣杆1.5转动,斜向器倒扣杆1.5通过底部的倒扣螺纹与导斜体1.4丢手脱开,斜向器扶正环1.2能保证斜向器倒扣杆1.5始终居中转动,提高倒扣成功率。倒扣成功后将斜向器上接头1.1和斜向器倒扣杆1.5起出主井眼5,斜向器倒扣杆1.5上部的扶正环携带台阶将斜向器扶正环1.2一起带出井筒。下入开窗铣锥,在导斜体1.4的支撑和约束下磨铣套管,向超短半径井眼的设计方位开窗后,起出开窗钻具。
38.b、下入超短半径水平钻井组合钻具侧钻出超短半径水平分支井眼一3,完钻后起出钻具:下入超短半径水平钻井组合钻具,自下而上包括柔性钻头+柔性稳斜扶正器+柔性钻杆+转换接头+常规钻杆,参见专利申请号为202011588794.x的“一种超短半径水平钻井柔性钻柱及施工方法”。当组合钻具到达套管的窗口位置时,缓慢下放钻具,柔性钻头触及导斜体1.4的斜面后,轻加钻压,导斜体1.4的斜面向柔性钻头施加侧向反作用力,该侧向反作用力与超短半径井眼轨道设计方位相同,迫使柔性钻头侧向弯曲,弯曲方向朝向超短半径井眼轨道的设计方位,开始钻进并完成超短半径水平分支井眼一3,起出超短半径水平钻井组合钻具。
39.c、按照超短半径水平分支井眼一3与超短半径水平分支井眼二4之间井眼的方位
夹角,调整可回收定位器2中下定位体2.11与上定位体2.5之间导斜面的法向夹角;d、下入可回收定位器2,使下定位体2.11叠放在斜向固定器1的导斜体1.4上面,利用开窗铣锥磨铣套管,在套管中形成第二个窗口或者依照上述c和d所述的步骤,继续在套管中形成不同目的层或相同目的层中的下一个窗口,起出开窗钻具;e、根据施工设计,侧钻不同目的层中的超短半径水平分支井眼二4或者侧钻相同目的层中的超短半径水平分支井眼二4:下入超短半径水平钻井组合钻具,侧钻出超短半径水平分支井眼二4以及下一个超短半径水平分支井眼,完钻后起出钻具。
40.现以超短半径水平分支井眼一3和超短半径水平分支井眼二4的方位夹角180
°
为例,描述超短半径水平分支井眼二4的钻进过程。首先在组装可回收定位器2时,调整下定位体2.11和上定位体2.5中导斜面的法向方向,使两者法向方向夹角为0
°
,并通过固定销2.6固定。利用钻杆连接定位器上接头2.1,将可回收定位器2下入井中套管内,将下定位体2.11的导斜面和留在井中的斜向固定器1中的导斜体1.4的斜面贴合在一起,即两者的斜面的法向方向夹角为180
°
。此时上定位体2.5导斜面的法向方向与导斜体1.4导斜面的法向方向也成180
°
夹角。下定位体2.11下部的导斜面下端的平头结构,防止楔入在导斜体1.4的导斜面和井筒之间产生自锁给后期打捞带来困难。扶正体2.7上设置的扶正块2.9通过弹簧2.10向外顶紧,高出扶正体2.7的外表面,其最大外径大于套管内壁,可以支撑在套管内壁上,起扶正居中作用。适当下压钻柱探底,确定可回收定位器2到位后,正转钻柱,上部钻杆通过定位器上接头2.1带动定位器倒扣杆2.2转动,定位器倒扣杆2.2通过底部的倒扣螺纹与上定位体2.5丢手脱开,定位器扶正环2.3能保证定位器倒扣杆2.2始终居中转动,提高倒扣成功率。倒扣成功后将定位器上接头2.1和定位器倒扣杆2.2起出井筒,定位器倒扣杆2.2上部的扶正环携带台阶将定位器扶正环2.3一起带出井筒。
41.下入开窗铣锥,在上定位体2.5的支撑和约束下磨铣套管、开窗,因上定位体2.5的导斜面法向方向与导斜体1.4的法向方向相反,此时的开窗方向与超短半径水平分支井眼一3的方向成180
°
夹角,开窗完成后起出开窗钻具。下入超短半径水平钻井组合钻具开始钻进,完成超短半径水平分支井眼二4后,起出超短半径水平钻井组合钻具。超短半径水平分支井眼一3和超短半径水平分支井眼二4的窗口之间的纵向距离可以通过调节扶正体2.7的长度来实现,也可以通过安装不同数量的扶正体2.7来实现。超短半径水平分支井眼一3和超短半径水平分支井眼二4之间的方位夹角可以通过调节上定位体2.5和下定位体2.11之间的导斜面法向夹角来实现。
