一种水平井连续油管钻塞管柱的制作方法

本发明涉及非常规油气勘探开发技术领域，特别是涉及一种水平井连续油管钻塞管柱。

背景技术：

非常规油气的开发，主要靠水平井分段压裂技术来提高单井产量，其中水力泵送桥塞射孔压裂一体化分段压裂工艺技术已成为非常规油气藏，特别是页岩油气藏开发的重要手段，该工艺分段压裂完成后，井筒内留有桥塞，为恢复井筒保证油气生产畅通，就需要钻磨铣掉桥塞，现有的钻磨铣桥塞管柱结构方式包括油管作业管柱与连续油管作业管柱两种作业模式。

使用油管钻磨铣桥塞，其地面设备是修井机，使用连续油管钻磨铣桥塞，地面设备是连续油管作业机和配套的吊车等设备。油管钻塞作业需要起下油管作业，对作业场地要求高，修井机起下油管耗费时间长，且井控设备的安装、试压、拆除及井口安装的作业不但要求高而且存在二次压井作业，会带来油气藏的二次污染，影响压裂增产效果。

连续油管钻塞作业靠滚筒连续起下油管，用时短，且井控安全。钻塞后可以直接进行测试生产，不存在二次压井带来的污染问题，有利于发挥压裂增产的效果，有利于保护油气藏。连续油管钻塞作业特别适合于“井工厂”模式的现场施工作业，是一体化作业模式的最佳钻塞方式。

目前采用的连续油管钻塞管柱为：管柱主要由连续油管接头、单流阀、丢手、震击器、马达和磨鞋等组成。随着目前水平井长度的增加，水平井段长度越来越长，连续油管施加在钻具上的钻压也变得困难，导致水平段底部桥塞钻除时间成倍增加，严重影响了钻塞效率的提高，增加了页岩气藏的开发成本，降低了开发效益。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的钻塞管柱的钻具上的钻压不足而导致水平段桥塞钻除时间过长的不足。

针对上述问题，本发明提出了一种水平井连续油管钻塞管柱，包括：依次相互连接的磨鞋、马达、马达头、锚定加压装置以及震击器。

根据本发明的水平井连续油管钻塞管柱，其包括可以将钻塞管柱锚定在水平井套管内的锚定加压装置。锚定加压装置将钻塞管柱锚定在水平井套管内后，在对磨鞋进行加压，以保证磨鞋的钻压。锚定后的钻塞管柱可以平衡磨鞋钻除桥塞时产生的轴向力，使得磨鞋钻削过程稳定，从而提高了钻除桥塞的效率，缩短了钻除桥塞的时间。

在一个实施例中，所述锚定加压装置包括与所述震击器相连接的锚定机构本体以及能够沿所述锚定机构本体径向伸缩的锚爪。

在一个实施例中，所述锚定机构本体包括中心孔以及与所述中心孔相连通且沿所述锚定机构本体径向延伸的阶梯孔，所述锚爪设置在孔径较大的第一阶梯孔中且所述锚爪与所述第一阶梯孔的孔壁之间密封配合。

在一个实施例中，所述锚爪包括底座以及凸出所述底座并沿所述中心孔的轴向延伸的支脚，所述支脚的端面上设置有凸起。

在一个实施例中，所述锚定机构主体的外周面上固定连接有越过所述第一阶梯孔的孔口的锚爪压板，所述底座与所述锚爪压板之间设置有弹簧。

在一个实施例中，所述锚定加压装置包括与所述马达头相连接的加压机构本体以及套设在所述加压机构本体的中心孔内的中心管，所述中心管外周面设置有环形凸缘，所述环形凸缘的外周面与所述中心孔的孔壁密封配合。

在一个实施例中，所述中心孔包括孔径较小的第一段以及孔径较大的第二段，所述环形凸缘位于所述中心孔的第二段内且能够沿所述中心孔的第二段的轴向移动。

在一个实施例中，所述中心管还包括设置在所述环形凸缘一侧的圆形管段，所述圆形管段插入到所述中心孔的第一段且与所述中心孔的第一段的孔壁之间形成有间隙。

在一个实施例中，所述中心管还包括设置在所述环形凸缘另一侧的正棱柱形 管段，所述中心孔的第二段连接有端盖，所述端盖的中心设置有与所述正棱柱形管段形状配合的通孔。

在一个实施例中，所述水平井连续油管钻塞管柱还包括分别与所述锚定加压装置和震击器相连接的振荡器。

根据本发明的锚定加压装置，相对于现有技术，钻塞管柱通过锚定加压装置的锚定机构锚定在水平井套管内，从而可以平衡了马达对连续油管施加的扭矩，延长连续油管的使用寿命。同时，锚定加压装置中的加压机构可以保证磨鞋的钻压，提供钻除桥塞效率。在钻塞管柱在水平井中下入遇阻时，振荡器可以消除钻塞管柱下入遇阻的问题，解决了钻塞管柱在水平井段下不到位的问题。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明实施例的钻塞管柱的整体结构示意图。

