油水井井下套管径向开窗钻孔装置的制作方法

本发明涉及石油钻采设备技术领域，具体涉及一种油水井井下套管径向开窗钻孔装置。

背景技术：

目前，分支井钻井技术方法很多，包括套管开窗钻铣侧钻，预设窗口、裸眼侧钻、径向分支井方法、膨胀管定位测钻和智能分支井等。分支井具有诸多优点：提高采收率，提高油气层纵向开程度，降低钻井成本，降低油井管理和环境保护等费用，提高了经济效益。

目前，油田常用的开窗有两种方法：斜向器开窗和段铣开窗，如果侧钻地层硬，固井质量较差，老井井下情况较复杂，井斜角度大，套管和套管扶正器不易段铣，开窗点的可选范围有限时，一般斜向器开窗方式，否则通常选择段铣式开窗方式；二者的转向曲率半径远大于井下工具直径，且不能在井筒内进行水平方向上的转向，影响径向钻井的作业效率和作业精度。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种曲率半径小、井下套管径向开窗时能在井筒内进行水平方向上的转向，并能沿着开窗孔不需要起下作业，用岩层钻头继续径向向岩层钻孔的油水井井下套管径向开窗钻孔装置。

本发明的技术方案是：油水井井下套管径向开窗钻孔装置，包括：

上下导向定位单元，所述上下导向定位单元包括与套管内壁固定的卡瓦，所述卡瓦底部固定设有用于上下伸缩移动的导向装置；

岩层钻孔单元，所述岩层钻孔单元包括与导向装置固定连接的接头，所述接头的下端固定连接有岩层壳体总成，所述接头内设有岩层钻头马达，所述岩层壳体总成与套管轴线偏心设置，所述岩层壳体总成内密封设有用于上下移动的岩层活塞总成，所述岩层活塞总成的上下两端分别固定有上软轴和空心软轴，所述上软轴的输入端与岩层钻头马达输出端连接，所述空心软轴的末端伸出岩层壳体总成并在径向上与套管垂直设置，所述空心软轴的末端安装有岩层钻头；

径向开窗单元，所述径向开窗单元包括固定在岩层壳体总成下端的开窗活塞总成，所述开窗活塞总成的输出端通过传动机构与开窗钻头连接，所述传动机构的输入端与开窗钻头马达的输出端连接。

优选的，所述导向装置包括固定设置在卡瓦底部的上下定位缸筒和设置在上下定位缸筒内的上下定位缸活塞，所述上下定位缸活塞的活塞杆与接头顶部连接。

优选的，所述岩层活塞总成包括上送钻活塞总成和下送钻活塞总成；

其中，上送钻活塞总成包括固定在上软轴下端的花键套和固定在岩层壳体总成内部的上送钻缸筒，所述上送钻缸筒内设有上送钻缸活塞，所述上送钻缸活塞的上端和下端分别固定设有上活塞杆和连杆，所述上活塞杆设置在花键套内并与花键套花键连接；

下送钻活塞总成包括固定在岩层壳体总成内部的下送钻缸筒，所述下送钻缸筒内密封活动设有下送钻缸活塞，所述下送钻缸活塞的上端和下端分别与连杆和空心软轴固定连接。

优选的，所述岩层壳体总成包括筒状外壳和内腔间隔设有的多个隔板，多个隔板与筒状外壳形成多个安装腔，所述花键套、上送钻缸筒和下送钻缸筒分别由上至下依次固定在安装腔的隔板上。

优选的，所述开窗活塞总成包括开窗缸筒和位于开窗缸筒内的开窗活塞杆。

优选的，所述传动机构包括花键轴、大锥齿轮和小锥齿轮，所述花键轴与开窗活塞杆连接，所述大锥齿轮和小锥齿轮相啮合并位于开窗缸筒内，所述小锥齿轮安装在开窗钻头马达的输出轴上。

