一种定向侧钻小井眼工具

本发明涉及一种石油钻井作业用的作业工具，特别是一种定向侧钻小井眼工具，属于钻井作业工具领域。

背景技术：

1、径向水平井技术，能够穿透近井污染带，极大的增加泄油半径，提高油气井的生产能力与注水井的注水效率，是油田老井改造、油藏挖潜和稳产增产的有效手段。广泛应用于油层中未完全衰竭产层、死油区、未打开油层、衰竭带中未打开油层以及新的加密油层的开采作业中。目前油井老井眼侧钻主要采用斜向器、转向器等工具，以一定预设角度侧钻出原井眼，无法根据实际情况实时调整侧钻方向、角度等参数，且缺乏矢量转向控制钻井技术、核心转向控制工具。为提高径向水平井技术的适用性、储层钻遇率以及采油效率，节约侧钻井眼的时间与成本，我们研制了一种定向侧钻小井眼工具，不仅可以满足侧钻井眼的工作要求，还可以在侧钻工具一次锚定后对侧钻井眼窗口工作位置进行多次调整，并且可以反复多次回收使用。因此，发明一种定向侧钻小井眼工具，对于实现根据实际需要调整钻具钻进方位、角度有总要意义，同时对径向井、小井眼侧钻井、柔性钻具侧钻井等多体系相关技术的进度和推广应用提供理论和技术支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种实现可根据实际需要调整钻具钻进方位和角度、回收简便、结构合理的定向侧钻小井眼工具。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种定向侧钻小井眼工具，其特征在于：钻具工作方位和钻进角度由导向管下端口方位和斜角决定，而导向管下端口方位和斜角随斜向体的周向工作位置和轴向工作位置变化而变化，因此定向侧钻的关键在于对斜向体周向工作位置和轴向工作位置的控制；定向侧钻小井眼工具传动总成通过机械传动的方式来调整斜向体的周向以及轴向工作位置；斜向体与钻具工作窗口总成通过型面连接的方式实现斜向体与钻具工作窗口总成的周向同步旋转；

4、所述钻具工作窗口总成包括上接头、导向管、工作窗口外壳，导向管安装在上接头下方，工作窗口外壳内壁设有钻具工作窗口以及矩1形槽，矩形槽用来与斜向体矩形凸块进行型面连接，工作窗口外壳下部与旋转支承连接，通过旋转支承实现钻具工作窗口总成与工具整体剩余部分的相对转动；

5、所述斜向体外圆周设有矩形凸块，斜向体表面周向均匀设有4个矩形槽以及4个键槽，矩形槽用于安装电磁铁、棘爪弹簧、棘爪，键槽用于安装棘爪限位键，斜向体底部与传动总成中转向大齿轮连接，斜向体通过转向大齿轮获得传动总成传递的动力来实现周向转动；

6、所述钻具工作窗口总成包括上接头、导向管、工作窗口外壳，导向管安装在上接头下方，工作窗口外壳内壁设有钻具工作窗口以及矩形槽，矩形槽用来与斜向体进行型面连接，工作窗口外壳下部与旋转支承连接，通过旋转支承实现钻具工作窗口总成与工具整体剩余部分的相对转动；

7、所述斜向体外圆周设有矩形凸块，用来与工作窗口外壳进行型面连接，斜向体外圆周周向均匀设有4个矩形槽以及4个键槽，矩形槽用于安装电磁铁、棘爪弹簧、棘爪，键槽用于安装棘爪限位键，斜向体底部与传动总成中转向大齿轮连接，斜向体通过转向大齿轮获得传动总成传递的动力来实现周向转动；

8、所述传动总成包括转向大齿轮、上转向小齿轮、转向轴、转动限位块、下转向小齿轮、

9、顶升丝杆、顶升齿轮、电磁换挡拨叉、驱动齿轮、驱动电机、传动总成外壳，上转向小齿轮和下转向小齿轮分别布置在转向轴的上端和下端，通过电磁拨叉将驱动齿轮拨至不同的工作档位与下转向小齿轮和顶升齿轮啮合，将动力依次传递至转向大齿轮和顶升丝杆，以实现对斜向体的周向工作位置和轴向工作位置的调整，转动限位块通过与下转向小齿轮啮合来锁定斜向体在轴向位移时和到达工作位置后的周向位置；

