专利名称：径向水平钻井转向装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种径向水平钻井转向装置。
径向水平井技术又称超短半径水平井技术，它是利用高压钻井液作动力，将前端带有喷射钻头的钢管(即钻管)以极短的弯曲半径通过转向装置实现从垂直到水平的转向并向岩层送进，同时利用锥形旋转射流进行喷射破岩的一项钻井新技术。该项技术可在油层的一个层面或多个层面钻成辐射状的径向井眼，因而能显著增大油层的裸露面积，达到油井增产的目的。径向水平井技术特别适合于薄油层的开采，对垂直裂缝性油层及沿纵向、斜向断层发育的油层开采亦具有特殊的功效。但是，从目前所检索和查阅到的国内外技术资料和专利来看，对转向装置的介绍和设计还不尽人意。美国专利US4693327S是一种机械提拉式转向装置。该装置中间装有作为支点用的锚定器，高压V形密封装在转向装置的上部，整套装置的转向和收直动作靠在井口提拉和下放油管柱来完成，井口操作和井下定位异常繁琐。该锚定器锚住的只是转向装置的外管，与油管柱相连的内管由井口悬挂，在现场作业时，由于油管柱很长，在高压(达70Mpa)钻井液的作用下，油管柱会变形伸长，使内管向下运动，导致转向机构伸直，影响转向轨迹。此外，高压V形密封离转向装置的出口较远，导致钻井液在钻管内的水力损失加大，并使钻管在岩层内的有效进尺相应减少。美国专利US4763734介绍了一种类似专利US4693327S的装置和工艺，基本上是广告性的图片，没有任何结构的具体说明。
本实用新型的目的就是根据石油油气层径向钻井工艺需要，针对现有转向装置存在的缺点，提供一种新的径向水平钻井转向装置，使之充分利用液压能，简化地面操作程序和井下定位测试工艺，克服油管柱打压伸长带来的对转向轨迹的影响，并增加钻管的有效进尺。
在液力作用下，该装置不仅能驱动钻管(13)，使之通过转向机构(II)后水平进入岩层，而且可借助作用于执行机构(I)的液力迫使转向机构(II)以极短的弯曲半径转向(图2)，并使之保持该状态直到液压泄载为止。其主要结构特点是转向机构(II)位于执行机构(I)的提拉筒(8)内，两机构依靠中心接管(6)和提升销(11)来连接。当钻管(13)下入井中穿过柱塞(1)下部的V形密封(4)后，向油管内泵入钻井液，这时，在柱塞(1)与缸筒(2)之间形成一个液力作用区，在液力作用下缸筒(2)相对柱塞(1)向上运动，从而提起校直架(12)和转向架(10)，使校直架(12)保持在水平状态。钻完水平井眼后，将钻管(13)向上抽出V形密封(4)，柱塞(1)与缸筒(2)之间的液压泄载，缸筒(2)连同提拉筒(8)在自重和压缩弹簧(7)弹力的作用下相对柱塞(1)向下运动，迫使校直架(12)和转向架(10)伸直进入提拉筒(8)内。与背景技术相比，使用该套装置，能充分利用液压能，简化地面操作程序和井下定位测试工艺，克服油管柱打压伸长带来的对转向轨迹的影响，并增加钻管的有效进尺。
下面通过实施例及其附图对本实用新型详细加以说明附
图1是本实用新型转向装置在自然状态(伸直状态)下的剖视图。
附图2是本实用新型转向装置在工作状态(转向状态)下的剖视图。
本实用新型转向装置由执行机构(I)和转向机构(II)组成(
图1)。执行机构(I)位于转向机构(II)的上部，它由缸筒(2)、柱塞(1)、活塞(5)、提拉筒(8)及压缩弹簧(7)组成。缸筒(2)的下端与提拉筒(8)的上端相连，共同构成相对运动管柱。柱塞(1)上端连接系统油管柱，下端与活塞(5)上端相连，共同构成相对静止管柱。柱塞(1)下部装有V形密封(4)；在柱塞(1)上靠近V形密封(4)部位开有进液小孔(3)，便于转向装置转向或伸直时进液或泄压。压缩弹簧(7)安装在活塞(5)下端与提拉筒(8)上部之间。