一种径向水平井密封装置、钻井设备及钻井方法与流程

本发明涉及石油钻探设备，具体而言，涉及一种径向水平井密封装置、钻井设备及钻井方法。

背景技术：

1、径向钻井技术是常规水平井技术深入发展的产物，是水平井技术的延伸与拓宽。原理是先用钻头在油层部位的套管上磨铣开孔，然后使用带喷射钻头的软管，借助高压射流的水力破岩作用在油层中的不同方向上钻出多个井眼的一种工艺技术，适合开发低渗透油田、浅油层、稠油地层和薄油层；现有的径向井技术一般采用圆形软管来传递高压射流的水力，其钻进的驱动源位于地面，密封采用橡胶密封，这会带来一些列问题，比如：橡胶密封的使用寿命短；动力给进和高压泵的操作相对较为复杂；对此发明人提出了一种全新的密封结构和径向井的钻井设备来解决上述问题，并对其进行了相关检索，得到以下专利，公开号为：cn 112963110 b的中国发明专利，其公开了一种径向水平井密封装置、钻井设备及钻井方法；和本发明相同点在于，也采用了波纹管作为喷射管，但是采用的是滚珠配合螺旋槽的方式进行密封，配合这种密封方式，通过多个扇叶来进行旋转驱动，使其钻进；但是问题在于，当一个井眼完成钻进工作后，怎么取出喷射管并没有给出明确技术方案，油管是竖直向下设置的，喷射管是水平设置的，如果喷射管不收回油管内，就会导致下一个开窗施工无法进行，另外，强行收回也会导致喷射管损坏，这点对于波纹管，更为重要，波纹管的外表面设有多个沟槽，直拔容易卡在管口且夹带岩石碎渣。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种径向水平井密封装置、钻井设备及钻井方法，用以解决上述问题。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种径向水平井密封装置，包括：依次相连的油管、外壳、转向器和设置在油管、外壳、转向器内部的喷射管，喷射管为波纹管；喷射管和外壳之间设有若干个密封组件，喷射管的顶部设有驱动喷射管旋转的动力组件，密封组件将外壳内的空间从上至下分为多个空腔，转向器的外侧设有朝向喷射管的端部的喷头，喷头和底层的空腔连通；密封组件为固定设置在外壳内部的圆台结构，其内部设有用以贯穿喷射管的通孔，通孔的内壁设有若干个第一凹槽，每个第一凹槽的外表面都设有第一环形凸起和第二环形凸起，沿通孔的轴线方向，若干个第一环形凸起和第二环形凸起构成内螺纹，内螺纹啮合喷射管的外表面；第一环形凸起与第一凹槽的接触面设有若干圆周阵列分布的第一通孔，第二环形凸起与第一凹槽的接触面设有若干圆周阵列分布的第二通孔，喷射管的外表面和若干个第一环形凸起、第二环形凸起形成的通道与若干个第一通孔和第二通孔形成的通道构成一个特斯拉阀结构，特斯拉阀结构的正向入口位于密封组件的底部，特斯拉阀的反向入口位于密封组件的顶部。

3、进一步的，密封组件至少设有3个。

4、进一步的，动力组件包括：固定架，其为筒状结构，固定架的外侧套设有螺旋扇叶且螺旋扇叶在固定架上旋转设置，螺旋扇叶的内壁固定设有圆环，圆环的一侧设有面齿轮，固定架上设有若干个垂直固定架轴线的第一锥齿轮，第一锥齿轮的转抽通过轴承固定在固定架上且其端部设有啮合面齿轮的齿轮；喷射管的顶部设有传动轴，传动轴上设有第二锥齿轮和第三锥齿轮；固定盘，其通过轴承连接在传动轴上；若干个压力伸缩杆，压力伸缩杆的固定端固定在固定架上，压力伸缩杆的活动端固定在固定盘上；在压力伸缩杆的压缩状态下，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，在压力伸缩杆的伸展状态下，第一锥齿轮和第三锥齿轮啮合；喷射管的上端设有进液孔。

