自定向一体式开窗侧钻工具的制作方法

本发明属于修井工具，特别涉及一种自定向一体式开窗侧钻工具。

背景技术：

开窗侧钻工具包括用于在井内进行开窗侧钻的导斜器和铣锥。传统的开窗侧钻工具的导斜器和铣锥是两套独立的工具，而一体式开窗侧钻工具就是将安装在传统的导斜器上的送入器换成了可以进行开窗磨铣作业的铣锥，即将导斜器和铣锥组合在一起的侧钻开窗工具。

由于绝大多数侧钻井都需要定向，因此一体式开窗侧钻工具在下井前必须在铣锥上安装一个定位接头，借助该定位接头和陀螺仪来确定导斜器斜铁斜面在井内的方位。该定位接头是由用于连接钻具和铣锥的接头主体，同轴嵌套在接头主体内的空心活塞体，沿径向插入到活塞体内的定位键，安装在空心活塞体上的两组密封圈，垂直分布在接头主体上的两个用于固定活塞体的固定螺栓，以及用于调整活塞体角度的专用套筒组成。

作业时，需要将定位接头接在铣锥上并用人力旋紧后再用专用套筒调整活塞体角度使定位键正对导斜器斜铁斜面中心线，然后旋紧固定螺栓使活塞体固定在接头主体内从而固定定位键，由于受到现场施工条件和人力限制，上述操作不仅费工费力，而且定向误差较大；此外在该工具下井前在井口还要用液压大钳将铣锥与定位接头加力旋紧，这样又使定位键与导斜器斜面的相对位置发生了改变，因此还需要矫正，既增加了作业成本，也降低了作业效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是要提供一种无需定位接头便可实现导斜器斜铁斜面精准定向，工作可靠，能够降低材料成本和作业成本，提高作业效率的自定向一体式开窗侧钻工具。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种自定向一体式开窗侧钻工具，包括依次同轴连接的空心铣锥、导斜器斜铁和坐封锚定装置，其特殊之处是：在铣锥上沿径向固设有一个定位键，该定位键凸出铣锥内壁且与导斜器斜铁的斜面中心线对正；所述定位键与用于确定导斜器斜铁斜面方位的陀螺仪上的键槽相匹配。

作为进一步优选，铣锥内孔对应定位键处的一段孔径大于所述陀螺仪直径2毫米，所述定位键凸出铣锥内壁3毫米。

作为进一步优选，所述铣锥下部压在导斜器斜铁的上部斜面上，在导斜器斜铁上端与铣锥之间设有定位螺栓，在铣锥上对应定位螺栓处沿径向设有副水孔，在定位螺栓上设有与副水孔连通的盲孔，在导斜器斜铁与铣锥未脱开时所述的定位螺栓将副水孔堵死，在导斜器斜铁与铣锥脱开时即定位螺栓被剪断后，铣锥内孔通过副水孔和定位螺栓的盲孔与外部导通，用于避免因铣锥的喷嘴孔被地层或水泥封堵而导致的憋泵，确保开窗时可以加足钻压。

作为进一步优选，所述导斜器斜铁通过一个定位块卡在设置于铣锥下部外缘的弧形燕尾槽内，在定位块上设有与所述弧形燕尾槽相匹配的弧形卡沿，所述定位块通过弧形卡沿卡入弧形燕尾槽内；所述定位块和定位键分别位于铣锥轴线的两侧。

作为进一步优选，在导斜器斜铁内设有连通铣锥下端的喷嘴孔和坐封锚定装置内腔的导液管，导液管下端与坐封锚定装置内的射流管相连接，在所述射流管内孔下端设有一个坐封球，坐封球上部卡在设于射流管上的环形上卡沿处，在射流管内下端设有一个限位结构或限位胶带，使下钻时该坐封球卡在所述上卡沿处；在坐封锚定装置的下锥形体内孔下端设有一个环形下卡沿，所述坐封球坐封时在高压钻井液的推动下突破限位结构或限位胶带而下落并卡在下卡沿处实现坐封，以避免误坐封。

