一种一体式侧钻开窗工具总成的制作方法

本发明涉及油田钻完井技术领域，特别涉及一种与石油钻杆工具配套使用的结构简单、便于操作且安全可靠的一体式侧钻开窗工具总成。

背景技术：

随着油气田的长时间开发，大量的老井需要开窗侧钻提高采收率，特别是近几年兴起的分支井技术为老井挖潜增效提供了新的有效方法，该技术通过在主井眼中侧钻若干分支井，增加与油藏的接触面积，提高油井产量，投资少、见效快。

而常规的斜向器往往结构复杂、可靠性低。多采用投球憋压或上提、下放管柱剪切送入销钉使送入工具与斜向器脱离，待送入工具返回地面后，重新下入钻头进行开窗侧钻作业。可见，常规开窗侧钻作业多以两趟钻为主，而且斜向器导斜面多数仅有一个角度，开窗整体效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种一体式侧钻开窗工具总成，实现了仅需下入一趟钻即可完成开窗侧钻作业，克服了现有常规开窗侧钻作业多以两趟钻为主，作业消耗大量时间的问题。

本发明所采用的技术方案是一种一体式侧钻开窗工具总成，包括由上至下依次连接的下入工具、三段式铣锥、多折面斜向器、铰链短节和锚定器；所述下入工具通过螺纹与所述三段式铣锥相连接，所述三段式铣锥通过剪切销钉与所述多折面斜向器相连接，所述多折面斜向器通过铰链连接销钉与所述铰链短节相连接，所述铰链短节通过螺纹与所述锚定器相连接；还包括传压系统，所述传压系统设置在所述多折面斜向器背面的管线槽内，所述传压系统的上端通过螺纹与所述三段式铣锥的头锥喷嘴孔相连接，下端通过螺纹与所述铰链短节下端内的液压腔相连接。

所述下入工具内设置有轴向移动过滤装置。

所述轴向移动过滤装置包括与所述下入工具内壁相接触的活塞，和设置在所述活塞顶部的杆。

所述三段式铣锥包括铣锥本体，所述铣锥本体的上端通过螺纹与所述下入工具相连接；所述铣锥本体内腔形成贯通所述铣锥本体的中心水眼；所述铣锥本体的末端连接有钻头式结构的头锥，中下部设置有西瓜铣结构的二锥，上部设置有螺旋铣结构的三锥；所述头锥内腔形成中心水眼，所述头锥内的中心水眼下端封闭，上端贯通所述头锥并与所述铣锥本体内的中心水眼相连通；所述头锥上设置有与所述头锥内的中心水眼相连通的喷嘴孔。

所述三段式铣锥的头锥内通过定位销连接所述剪切销钉，并通过所述剪切销钉与所述多折面斜向器相连接。

所述多折面斜向器的正面由上至下依次由第一斜面、第二斜面、第三斜面、第四斜面、第五斜面、第六斜面和铅垂面组成；所述多折面斜向器的首端、位于所述第一斜面的位置设置用于与所述三段式铣锥的头锥相连接的所述剪切销钉；所述多折面斜向器的上端部背面、位于所述第二斜面的上端位置设置有捞勾；所述多折面斜向器的末端设置为与所述铰链短节相配合连接的中间单肩结构。

所述铰链短节的中心轴向设置有中心孔；所述铰链短节的上端部设置为用于与所述多折面斜向器相配合连接的两侧双肩结构；所述铰链短节的下端部、位于所述中心孔内设置有液压腔，所述液压腔与所述锚定器相贯通并通过螺纹与所述锚定器密封连接。

所述多折面斜向器的下端部和所述铰链短节的上端部之间通过相匹配的中间单肩结构和两侧双肩结构相互连接，并通过铰链连接销钉将所述多折面斜向器的中间单肩结构和所述铰链短节的两侧双肩结构固定连接以实现所述多折面斜向器和所述铰链短节之间的相互连接。

所述铰链连接销钉中部的一侧开设有凹槽；所述多折面斜向器的中间单肩结构内设置有下端部插入所述凹槽内的防转销钉；所述铰链短节的两侧双肩结构内、位于所述铰链连接销钉的两侧设置有防止所述铰链连接销钉断裂后滑落的弹性圆柱销；所述多折面斜向器的中间单肩结构和所述铰链短节的两侧双肩结构上共同穿设有防止所述多折面斜向器与所述铰链短节转动的运输销钉。