5、进一步的，压力伸缩杆为液压伸缩杆或气压伸缩杆。

6、一种钻井设备，包括：径向水平井密封装置和压力泵。

7、一种钻井方法，包括以下步骤：

8、s1：开窗施工，钻井设备下放，使转向器运动到开窗位置处；

9、s2：通过控制压力泵输出两个额定压力，按其压力值从大至小分为超高压油和中高压油；

10、s3：通过超高压油压缩压力伸缩杆，使第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，液压油带动螺旋扇叶旋转，螺旋扇叶带动第二锥齿轮旋转，从而带动喷射管正向旋转，使其完成前进动作，通过转向器改变方向，然后喷射高压液体钻出连续高的水平井眼，直至完成该段钻井工作；

11、s4：完成s3后，将超高压油的压力值调节为中高压，通过输出中高压油，使第一锥齿轮和第三锥齿轮啮合，液压油带动螺旋扇叶旋转，螺旋扇叶带动第三锥齿轮旋转，从而带动喷射管反向旋转，使其完成后退动作，从转向器内收回，避免影响下一个开窗施工时；

12、s5：继续另一处的开窗施工，然后重复s3～s4步骤，直至全部的水平井眼完成施工，起出设备。

13、进一步的，在s4步骤中，喷射管在收回的动作中需要对喷射管进行清洁，避免大颗粒杂质进入转向器内，影响设备的正常运行。

14、本发明至少具有如下优点和有益效果：通过设置密封组件来固定喷射管，同时密封组件和喷射管的外壁形成特斯拉阀结构，特斯拉阀并不能完全阻隔液体，液体在此处起到润滑的作用，保证喷射管的旋转，但是特斯拉阀能有效的降低两端的压力值，相当于“单向阀”，可以使多个空腔内分布有液体，随着空腔的数量增加，从上到下，空腔内的压力减小，最后的一个空腔内的液体从喷头射出，用以清洁位于转向器外侧的喷射管，保证喷射管外表面的沟槽不会夹带岩石碎渣，同时又能保证油管内有足够的液体压力通过喷射管喷出进行破岩。

技术特征：

1.一种径向水平井密封装置，包括：依次相连的油管(1)、外壳(2)、转向器(3)和设置在所述油管(1)、外壳(2)、转向器(3)内部的喷射管(4)，所述喷射管(4)为波纹管；其特征在于，所述喷射管(4)和所述外壳(2)之间设有若干个密封组件(5)，所述喷射管(4)的顶部设有驱动喷射管(4)旋转的动力组件(6)，

2.如权利要求1所述的径向水平井密封装置，其特征在于，所述密封组件(5)至少设有3个。

3.如权利要求2所述的径向水平井密封装置，其特征在于，所述动力组件(6)包括：

4.如权利要求3所述的径向水平井密封装置，其特征在于，所述压力伸缩杆(68)为液压伸缩杆或气压伸缩杆。

5.一种钻井设备，其特征在于，包括：如权利要求4所述的径向水平井密封装置和压力泵。

6.一种钻井方法，适用于如权利要求5所述的钻井设备，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的一种钻井方法，其特征在于，在s4步骤中，喷射管(4)在收回的动作中需要对喷射管(4)进行清洁，避免大颗粒杂质进入转向器(3)内，影响设备的正常运行。

技术总结
本发明涉及石油钻探设备技术领域，本发明提供了一种径向水平井密封装置、钻井设备及钻井方法，该装置包括油管、外壳、转向器和喷射管等组件。喷射管是波纹管，与外壳之间设有若干个密封组件。密封组件是固定在外壳内部的圆台结构，其内壁设有第一凹槽和第一、第二环形凸起，形成内螺纹与喷射管啮合。喷射管的外表面和环形凸起形成的通道与通孔构成特斯拉阀结构，控制流体进出。本发明通过喷射管旋转和特斯拉阀结构的设计，实现了对径向水平井的有效密封，避免泄漏和污染物进入。

技术研发人员：董海燕,郑德超,胡吉祥,王玉吉,姜瑞源,赵桂风,张正,江海洋,王国伟,张永春,袁茂财
受保护的技术使用者：山东省地质矿产勘查开发局第一地质大队（山东省第一地质矿产勘查院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16