作为进一步优选，所述限位结构为设置在射流管内下端的环形槽及设在环形槽内的o型橡胶圈构成。

作为进一步优选，所述的坐封锚定装置包括分别固接在导斜器斜铁下端外缘和中心处的缸套和射流管，在缸套内设有空心的上、下锥形体，在上、下锥形体上分别均布连接有可由缸套外壁伸出的卡瓦，在上、下锥形体之间连接有限位管，所述射流管上、下端分别与导液管和上锥形体插接，在限位管上均布有条形孔。

本发明的有益效果是：

1、由于在铣锥上沿径向固设有一个定位键，该定位键凸出铣锥内壁且与导斜器斜铁的斜面中心线对正，通过定位键便可实现陀螺仪的定位，因此无需再使用定位接头便可实现导斜器斜铁斜面精准定向，可节省定位接头的加工制造成本和材料成本，也避免了因为定位接头出问题而引起的井内复杂情况。

2、由于定位键是在工具出厂前直接固定在铣锥上，即定位键与导斜器斜铁斜面的相对位置是机械固定的，不仅定向精准，工作可靠，而且到现场就可以直接下井使用，不需要再进行安装调试工作，避免了很多耗时费力且定向精度较低的操作，显然降低了作业成本，提高了工作效率。

3、该工具下到井内预定位置便可直接下入陀螺仪定向并坐封导斜器，起出陀螺仪测井人员便可离开，无需再等候侧钻结束取定位接头，这样就大大缩短了测井人员在现场的停留时间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2是图1的a-a剖视图。

图中：铣锥1，铣锥内孔101，副水孔102，环形凹槽2，弧形燕尾槽201，梯形槽202，铣锥头3，喷嘴孔301，导液管4，导斜器斜铁5，射流管6，上卡沿601，缸套7，剪切螺钉8，径向卡瓦9，上锥形体10，限位管11，条形孔1101，密封圈12，下锥形体13，下卡沿1301，纵向卡瓦14，引鞋管15，进液孔1501，坐封球16，定位块17，弧形卡沿1701，紧固螺钉18，定位螺栓19，盲孔1901，限位结构或限位胶条20，定位键21。

具体实施方式

如图1-图2所示，该自定向一体式开窗侧钻工具包括依次同轴连接的空心铣锥1、导斜器斜铁5和坐封锚定装置。在铣锥1上沿径向插入并焊接有一个定位键21，该定位键21凸出铣锥1内壁且与导斜器斜铁5的斜面中心线对正；所述定位键21与用于确定导斜器斜铁5斜面方位的陀螺仪上的键槽相匹配。铣锥1上的铣锥内孔101为由上至下依次递减的阶梯孔，铣锥内孔101上端为用于连接钻具的连接螺孔，铣锥内孔101对应定位键21处的一段孔径大于所述陀螺仪直径2毫米，所述定位键21凸出铣锥1内壁3毫米。

在导斜器斜铁5内设有连通铣锥1内孔与坐封锚定装置内腔的导液管4，在铣锥1下端固接有铣锥头3，在铣锥头3上设有与铣锥内孔101连通的喷嘴孔301，所述导液管4上端由导斜器斜铁5的斜面上部引出并插入焊接到所述喷嘴孔301内。

所述铣锥1下部压在导斜器斜铁5的上部斜面上，在铣锥1下部沿圆周方向加工有环形凹槽2，环形凹槽2对应导斜器斜铁5一侧为一段里宽外窄的弧形燕尾槽201、其余大部分为里窄外宽的梯形槽202，在导斜器斜铁5的斜面上对应环形凹槽2处固设有定位块17，定位块17对应导斜器斜铁5的一侧为圆柱形并插入焊接在导斜器斜铁5上，在定位块17上设有与导斜器斜铁5和铣锥1同轴线且与弧形燕尾槽201相配合的弧形卡沿1701，定位块17通过弧形卡沿1701卡入弧形燕尾槽201内，在定位块17与铣锥1之间设有紧固螺钉18。

在导斜器斜铁5上端与铣锥1之间设有定位螺栓19。在铣锥1上对应定位螺栓19处沿径向设有副水孔102，在定位螺栓19上设有与副水孔102连通的盲孔1901，在导斜器斜铁5与铣锥1未脱开时所述的定位螺栓19将副水孔102堵死，在导斜器斜铁5与铣锥1脱开时即定位螺栓19被剪断后，所述铣锥内孔101通过副水孔102和盲孔1901与铣锥1外部导通，用于避免因铣锥的喷嘴孔301被地层或水泥封堵而导致的憋泵，确保开窗时可以加足钻压。