所述传压系统包括通过设固定在所述多折面斜向器上的软管转换头相连接的第一软管和第二软管，所述第一软管的上端通过软管接头与所述三段式铣锥的头锥喷嘴孔螺纹连接，所述第二软管的下端通过软管接头与所述铰链短节下端内的液压腔螺纹连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明中，设置有轴向移动过滤装置，采用活塞结构，与传统的投球坐封结构相比，具有结构简单、安全可靠，憋压压力可控的优点。

2、本发明中，设置的铣锥采用三段式铣锥为整体式，结构简单；三段式铣锥的二锥、三锥刀翼宽度为16-18mm，既保证刀翼强度又保证了刀翼处流道宽度，使得刀翼处不易被铁屑堵塞；三段式铣锥的头锥中的1#、4#、6#、8#、9#刀翼采用双排齿设计，增强了pdc齿切屑套管能力。

3、本发明中，设置的斜向器采用多折面斜向器，开窗效率高、开窗形状规则。

4、本发明中，设置有铰链短节，多折面斜向器与铰链短节为挠性连接，保证工具总成在通过大弯角井段时顺利通过，防止出现工具卡钻或因变形过大发生断裂等问题的出现。同时设置有防转销钉和弹性圆柱销，使得铰链短节结构在井下作业时更加可靠，运输销钉保证多折面斜向器与铰链短节在运输途中，不会发生转动，保证运输安全要求，在入井前，需将运输销钉拆下。

5、本发明中，传压系统设置在多折面斜向器背面凹槽内，防止下入过程中，软管接触井壁，导致软管断裂，安全可靠。

6、本发明中，下入工具通过螺纹与三段式铣锥相连接，三段式铣锥通过剪切销钉与多折面斜向器相连接，多折面斜向器通过铰链连接销钉与铰链短节相连接，铰链短节通过螺纹与锚定器相连接，以构成本发明工具总成的一体式结构，仅需要开泵循环钻井液憋压就能实现座封和丢手，操作方便，安全可靠。

附图说明

图1：本发明整体结构示意图；其中

图1-a：本发明上半部结构示意图；

图1-b：本发明下半部结构示意图：

图2：本发明轴向移动过滤装置结构示意图；

图3：本发明三段式铣锥剖面结构示意图；

图4：本发明图3的仰视结构示意图；

图5：本发明三段式铣锥与多折面斜向器连接结构示意图；

图6：本发明三段式铣锥二锥正视结构示意图；

图7：本发明图3的a-a剖面结构示意图；

图8：本发明三段式铣锥三锥正视结构示意图；

图9：本发明图3的b-b剖面结构示意图；

图10：本发明多折面斜向器和铰链短节正视结构示意图；

图11：本发明多折面斜向器上部剖视结构示意图；

图12：本发明多折面斜向器下部和铰链短节连接剖视结构示意图；

图13：本发明多折面斜向器下部和铰链短节连接正视结构示意图；

图14：本发明图12的c-c剖面结构示意图。

附图标注：1、下入工具；2、轴向移动过滤装置；3、三段式铣锥；4、三锥；5、二锥；6、头锥；7、多折面斜向器；8、铰链短节；9、锚定器；10、卡瓦；11、锥体；12、杆；13、活塞；14、pdc齿；15、铣锥本体；16、中心水眼；17、喷嘴孔；18、中心水眼；19、定位销；20、剪切销钉；21、刀翼；22、碎合金；23、刀翼；24、碎合金；25、第一斜面；26、第二斜面；27、第三斜面；28、第四斜面；29、第五斜面；30、第六斜面；31、铅垂面；32、捞勾；33、紧固螺栓；34、软管转换头；35、转换头固定块；36、运输销钉；37、防松销钉；38、防转销钉；39、铰链连接销钉；40、开口销；41；液压腔；42、弹性圆柱销；43、第二软管；44、中间单肩结构；45、两侧双肩结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1至图14所示，一种一体式侧钻开窗工具总成，包括由上至下依次连接的下入工具1、三段式铣锥3、多折面斜向器7、铰链短节8和锚定器9；所述下入工具1通过螺纹与所述三段式铣锥3相连接，所述三段式铣锥3通过剪切销钉20与所述多折面斜向器7相连接，所述多折面斜向器7通过铰链连接销钉39与所述铰链短节8相连接，所述铰链短节8通过螺纹与所述锚定器9相连接，以构成本发明工具总成的一体式结构。

