一种裸眼水平井一趟钻开窗侧钻工具串及工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油钻井水平井技术领域，具体涉及一种裸眼水平井一趟钻开窗侧钻工具串及工艺方法。
【背景技术】
[0002]开窗侧钻技术，通过在主井眼中开窗侧钻，可以将主井眼边沿的更多油层开采出来，从而提高油井的利用效率和油藏的开采率，开窗侧钻技术有效地开发了油藏的潜力，使以前被认为是不能经济开采的油藏得到充分高效的开采。因此，在裸眼水平井分支井钻井过程中，开窗侧钻是作业的关键一环，而一趟钻开窗侧钻可缩短钻井周期，降低钻井成本。
[0003]要想一趟钻实现开窗侧钻作业，需解决以下问题:裸眼水平段要求具有循环排沙功能;水平段不能利用投球的方式实现斜向器的座封;斜向器调整方位定向成功后，斜向器才能座封;斜向器座封后，钻头才能转动进行开窗侧钻;钻头与斜向器的连接方式;钻头与斜向器座封压力腔的压力传递方式等系列问题。因此，解决好以上问题成为能否实现裸眼水平井一趟钻开窗侧钻的关键所在。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供了一种能够实现一次下井完成裸眼水平段循环排沙，斜向器定向锚定、座封，开窗及钻进的一趟钻开窗侧钻工具串，从而实现了一趟钻开窗侧钻作业，本发明提供的这种裸眼水平井一趟钻开窗侧钻工具串，由上部钻具、定向仪器、定向专用启动阀、锁紧与解锁装置、螺杆钻具、钻头及裸眼斜向器依次串联连接组成，所述的裸眼斜向器包括导斜体、锚定筒和锚定爪，所述的锚定爪嵌装在锚定筒筒壁的通孔中，且锚定爪通过剪钉固定于设置在锚定筒内部的斜面体上，锚定筒的上端通过螺纹与导斜体底部相连接。
[0005]所述的导斜体顶部与钻头通过剪切螺钉连接。
[0006]所述的导斜体与钻头之间设置有传压管线。
[0007]所述的传压管线沿着导斜体背面轴向设置，传压管线连通钻头内腔与锚定筒内部的斜面体压力腔。
[0008]所述的定向仪器为MWD或LWD无线随钻测量仪器。
[0009]所述的定向专用启动阀包括接头，所述的接头包括自上而下顺次通过螺纹连接的具有中空圆筒结构的a接头、b接头、c接头、d接头，a接头和b接头的内部装有旋转啮合机构，所述的旋转啮合机构下部旋接旋转筒，c接头和d接头的内部下端均有环形凸台，旋转筒分别与c接头、d接头形成相通的空腔一和空腔二，所述的空腔一中装有竖直方向的下弹簧，d接头内部下端的环形凸台上开设有竖直贯穿该环形凸台的传压孔，a接头中部有一连通孔，连通孔贯穿a接头的管壁，与a接头中空连通，c接头的上部设置有一个旁通孔，旁通孔贯穿c接头的管壁。
[0010]所述的旋转啮合机构由管状的推力爪、定爪、旋转爪组成，推力爪、旋转爪一同安装在定爪内，推力爪位于旋转爪的上方，旋转爪与b接头形成密封腔，所述密封腔中装有竖直方向的上弹簧，定爪通过紧定螺钉和a接头下部相固定，推力抓外侧上端固定有活塞，旋转爪的下端与旋转筒连接。
[0011]所述的锁紧与解锁装置包括螺杆壳体和设置在螺杆壳体内部的螺杆钻具，螺杆壳体上部连接防掉筒，防掉筒的上部连接上接头，上接头与防掉筒内部安装有中芯筒，所述的中芯筒上部与上接头内部通过上花键副连接，中芯筒中部设置有止退卡簧，中芯筒中部与上接头通过剪钉固定，剪钉的剪断压力高于裸眼斜向器的座封压力，可防止中芯筒的轴向窜动，止退卡簧下方的上接头上设置有与止退卡簧啮合的止退台阶，上接头中部设置有连通孔，中芯筒下部与螺杆钻具通过下花键副连接，中芯筒与上接头之间、中芯筒与螺杆钻具之间均采用花键副连接，下花键副上方的中芯筒上设置有导流孔，止退卡簧和止退台阶脱开状态最大距离大于下花键副的长度。
[0012]所述的所述锚定爪为多组，2个锚定爪为一组，每一组中2个锚定爪沿锚定筒轴线对称分布，相邻两组锚定爪沿锚定筒轴线间隔布置并相互垂直，且锚定筒上沿锚定筒轴向依次分布多组锚定爪。
[0013]本发明提供的这种裸眼水平井一趟钻开窗侧钻工具串的具体工艺方法的实施步骤如下:
步骤一、循环排沙:将工具串下到预定开窗位置，开栗进行循环，钻井液通过上部钻具、定向仪器后从定向专用启动阀的旁通孔返出，将环空落沙返排出井口。
[0014]步骤二、裸眼斜向器定向:转动钻柱，调整裸眼斜向器导斜体的朝向，开栗，利用定向仪器上传定向数据，确定开窗位置，即完成裸眼斜向器的定向。