所述的坐封锚定装置包括固接在导斜器斜铁5下端外缘的缸套7和插入并固定在导斜器斜铁5下端中心孔内的射流管6，该射流管6上端与所述导液管4下端相互插接。在缸套7内设有空心的上锥形体10和下锥形体13，射流管6下端与上锥形体10的中心孔插接，在射流管6与上锥形体10之间以及在上、下锥形体与缸套7之间分别设有密封圈12。在上锥形体10外壁通过剪切螺钉8圆周均布连接有径向卡瓦9，在下锥形体13外壁通过剪切螺钉8圆周均布连接有纵向卡瓦14，所述径向卡瓦9和纵向卡瓦14在上锥形体10和下锥形体13的推动下可由设置在缸套7外壁上的矩形开口伸出，在下锥形体13的中心孔内设有连接上、下锥形体的限位管11，限位管11上端与上锥形体10通过粗牙螺纹连接，限位管11与下锥形体13通过细牙锯齿形螺纹连接且限位管11上的细牙锯齿形螺纹牙尖朝下，在限位管11的管壁上对应下锥形体13处圆周均布有沿纵向布置的条形孔1101。在缸套7下端通过螺纹连接有引鞋管15，在引鞋管15下端的堵头上沿径向设有与其内孔连通的进液孔1501。

在射流管内孔下端设有一个坐封球16，坐封球16上部卡在设于射流管6内孔下部的环形上卡沿601处，在射流管6内下端设有一个限位结构或限位胶条20，使下钻时该坐封球16卡在所述上卡沿处。在所述下锥形体13内孔下端设有一个环形下卡沿1301，所述坐封球16坐封时在打入的高压钻井液的推动下会突破限位结构或限位胶条20的限位而下落并卡在下卡沿1301处实现坐封。所述上卡沿601和下卡沿1301均为圆锥面，以提高密封效果。所述限位结构为弹性限位，本实施例中所述限位结构为o型橡胶圈，使坐封球卡在所述上卡沿处。

工作时，将铣锥1上端与钻具连接，用钻具将该工具下到井下预定位置，从井口将与电缆连接好的陀螺仪放入钻具内，下放电缆使陀螺仪在自身重力作用下到达铣锥1内腔，当陀螺仪引子经过定位键21继续下行时，因为受到铣锥1内腔尺寸和定位键21限制以及自身重力作用，迫使陀螺仪笔尖导引自身键槽坐在定位键21上，继续下放电缆磁定位信号为直线，说明坐键成功，根据读取的测井数据，再通过旋转钻具将导斜器斜铁5斜面的方位角调整到设计的方位，便可完成导斜器斜铁定向工作。

然后起出陀螺仪，连接上方钻杆即可开泵打压，高压钻井液依次通过铣锥内孔101、导液管4、射流管6推动坐封球16脱开限位结构或限位胶条20的限位，坐封球16通过上锥形体10内孔和限位管11落在下卡沿1301上将下锥形体13下端口封闭，从而将循环通道堵死。因此高压钻井液最终通过条形孔1101进入上、下锥形体之间。当上、下锥形体之间充满钻井液时，由于限位管11上均布有条形孔1101而具有一定的弹性，钻井液便会推动上锥形体10并带动限位管11使其与下锥形体13发生“滑扣”现象，最终上、下锥形体将剪切螺钉8剪断并迫使径向卡瓦9和纵向卡瓦14卡到井壁上，当泵压达到预定值时，停泵稳压30秒。然后正转钻具，通过铣锥1将紧固螺钉18和定位螺栓19剪断，从而打开铣锥副水孔102，定位块17从弧形燕尾槽201中旋出，继续旋转钻具，导液管4在喷嘴孔301出口处被拧断而使喷嘴孔301自然形成铣锥喷嘴，此时导斜器斜铁5和铣锥1完全脱开，这时便可开泵循环钻井液，旋转钻具并施加钻压进行开窗侧钻。开窗过程中，一旦铣锥喷嘴孔301被地层或水泥憋堵，通过铣锥副水孔102便会释放一部分高压钻井液，从而避免了因憋压而引起的憋泵。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。