图2是本发明实施例的锚定加压装置的整体结构示意图。

图3是图2中A-A剖视示意图。

图4是图3中B处局部放大图。

图5是本发明实施例的第一种锚爪结构示意图。

图6是本发明实施例的第二种锚爪结构示意图。

图7是本发明实施例的中心管的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明实施例的水平井连续油管钻塞管柱10，包括用于钻除桥塞的磨鞋11，与磨鞋11驱动连接的马达12，固定连接到马达12上的马达头13，与马达头13固定连接的锚定加压装置14，与锚定加压装置14固定连接的振荡器15、与振荡器15固定连接的震击器16以及与震击器16固定连接的连续油管接 头17。水平井连续油管钻塞管柱10下入到水平井套管内的预定位置后，向钻塞管柱10内输入带有压力的液体。锚定加压装置14进入工作状态已将钻塞管柱10锚定，液体可以驱动马达12旋转，进而马达12驱动磨鞋11旋转以钻除位于水平井套管内的桥塞。

锚定加压装置14包括锚定机构、扶正机构以及加压机构。锚定机构与震击器16相连接，加压机构与马达头13相连接，扶正机构分别与锚定机构和加压机构相连接。锚定加压装置14可以将钻塞管柱10锚定在水平井套管内，并且对磨鞋11施加一定的推力以增大磨鞋11的钻压，从而能够提高钻除桥塞的效率，缩短钻除时间。

水平井连续油管钻塞管柱10下入到水平井套管内的预定位置后，钻塞管柱10通过锚定机构锚定在水平井套管内，对钻塞管柱10的周向移动和轴向移动起到限制作用，可以平衡马达12带动磨鞋11转动时产生的扭转力以及磨鞋11钻除桥塞时产生的轴向力，从而能够保证磨鞋11钻除桥塞时钻塞管柱10的位置稳定性。

如图2所示，锚定机构包括与振荡器15螺纹连接的锚定机构本体18、设置在锚定机构本体18上的锚爪19以及与锚定机构本体18固定连接的锚爪压板20。如图3、图4所示，锚定机构本体18包括中心孔以及与该中心孔相连通且沿锚定机构本体18径向延伸的阶梯孔。阶梯孔包括朝向外部且孔径较大的第一阶梯孔以及与中心孔相连通且孔径较小的第二阶梯孔。锚爪19座放在孔径较大且朝向外部的第一阶梯孔中并可以沿锚定机构本体18的径向伸出或者缩回。本实施例中，如图3所示，阶梯孔的轴线与中心孔的轴线的夹角α是90度。

本发明的实施例中，如图5所示，锚爪19包括底座191以及与底座191相连接且对称设置的两个支脚192。底座191的外周面上设置有周向槽193。周向槽193中安装有密封圈。锚爪19座放到第一阶梯孔中时，周向槽193与第一阶梯孔的孔壁挤压密封圈以形成密封。两个支脚192之间形成有沿底座191的轴向方向延伸的“一”字型的切槽194。锚定机构还包括跨过第一阶梯孔的孔口而将该孔口一分为二的锚爪压板20。锚爪压板20的两端分别通过螺钉固定连接到锚定机构本体18上。锚爪压板20与锚爪19上的切槽194相对应。

如图4所示，切槽194的底部与锚爪压板20之间设置有弹簧21。锚爪19的 底座191受力后，锚爪19的两个支脚192会从第一阶梯孔中伸出并逐渐靠近水平井套管的内壁，而锚爪压板20会进入到切槽194中，同时弹簧21被压缩。伸出的两个支脚192最终会抵压在水平井套管的内壁上，从而将整个钻塞管柱10锚定在水平井套管内。在解除锚定过程中，弹簧21用于推动锚爪19缩回第一阶梯孔中以回复原位。

如图5所示，锚爪19的两个支脚192的端面上设置有凸起195。带有凸起195的支脚192可以对水平井套管的内壁产生更大的压力，能够保证钻塞管柱10锚定状态的稳定性和可靠性。锚爪19的支脚192可以分别产生轴向和周向的锚定力，从而能够平衡马达12转动时产生的扭转力以及磨鞋11钻除桥塞时产生的轴向力，延长连续油管钻塞管柱10的使用寿命。本实施例中，如图5、图6所示，锚爪19的两个支脚192的端面上设置有与切槽194相垂直或者平行的条状凸起195，凸起195的顶部为尖端，且顶部与水平井套管的孔壁相接触，从而可以抵压到水平井套管内壁上。其他实施例中，凸起195可以构造为正棱锥形或半球形。

液体进入锚定机构本体18的中心孔中并对锚爪19的底座191施加一定压力而推动锚爪19移动。锚爪19的两个支脚192伸出第一阶梯孔后，锚爪压板20进入该切槽194，锚爪19的两个支脚192从被锚爪压板20分割形成的两个孔口伸出直至抵压在水平井套管的内壁上。锚爪压板20用于防止锚爪19从第一阶梯孔中脱出，同时也与锚爪19共同对弹簧21施加挤压力。