42.f、在主井眼5和位于最下层的超短半径水平分支井眼一3中下入柔性筛管实施防砂完井。
43.所述侧钻不同目的层中的超短半径水平分支井眼二4的方法是,当超短半径水平分支井眼二4的窗口磨铣完成后,下入的超短半径水平钻井组合钻具刚出窗口就开始造斜钻进,以3-5米的曲率半径完成造斜段,当井斜达到90
°
时继续钻进形成超短半径水平分支井眼二4。具体施工方式如下:当超短半径水平分支井眼二4需要的套管开窗窗口磨铣完成后,下入超短半径水平钻井组合钻具,自下而上包括柔性钻头+柔性稳斜扶正器+柔性钻杆+转换接头+常规钻杆。当组合钻具到达开窗窗口位置时,缓慢下放钻具,柔性钻头触及上定位体2.5的导斜面后,轻加钻压,迫使柔性钻头朝向超短半径井眼轨道的设计方位弯曲,开始钻进。即刚出开窗窗口就开始以3-5米的曲率半径完成造斜段,当井斜达到90
°
时继续钻
进形成水平分支井眼。这样形成的超短半径水平分支井眼一3和超短半径水平分支井眼二4在纵向的距离等于2个窗口之间的纵向距离,可以开采不同深度的目的层。
44.所述侧钻相同目的层中的超短半径水平分支井眼二4的方法是,当第一个侧钻开窗窗口完成后下入超短半径水平钻井组合钻具,柔性钻头刚出窗口即开始以3-5米的曲率半径完成造斜段,当井斜达到90
°
时继续钻进形成超短半径水平分支井眼一3;当第二个侧钻开窗窗口完成后,继续利用开窗铣锥钻进并形成在纵向的长度等于2个窗口之间的纵向距离的稳斜井段后起出开窗铣锥,再次下入超短半径水平钻井组合钻具,到达稳斜井段的井底后开始以3-5米的曲率半径完成造斜段,当井斜达到90
°
时继续钻进并形成超短半径水平分支井眼二4。超短半径水平分支井眼一3和超短半径水平分支井眼二4也可以开采同一个目的层,如上所述:当第一个窗口完成后,下入超短半径水平钻井组合钻具,刚出窗口即开始以3-5米的曲率半径完成造斜段,当井斜达到90
°
时继续钻进形成超短半径水平分支井眼一3。当第二个侧钻开窗窗口完成后,继续利用开窗铣锥钻进并形成一定长度的稳斜井段,该稳斜井段在纵向的长度等于2个窗口之间的纵向距离,然后起出开窗铣锥,下入超短半径水平钻井组合钻具,到达稳斜井段的井底才开始以3-5米的曲率半径完成造斜段。当井斜达到90
°
时继续钻进形成超短半径水平分支井眼二4,这样形成的超短半径水平分支井眼一3和超短半径水平分支井眼二4处于同一深度,可以在不同的方向开采同一目的层。
45.以此类推,可以再次下入一组或多组可回收定位器2,开窗侧钻形成不同方位角、不同深度的能够用于不同目的层或相同目的层的超短半径水平分支井眼。打完所有分支井眼后,下入打捞工具,与可回收定位器2中上定位体2.5的打捞螺纹连接,上提即可将可回收定位器2与斜向固定器1脱离并打捞出井筒。依次打捞出所有可回收定位器2,只将最底部的斜向固定器1留在主井眼5中。然后下入柔性防砂筛管,柔性防砂筛管在底部的斜向固定器1的导向作用下能顺利下入超短半径水平分支井眼一3中,上部的防砂筛管则通过尾管悬挂器悬挂于主井眼5中,并且尾管悬挂器位于最上面的分支井眼之上,以此实现主井眼5及第一个分支井眼,即图中超短半径水平分支井眼一3的防砂完井。
46.上面叙述的实施例仅仅为典型实施例,但本发明不仅限于这些实施例,本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的创造精神和创造理念之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。因此,保护范围不仅限于上文的说明。
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