优选的，所述空心软轴外套设有导向套。

优选的，所述岩层壳体总成的筒状外壳的一侧与套管内壁接触，另一侧与套管内壁形成用于岩层钻头伸出的间隙。

优选的，所述开窗钻头的直径大于岩层钻头直径。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：曲率半径小、能在井筒内进行水平方向上的转向的井下套管径向开窗，并能沿着开窗孔不需要起下作业，用岩层钻头继续径向向岩层钻孔，运转适应性强、可靠性高、效率高和节能。本发明可以一次下井操作就能完成开窗钻井，不需要多次起下钻，有效的缩短钻井周期、节约钻井成本、减轻工人劳动强度、提高了施工效果，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1.油管，2.卡瓦，3.上下定位缸筒，4.上下定位缸无杆腔，5.上下定位缸有杆腔，6.上下定位缸活塞杆，7.地层，8.岩层钻头马达，9.上软轴，10.上活塞杆，11.花键套，12.上送钻缸上腔，13.上送钻缸活塞，14.上送钻缸下腔，15.上送钻缸筒，16.连杆，17.下送钻缸上腔，18.下送钻缸活塞，19.下送钻缸下腔，20.空心软轴，21.筒状外壳，22.岩层钻头，23.花键轴，24.开窗井筒，25.开窗钻头，26.大锥齿轮，27.小锥齿轮，28.开窗钻头马达，29.开窗缸无杆腔，30.开窗缸活塞杆，31.开窗缸有杆腔，32.开窗缸筒，33.导向套，34.下送钻缸筒，35.隔板，36.接头，37.套管，38.井筒。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1所示，油水井井下套管径向开窗钻孔装置，包括上下导向定位单元、岩层钻孔单元和径向开窗单元。

其中，上下导向定位单元包括与套管37内壁固定的卡瓦2，卡瓦2底部固定设有上下定位缸筒3和设置在上下定位缸筒3内的上下定位缸活塞6。

岩层钻孔单元包括接头36，上下定位缸活塞6的活塞杆与接头36顶部连接。在接头36的下端固定连接有岩层壳体总成，岩层壳体总成包括筒状外壳21和内腔间隔设有的多个隔板35，多个隔板35与筒状外壳21形成多个安装腔。接头36内固定安装有岩层钻头马达8，筒状外壳21与套管37的轴线不在同一直线上，这样可使岩层壳体总成的筒状外壳21的一侧与套管37内壁接触，另一侧与套管内壁形成用于岩层钻头22伸出的间隙，且岩层钻头22前端与套管37内壁为非接触，防止下放时损伤套管37的内壁。

在岩层壳体总成内密封设有用于上下移动的上送钻活塞总成和下送钻活塞总成。上送钻活塞总成的上端固定有上软轴9，下送钻活塞总成的下端固定有空心软轴20，上软轴9的输入端与岩层钻头马达8的输出端连接，空心软轴20的末端伸出筒状外壳21并在径向上与套管37垂直设置，空心软轴20的末端安装有岩层钻头22。通过岩层钻头22可在径向向岩层钻孔。

其中，上送钻活塞总成包括固定在上软轴9下端的花键套11和安装腔内部的上送钻缸筒15，上送钻缸筒15内设有上送钻缸活塞13，上送钻缸活塞13的上端和下端分别固定设有上活塞杆10和连杆16，上活塞杆10设置在花键套11内并与花键套11花键连接。

下送钻活塞总成包括固定在安装腔内部的下送钻缸筒34，下送钻缸筒34内密封活动设有下送钻缸活塞18，下送钻缸活塞18的上端和下端分别与连杆16和空心软轴20固定连接，其中，隔板35为3个，3个隔板35与筒状外壳21形成四个安装腔，由上至下依次将花键套11、上送钻缸筒15、下送钻缸筒34以及空心软轴20的导向套33安装在相应的安装腔内。