转向装置转向时，缸筒(2)、提拉筒(8)相对于柱塞(1)、活塞(5)向上运动，压缩弹簧(7)被压缩，储存一定的势能，并缓冲提拉筒(8)上端面对活塞(5)下端面的冲击；转向装置伸直时，在压缩弹簧(7)弹力和缸筒(2)、提拉筒(8)的自重作用下，缸筒(2)、提拉筒(8)相对柱塞(1)、活塞(5)向下运动，迫使转向机构(II)伸直进入提拉筒(8)内。转向机构(II)位于提拉筒(8)内由过渡架(9)、转向架(10)和校直架(12)组成。过渡架(9)的上端与中心接管(6)连接，过渡架(9)与转向架(10)、转向架(10)与转向架(10)以及转向架(10)与校直架(12)之间的连接都采用铰链机构。校直架(12)与提拉筒(8)之间用提升销(11)连接。为了便于转向，提升销(11)中心相对管柱中心线有一偏心矩。
本实用新型的工作过程如下当钻管(13)下入井中，通过柱塞(1)下部的V形密封(4)后，向油管与钻管(13)之间的环空泵入钻井液，此时钻井液由进液小孔(3)进入柱塞(1)与缸筒(2)之间的环形空间，在液力作用下缸筒(2)相对柱塞(1)向上运动，从而提起校直架(12)和转向架(10)，使转向架处于弯曲状态，并使校直架(12)保持在水平状态(图2)。水平井眼完钻后，将钻管(13)向上抽出V形密封(4)，柱塞(1)与缸筒(2)之间的液压通过进液小孔(3)泄载，缸筒(2)连同提拉筒(8)在自重和压缩弹簧(7)弹力的共同作用下相对柱塞(1)向下运动，迫使校直架(12)和转向架(10)伸直进入提拉筒(8)内，从而结束径向水平井眼的钻井作业。
权利要求1.一种径向水平钻井转向装置，具有执行机构(I)和转向机构(II)，其特征在于执行机构(I)由缸筒(2)、柱塞(1)、活塞(5)、提拉筒(8)及弹簧(7)组成，转向机构(II)由过渡架(9)、转向架(10)及校直架(12)组成。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在液力作用下，缸筒(2)连同提拉筒(8)相对活塞(5)和柱塞(1)向上运动，转向装置开始转向；在泄压条件下，靠缸筒(2)与提拉筒(8)自重以及弹簧(7)弹力共同作用使缸筒(2)和提拉筒(8)相对活塞(5)和柱塞(1)向下运动，迫使转向架(10)和校直架(12)收回到提拉筒(8)内。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于柱塞(1)上开有进液小孔(3)，柱塞(1)下部装有V形密封(4)。
4.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于活塞(5)底部与提拉筒(8)上部之间安装有压缩弹簧(7)。
5.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于有中心接管(6)将活塞(5)与过渡架(9)联接起来，柱塞(1)、活塞(5)、中心接管(6)连成一体与油管柱连接构成相对静止管柱，缸筒(2)与提拉筒(8)连接构成相对运动管柱，带动校直架(12)和转向架(10)运动。
6.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于校直架(12)与提拉筒(8)之间用提升销(11)相联，提升销(11)与相对静止管柱轴线之间存在偏心距。
专利摘要本实用新型是一种径向水平钻井转向装置,主要由执行机构(Ⅰ)和转向机构(Ⅱ)组成。其特征是利用液力迫使转向机构转向、靠自重和弹簧(7)力共同作用使装置伸直回收。与现有的转向装置相比,可简化地面操作程序和井下定位测试工艺,并可防止油管柱打压伸长对转向轨迹的影响,能有效减少钻井液在钻管(13)内的水力损失,增加钻管的有效进尺。该装置适用于对石油天然气或其他矿藏进行径向水平钻井作业,特别适合于钻对定位、定向要求很准确的油井。
文档编号E21B7/04GK2388337SQ9920298
公开日2000年7月19日 申请日期1999年3月15日 优先权日1999年3月15日
发明者伍远平 申请人:江汉机械研究所