所述下入工具1的顶部设置有api标准钻杆扣，所述下入工具1内设置有轴向移动过滤装置2。其中，所述轴向移动过滤装置2包括与所述下入工具1内壁相接触的活塞13，和设置在所述活塞13顶部的杆12。所述活塞13可以在下入工具1内上下移动，推动液体流动，从而实现对锚定器9的控制。

所述三段式铣锥3包括铣锥本体15，所述铣锥本体15的上端通过螺纹与所述下入工具1相连接；所述铣锥本体15内腔形成贯通所述铣锥本体15的中心水眼16。所述铣锥本体15的末端连接有头锥6，中下部设置二锥5，上部设置有三锥4。如图8和图9所示，所述三锥4为螺旋铣结构，与所述铣锥本体15为一体化结构。所述三锥4上设置有8个沿轴向螺旋状布置的刀翼23；所述三锥4上的刀翼23的宽度为16-18mm，既保证刀翼23强度又保证了刀翼23处流道宽度，刀翼23处不易被铁屑堵塞；所述三锥4的刀翼23上均堆焊碎合金24，用来磨铣窗口。如图6和图7所示，所述二锥5为西瓜铣结构，与所述铣锥本体15为一体化结构。所述二锥5上设置有8个沿轴向螺旋状布置的刀翼21；所述二锥5上的刀翼21的宽度为16-18mm，既保证刀翼21强度又保证了刀翼21处流道宽度，刀翼21处不易被铁屑堵塞；所述二锥5的刀翼21上均堆焊碎合金22，用来磨铣窗口。如图4和图5所示，所述头锥6为钻头式结构，和所述铣锥本体15之间通过螺纹连接并焊接为一体，降低头锥6开窗作业落井风险。所述头锥6内腔形成中心水眼18，所述头锥6内的中心水眼18下端封闭，上端贯通所述头锥6并与所述铣锥本体15内的中心水眼16相连通；所述头锥6上设置有与所述头锥6内的中心水眼18相连通的喷嘴孔17。所述头锥6上设置有10个刀翼，延顺时针方向分别为1#刀翼、2#刀翼、3#刀翼、4#刀翼、5#刀翼、6#刀翼、7#刀翼、8#刀翼、9#刀翼和10#刀翼，所述2#刀翼、3#刀翼、5#刀翼、7#刀翼和10#刀翼上的表面钎焊有单排pdc(polycrystallinediamondcompact，聚晶金刚石复合片)齿14，所述1#刀翼、4#刀翼、6#刀翼、8#刀翼和9#刀翼的表面钎焊有双排pdc齿14。所述头锥6内通过定位销19连接所述剪切销钉20，并通过所述剪切销钉20与所述多折面斜向器7相连接，所述剪切销钉20主要用来限制多折面斜向器7与三段式铣锥3之间的径向位移，并且，上述连接方式为软连接，所述三段式铣锥3可相对于多折面斜向器7旋转一定角度。三段式铣锥3和多折面斜向器7连为一体，这样一趟钻就可以下入斜向器和铣锥，节省了一趟起下钻时间，大大降低开窗侧钻成本。

所述多折面斜向器7的正面由上至下依次由第一斜面25、第二斜面26、第三斜面27、第四斜面28、第五斜面29、第六斜面30和铅垂面31组成，上述六段斜面的角度、弧度均不相同；所述多折面斜向器7的背面设置有管线槽，所述管线槽的上端位于下述软管转换头34的位置，下端贯穿所述多折面斜向器7的下端面。所述多折面斜向器7的首端、位于所述第一斜面25的位置设置有用于与所述三段式铣锥3的头锥6相连接的所述剪切销钉20。所述多折面斜向器7的上端部背面、位于所述第二斜面26的上端位置设置有捞勾32，所述捞勾32通过所述紧固螺栓33固定在所述多折面斜向器7上。所述多折面斜向器7的上端部内，位于所述第二斜面26的下端位置设置有软管转换头34，所述软管转换头34通过转换头固定块35固定在所述多折面斜向器7上。所述多折面斜向器7的末端设置为与所述铰链短节8相配合连接的中间单肩结构44。