如图图3、4所示，扶正机构包括与锚定机构本体18螺纹连接的管道短节22以及套设在管道短节22的外周面上的扶正器23。扶正机构用于调整钻塞管柱10下入过程中在水平井套管中的位置，保证顺利完成下入过程。钻塞管柱10通过锚定机构锚定后，锚定加压装置14的加压机构向磨鞋11施加一个推力以增大磨鞋11的钻压，保证磨鞋11与桥塞之间的切削压力稳定，从而提高了磨鞋11钻除桥塞的效率，缩短了钻除桥塞的时间。

如图3、图4所示，加压机构包括与扶正机构的管道短节22螺纹连接的加压机构本体24以及设置在加压机构本体24内的中心管25。加压机构本体24包括中心孔。该中心孔包括孔径较小的第一段和孔径较大的第二段。如图7所示，中心管25上设置有环形凸缘251。环形凸缘251位于该中心孔的第二段。环形凸缘251的外周面上设置有周向槽193。周向槽193与中心孔的第二段的孔壁之间设置有密封圈。

如图7所示，中心管25还包括分别位于环形凸缘251两侧的圆形管段252以及正棱柱形管段253。圆形管段252插入中心孔的第一段并与第一段的孔壁之间形成有间隙。液体进入该间隙而直接与环形凸缘251相接触，从而液体对环形凸缘251的端面施加推力，进而推动中心管25移动。正棱柱形管段253位于中心孔的第二段。

如图3、图4所示，在中心孔的第二段的孔口螺纹连接有端盖26。端盖26中心设置有与正棱柱形管段253的外周面相配合的通孔。通孔的孔壁上设置有容纳密封圈的周向槽193。正棱柱形管段253的外周面与通孔的孔壁挤压密封圈以形成密封。正棱柱形管段253的一部分穿过该通孔而伸出中心孔的第二段。

端盖26一方面用于与环形凸缘251配合以防止中心管25从加压机构本体24中脱出；另一方面，正棱柱形管段253与端盖26的通孔配合时，可以将马达12旋转产生的扭矩通过加压机构本体24、管道短节22以及锚定机构本体18最终传递到水平井套管上，避免了连续油管钻塞管柱10受到扭矩冲击而导致损坏，从而增加了连续油管钻塞管柱10的使用寿命。本发明的实施例中，正棱柱形管段253是正八棱柱形管段。

如图3、图4所示，穿过端盖26的通孔的正棱柱形管段253的端部上螺纹连接有管接头27。管接头27的另一端螺纹连接到马达头13上。在钻塞管柱10完成锚定后，进入到加压机构本体24的中心孔的第一段的液体会对环形凸缘251施加一个轴向的推力以推动环形凸缘251在中心孔的第二段中轴向移动。中心管25的轴向移动可以带动马达头13、马达12以及磨鞋11进行轴向移动，从而能够保证在钻除桥塞的过程中磨鞋11施加在桥塞上的钻压的稳定，提高了钻除桥塞的效率，避免磨鞋11钻压不足而导致钻除时间长的情况。另外，环形凸缘251在中心孔的第二段中轴向移动的距离大于等于一个桥塞的长度，从而保证不用移动钻塞管柱10一次就可以钻除桥塞。

本发明的实施例中，钻塞管柱10还包括分别与锚定加压装置14以及震击器16相连接的振荡器15。当连续油管钻塞管柱10在水平井段中下入遇阻时，振荡器15可以产生震荡力，消除妨碍连续油管钻塞管柱10下入的阻力，从而能够解决钻塞管柱10在水平井段下放不到位的问题。

本发明的钻塞管柱10的工作过程如下：

步骤一：在地面上依次连接磨鞋11、马达12、马达头13、锚定加压装置14、振荡器15、震击器16以及连续油管接头17，各构件之间通过螺纹连接。

步骤二：将钻塞管柱10以及防喷管连接到井口。

步骤三：将钻塞管柱10下入井中的第一个桥塞处。

步骤四：启动锚定加压装置14和马达12，钻塞管柱10锚定在水平井套管内，马达12带动磨鞋11钻除第一个桥塞。

步骤五：钻除第一个桥塞后，采用冲洗液循环将钻屑清洗干净。

步骤六：停止马达12，继续下入钻塞管柱10至第二个桥塞处。

步骤七：重复步骤四、步骤五、步骤六，依次钻除各个桥塞。

步骤八：停止马达12，起出钻塞管柱10。

在钻塞管柱10下入过程遇阻时，启动振荡器15，消除钻塞管柱10下入阻力，从而将钻塞管柱10下入到位。在钻除全部桥塞后，将钻塞管柱10起出。起出过程钻塞管柱10遇阻时，启动震击器16，消除钻塞管柱10起出阻力，从而顺利将钻塞管柱10起出。当钻塞管柱10遇阻严重，震击器16不能接触起出阻力时，投球，进行液压丢手，起出上部钻塞管柱10。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。