10、所述传动总成外壳内壁设有棘齿，通过与棘爪配合，实现斜向体在工具内部轴向工作位置的锁定，传动总成外壳下端与中间连接壳体上端连接，所述中间连接壳体下端与液力锚上端连接；所述液力锚下端与电池外壳连接，液力锚上端与单向阀连接；所述中间连接壳体设有通孔，通孔用于安装锚定油管，锚定油管用于对液力锚输送液压油。

11、所述电池外壳设有内腔，用于安装电信号控制板、压力传感器以及电池。

12、进一步的技术方案是，一种定向侧钻小井眼工具，其动力来自工具中内置电池，压力传感器和控制电路对井口释放的压力信号进行解码转译，控制驱动电机转动指定圈数，从而实现对斜向体周向工作位置和轴向工作位置的控制。

13、进一步的技术方案是，所述驱动电机可驱动斜向体从初始位置顺时针旋转360°或逆时针旋转360°，驱动电机每旋转一周可带动斜向体周向旋转120°，旋转方向由设定的斜向体周向工作位置与其初始位置之间的劣弧决定，后续斜向体周向位置需要调整时，旋转方向由调整后的周向位置和调整前位置之间的劣弧决定；驱动电机可驱动顶升丝杆使斜向体在轴向100mm的工作行程内上升或下降。

14、进一步的技术方案是，导向管3的下端口斜角变化区间为15°到35°。

技术特征：

1.一种定向侧钻小井眼工具，其特征在于：钻具工作方位和钻进角度由导向管(3)下端口方位和斜角决定，而导向管(3)下端口方位和斜角随斜向体(5)的周向工作位置和轴向工作位置变化而变化，因此定向侧钻的关键在于对斜向体(5)周向工作位置和轴向工作位置的控制；定向侧钻小井眼工具传动总成通过机械传动的方式来调整斜向体(5)的周向以及轴向工作位置；斜向体(5)与钻具工作窗口总成通过型面连接的方式实现斜向体与钻具工作窗口总成的周向同步旋转；

2.根据权利要求1所述的一种定向侧钻小井眼工具，其特征在于：动力来自工具中内置电池(29)，压力传感器(28)和控制电路对1井口释放的压力信号进行解码转译，控制驱动电机(20)转动指定圈数，从而实现对斜向体(5)周向工作位置和轴向工作位置的控制。

3.根据权利要求1所述的一种定向侧钻小井眼工具，其特征在于：驱动电机(20)可驱动斜向体(5)从初始位置顺时针旋转360°或逆时针旋转360°，驱动电机(20)每旋转一周可带动斜向体(5)周向旋转120°，旋转方向由设定的斜向体(5)周向工作位置与其初始位置之间的劣弧决定，后续斜向体(5)周向位置需要调整时，旋转方向由调整后的周向位置和调整前位置之间的劣弧决定；驱动电机(20)可驱动顶升丝杆(16)使斜向体(5)在轴向100mm的工作行程内上升或下降。

4.根据权利要求3所述的一种定向侧钻小井眼工具，其特征在于：导向管(3)的下端口斜角变化区间为15°到35°。

5.一种定向侧钻小井眼工具钻井方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于钻井作业工具，特别涉及一种定向侧钻小井眼工具。定向侧钻小井眼工具主要由钻具工作窗口总成、传动总成、液力锚等部件组成。钻具钻进方位和角度由钻具工作窗口总成中导向管下端口方位和斜角弧度决定。可从井口释放有斜向体工作位置的压力信号，通过定向侧钻小井眼工具中控制电路对电器件的控制，实现对斜向体工作位置的调整从而让导向管下端口到达要求方位和斜角，实现对钻具钻进方向的控制。本发明可以根据实际要求调整钻具侧钻钻进方向和角度，提高径向井技术的适用性和储层钻遇率，节约侧钻井眼的时间与成本。

技术研发人员：敬俊,余金航,祝效华,彭扬,皇甫宜祥,罗希锐
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15