径向开窗单元包括固定在岩层壳体总成的筒状外壳21下端的开窗缸筒32和位于开窗缸筒32内的开窗活塞杆30，开窗活塞杆30端部连接花键轴23，花键轴23的末端安装有开窗钻头25，花键轴23上安装有大锥齿轮26，开窗缸筒32底部安装有开窗钻头马达28，开窗钻头马达28的输出端安装有位于开窗缸筒32内的小锥齿轮27，且大锥齿轮26和小锥齿轮27相啮合，这样当开窗钻头马达28驱动小锥齿轮27转动时，可带动大锥齿轮26转动，从而通过花键带动花键轴23转动，带动与该轴固联的开窗钻头25旋转，同时花键轴23受到与之连接的开窗缸活塞杆30的持续的推力，开窗钻头25转动不断的向轴向外侧移动，最终将套管37壁完全铣穿后，开窗缸有杆腔31进高压液体，开窗钻头25受到一个拉力，开窗钻头25回到初始位置。

另外，开窗钻头25的直径大于岩层钻头22的直径。

径向开窗单元的具体结构为：上软轴9下端花键套11连接，花键套11通过键与上活塞杆10连接，上活塞杆10与上送钻缸活塞13固联，上送钻缸活塞13与上送钻缸筒15密封配合并转动；连杆16的上端与上送钻缸活塞13固联，其下端与下送钻缸活塞18固联，且下送钻缸活塞18与下送钻缸筒34密封配合，空心软轴20的上端与下送钻缸活塞18固联，空心软轴20可以在导向套33内灵活转动，同时也可以作轴向运动，空心软轴20的下端与岩层钻头22固联，岩层钻头马达8运转从而驱动岩层钻头22转动。

工作原理：通过油管1连接本发明下至井筒38的指定深度和开窗方向后，并通过卡瓦2固定在井筒套管37壁上，通过地面控制系统开启开窗钻头马达28旋转，开窗钻头马达28固联的小锥齿轮27带动与之配合的大锥齿轮26旋转，大锥齿轮26驱动与其键连接的花键轴23，带动与该轴固联的开窗钻头25旋转，同时向开窗缸筒32的开窗缸无杆腔29内注入高压液体，此时花键轴23受到与之连接的开窗缸活塞杆30的持续的推力，开窗钻头25转动不断的向轴向外侧移动，最终将套管37壁完全铣穿后，开窗缸有杆腔31进高压液体，开窗钻头25受到一个拉力，开窗钻头25回到初始位置；

通过向上下定位缸无杆腔4和上下定位缸有杆腔5内注入高压液体来控制本发明的下放或复位。当向上下定位缸无杆腔4内注入高压液体后，岩层钻孔单元的上下定位缸活塞6伸出将油水井井下套管开窗钻孔装置总成下放，将岩层钻头22送至套管37开窗孔处，并使岩层钻头22与套管37开窗井筒24同心，上下定位缸活塞6的活塞杆只能完成伸缩运动，不能转动；岩层钻头马达8运转，驱动上软轴9转动，上软轴9通过键连接的花键套11带动上活塞杆10转动，上活塞杆10带动上送钻缸活塞13转动；另外，上送钻缸活塞13通过连杆16和下送钻缸活塞18带动空心软轴20在导向套33内转动，从而驱动岩层钻头22转动。当上送钻缸上腔12和下送钻缸上腔17同时以一定的速度进高压液时，空心软轴20会受到一个推力，推力持续不断的推动岩层钻头22，岩层钻头22一边旋转一边钻向地层7深处，同时空心软轴20喷出高压液体，将岩层钻头22钻出的岩屑排除，钻到目的深度后，上送钻缸下腔14和下送钻缸下腔19被切换同时以一定的速度进高压液时，致使岩层钻头22通过空心软轴20受到一个持续的拉力，岩层钻头22一边转动一边回到初始位置，卡瓦2固定解除，若需要钻第二个径向井眼，将开窗钻头调整到需要的位置，再重复上述动作，若不需要，提出油水井井下套管径向开窗钻孔装置总成工具，即完成了开窗钻孔的工作。

本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。