所述铰链短节8的中心轴向设置有中心孔；所述铰链短节8的上端部设置为用于与所述多折面斜向器7相配合连接的两侧双肩结构45；所述铰链短节8的下端部、位于所述中心孔内设置有液压腔41。

所述多折面斜向器7的下端部和所述铰链短节8的上端部之间通过相配合的中间单肩结构44和两侧双肩结构45相互连接，并通过铰链连接销钉39将所述多折面斜向器7的中间单肩结构44和所述铰链短节8的两侧双肩结构45固定连接以实现所述多折面斜向器7和所述铰链短节8之间的相互连接。所述铰链连接销钉39中部的一侧开设有凹槽；所述多折面斜向器7的中间单肩结构44内设置有下端部插入所述凹槽内的防转销钉38，所述防转销钉38采用光杆结构，为防止所述防转销钉38脱落，采用带螺纹的防松销钉37固定。所述铰链短节8的两侧双肩结构45内、位于所述铰链连接销钉39的两侧设置有防止所述铰链连接销钉39断裂后滑落的弹性圆柱销42。所述多折面斜向器7的中间单肩结构44和所述铰链短节8的两侧双肩结构45上共同穿设有防止所述多折面斜向器7与所述铰链短节8转动的运输销钉36，所述运输销钉36采用开口销40固定；所述运输销钉36固定多折面斜向器7与铰链短节8，在工具入井前，将运输销钉36卸掉。

所述锚定器9的上端与所述铰链短节8的液压腔41相贯通，两者之间通过螺纹密封连接。所述锚定器9上、下两侧各设有一组卡瓦10，卡瓦10表面为颗粒状凸起，且与之相配合的锥体11斜面为平面，通过液压座封方式，实现锚定功能。

本发明一体式侧钻开窗工具总成还包括传压系统，所述传压系统设置在所述多折面斜向器7背面的管线槽内，所述传压系统的上端通过螺纹与所述三段式铣锥3的头锥6喷嘴孔17相连接，下端通过螺纹与所述铰链短节8下端内的液压腔41相连接。所述传压系统包括通过固定在所述多折面斜向器7上的软管转换头34相连接的第一软管和第二软管43，所述第一软管的上端通过软管接头与所述三段式铣锥3的头锥6喷嘴孔17螺纹连接，所述第二软管43的下端通过软管接头与所述铰链短节8下端内的液压腔41螺纹连接。

本发明中，所述运输销钉36的作用为：在运输过程中一体式吊装，下入时不需要在井口组装，节省井口作业时间。所述剪切销钉20的作用为：连接三段式铣锥3与多折面斜向器7一并下入井中指定位置，到达指定位置后，泥浆泵注入钻井液以憋压，坐封锚定器9后，通过往复上提下放钻具组合以剪断销钉，而后进行开窗侧钻作业。所述传压系统的作用为：开启泥浆泵，泵送钻井液，活塞下方中心水眼的液体压力上升，压力通过喷嘴孔17、液压软管传递到锚定器9，实现锚定器9坐封。所述喷嘴孔17的作用为：在剪切销钉20剪断后，通过旋转钻具组合，液压管软与头锥6连接处发生断裂，喷嘴孔17开始喷出钻井液，冲洗头锥6磨铣套管过程中产生的切屑。

本发明的工作原理为：请参阅图1，本发明下入工具1的顶部扣型为api标准钻杆扣，这样便于与现场通用钻杆工具的连接。作业时，本发明随作业钻杆下放至指定位置，开泵循环钻井液，压力通过送入工具中心孔进入到三段式铣锥3中心水眼16，通过头锥6喷嘴孔17进入到多折面斜向器7传压系统，进而通过铰链短接中心孔传压至锚定器9，利用液压坐封方式使锚定器9卡瓦10张开实现锚定功能。随后，下压钻杆至一定压力下，剪切销钉20剪短，处于自由状态的三段式铣锥3在顶驱的作用下，沿着多折面斜向器7斜面进行侧钻开窗作业。

本发明一体式侧钻开窗工具总成与目前同类产品比较具有开窗时间短、窗口质量好、适用性高、安全可靠等多项优点，值得在现场推广应用。