[0015]步骤三、裸眼斜向器座封:裸眼斜向器定向完成后，继续开、停栗，直至定向专用启动阀打开，开栗时，钻井液压力通过上部钻具、定向仪器、定向专用启动阀、锁紧与解锁装置、螺杆钻具、钻头、传压管线传至锚定筒内部的斜面体压力腔，压力升至座封压力时，锚定爪伸出，座封在井壁上，即完成裸眼斜向器的座封。
[0016]步骤四、螺杆钻具解锁:压力继续升至锁紧与解锁装置的解锁压力时，其剪钉剪断，螺杆钻具解锁，驱动钻头，剪断剪切螺钉和传压管线。
[0017]步骤五、开窗侧钻:按合理的开窗侧钻排量，驱动螺杆钻具和钻头沿导斜体进行开窗侧钻。
[0018]本发明的有益效果:
本发明的定向仪器选用MWD或LWD等无线随钻测量仪器，而不采用陀螺仪，避免了陀螺仪无法到达水平段的缺点，无线随钻测量仪器可在水平段测量裸眼斜向器导斜体的朝向，确定开窗位置。
[0019]本发明采用的定向专用阀可保证裸眼斜向器导斜体找准朝向前，定向专用阀以下的工具串不会动作。
[0020]本发明采用的锁紧与解锁装置、螺杆钻具可保证裸眼斜向器座封前，螺杆钻具及钻头不会动作。
[0021]本发明的导斜体顶部与钻头通过剪切螺钉连接，可实现在水平段调整导斜体的朝向。
[0022]本发明的导斜体与钻头之间设置传压管线，可实现裸眼斜向器座封时所需的座封压力。
[0023]以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
【附图说明】
[0024]图1为本发明工具串连接不意图。
[0025]图2为定向专用启动阀的总体结构示意图。
[0026]图3为螺杆钻具锁紧与解锁装置的结构示意图。
[0027]图中标记为:
1-上部钻具，2-定向仪器，3-定向专用启动阀，4-锁紧与解锁装置，5-螺杆钻具，6-钻头，7-传压管线，8-导斜体，9-锚定单元，10-锚定爪，11-旁通孔，12-剪切螺钉，13-a接头，14-b接头，15-c接头，16-d接头，17-旋转啮合机构，18-旋转筒，19-推力爪，20-定爪，21_旋转爪，22-下弹簧，23-传压孔，24-连通孔，25-上弹簧，26-螺杆壳体，27-连通孔，28-防掉筒，29-上接头，30-中芯筒，31-止退卡簧，32-导流孔。
【具体实施方式】
[0028]实施例1:
本发明提供了一种裸眼水平井一趟钻开窗侧钻工具串，如图1所示，由上部钻具1、定向仪器2、定向专用启动阀3、锁紧与解锁装置4、螺杆钻具5、钻头6及裸眼斜向器依次串联连接组成，所述的裸眼斜向器包括导斜体8、锚定筒9和锚定爪10，所述的锚定爪10嵌装在锚定筒9筒壁的通孔中，且锚定爪10通过剪钉固定于设置在锚定筒9内部的斜面体上，锚定筒9的上端通过螺纹与导斜体8相连接。所述的导斜体8的顶部与钻头6通过剪切螺钉12连接，采用这种连接结构可实现在水平段调整导斜体8的朝向。所述的导斜体8与钻头6之间设置有传压管线7，传压管线7沿着导斜体8背面轴向设置，传压管线7连通钻头6内腔与锚定筒9内部的斜面体压力腔，可实现裸眼斜向器座封时所需的座封压力。
[0029]—种裸眼水平井一趟钻开窗侧钻工具串的具体工艺方法步骤如下:
步骤一、循环排沙
将工具串下到预定开窗位置，开栗进行循环，钻井液会通过上部钻具1、定向仪器2后从定向专用启动阀3的旁通孔11返出，将环空落沙返排出井口，达到清洗井眼的目的。在此过程中，裸眼斜向器不会座封，螺杆钻具5不会解锁，钻头6不会转动。
[0030]步骤二、裸眼斜向器定向
转动钻柱，调整裸眼斜向器导斜体8的朝向，开栗，利用定向仪器2上传定向数据，如导斜体8的朝向不符合开窗位置，继续转动钻柱调整导斜体8的朝向，直到定向仪器2上传的定向数据符合开窗位置的要求，即完成裸眼斜向器的定向。在此过程中，裸眼斜向器不会座封，螺杆钻具5不会解锁，钻头6不会转动。
[0031 ]步骤三、裸眼斜向器座封
裸眼斜向器定向完成后，继续开、停栗，直至定向专用启动阀3打开，开栗时，钻井液压力通过上部钻具1、定向仪器2、定向专用启动阀3、锁紧与解锁装置4、螺杆钻具5、钻头6、传压管线7传至锚定筒9内部的斜面体压力腔，压力升至座封压力时，锚定爪10伸出，座封在井壁上，即完成裸眼斜向器的座封。在此过程中，螺杆钻具5不会解锁，钻头6不会