一种裸眼水平井一趟钻开窗侧钻工具串及工艺方法_2

文档序号:9883845阅读:来源:国知局
转动。
[0032]步骤四、螺杆钻具解锁压力继续升至锁紧与解锁装置4的解锁压力时,其剪钉剪断,螺杆钻具5解锁,驱动钻头6,剪断剪切螺钉12和传压管线7。
[0033]步骤五、开窗侧钻
按合理的开窗侧钻排量,驱动螺杆钻具5和钻头6沿导斜体8进行开窗侧钻。
[0034]实施例2:
在实施例1的基础上,水平分支井井况复杂,特别是裸眼段易出现沉沙、井壁坍塌等情况,因此要求斜向器具有循环井眼通道的功能,保证井眼畅通与井壁的稳定性,使斜向器顺利下入。现有技术中对斜向器定向常用的定向方式有两种:第一种是采用陀螺仪定向:下入陀螺仪定向后,并起出陀螺仪,再投球堵住斜向器水眼,进行斜向器的座封锚定。该种方式存在以下问题:1、陀螺仪很难下放到预定位置;2、无法有效控制斜向器定向角度,造成定向偏差较大;3、工艺复杂,耗时费力。第二种是采用预置定向工具(如MWD)进行定向:MWD串联在斜向器上部。该种方式存在以下问题:1、如果采用斜向器中心孔循环钻井液,因MWD挡住了斜向器的投球通道,斜向器在循环、定向后无法采用投球方式完成锚定座封;2、如果采用旁通孔循环钻井液,不投球,控制排量剪断销钉实现斜向器的定向、座封,该种方式会出现斜向器定向未成功便完成座封的误动作。
[0035]本发明采用的定向仪器2为MWD或LWD无线随钻测量仪器,采用的定向专用启动阀3解决了现有技术中陀螺仪很难下放到预定位置,无法有效控制斜向器定向角度,定向偏差较大,工艺复杂,耗时费力,过程控制困难和斜向器定向未成功便完成座封的误动作的问题,如附图2所示,本发明所述的定向专用启动阀3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13、b接头14、c接头15、d接头16,a接头13和b接头14的内部装有旋转啮合机构17,所述的旋转啮合机构17下部旋接旋转筒18,旋转筒18的中部设置有左旋螺旋槽,螺旋升角小于自锁角,螺旋圈数可调,c接头15和d接头16的内部下端均有环形凸台,旋转筒18分别与c接头15、d接头16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22及与下弹簧22配合的支撑轴承、弹簧座和保持腔体内压力平衡的平衡活塞,c接头15内部下端的环形凸台下部设置有贯穿c接头15管壁的限位螺钉,所述的旋转筒18中部外壁上设置有与所述限位螺钉相适配的限位槽,限位螺钉与所述的旋转筒18左旋螺旋槽顶部啮合。d接头16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23,a接头13中部有一连通孔24,连通孔24贯穿a接头13的管壁,与a接头13中空连通。
[0036]旋转啮合机构17通过紧定螺钉固定于a接头13中部内侧,旋转啮合机构17下部外侧与旋转筒18上部内侧通过花键副连接,旋转啮合机构旋转带动旋转筒18旋转,同时旋转筒18在下弹簧22作用下上行,平衡活塞也一同上行,直至旋转筒18的下端部与d接头16内台阶孔脱开,传压孔23打开,与此同时,连通孔24关闭,实现钻具内部压力通过传压孔23传递至斜向器座封。
[0037]旋转啮合机构由管状的推力爪19、定爪20、旋转爪21组成,推力爪19、旋转爪21—同安装在定爪20内,推力爪19位于旋转爪21的上方,旋转爪21与b接头14形成密封腔,所述密封腔中装有竖直方向的上弹簧25,定爪20通过紧定螺钉和a接头13下部相固定,推力抓外侧上端固定有活塞,旋转爪21的下端与旋转筒18连接。定爪20内孔下端为内花键结构,该内花键结构端部为锯齿状斜面结构,推力爪19下端为外花键结构,该外花键结构端部为三角形齿形结构,旋转爪21上端为外花键结构,外花键端部为锯齿状斜面结构,所述推力爪19下端的外花键结构固定在定爪20的内花键内,旋转爪21上端的外花键结构固定在定爪20内花键内,定爪20内花键与推力爪19、旋转爪21的外花键数量一致,定爪20锯齿状斜面结构与旋转爪21锯齿状斜面结构相同,定爪20、推力爪19与旋转爪21可实现旋转啮合,推力爪19旋转带动旋转爪21,动力推力爪19传递至旋转爪21,旋转爪21再通过外部花键副将动力传递至旋转筒18,实现动力自上而下的传输。
[0038]本发明所述的定向专用启动阀3连接在MffD与裸眼斜向器之间,之间设置有传压管线7,定向专用启动阀3在不同的阶段的具体工作如下:
1、开栗循环时
下钻至预定水平位置,由于钻井液经过钻具内孔、旋转爪21的旁通孔、环空时会产生一定的节流压差Λρ,上活塞在节流压差Λρ的作用下,带动推力爪19沿定爪20的内花键下行,直到上活塞的下端面顶住定爪20的上端面,推力爪19把旋转爪21顶出定爪20的内花键,上弹簧25被压缩,与此同时,在上弹簧25的弹簧力作用下旋转爪21的外花键与定爪20的内花键槽发生一定角度的错位,引起旋转爪21滑动正转,并通过花键副带动旋转筒18,在下弹簧22作用下旋转筒18顶住限位螺钉沿左旋螺旋槽上行一定距离,此时,旁通孔11处于开启状态,传压孔23处于关闭状态。
[0039]2、停栗时
在上弹簧25的回位弹簧力下,上弹簧25带动旋转爪21顶住推力爪19上行复位,在复位过程中,旋转爪21的外花键斜面齿会顶住定爪20的斜面齿产生滑动正转,使旋转爪21的外花键导引至定爪20的内花键槽内,与此同时,旋转爪21通过花键副带动旋转筒18继续沿左旋螺旋槽上行一定距离,此时,旁通孔11仍处于开启状态,传压孔23仍处于关闭状态。
[0040]3、裸眼斜向器定向时
裸眼斜向器定向时,需要多次调整裸眼斜向器的导斜面朝向,并进行数次开、停栗来传输MWD定向数据,在此过程中,每开、停栗一次,旋转爪21带动旋转筒18正转一个啮合齿数,本发明设置的一圈啮合齿数为6?10齿,即开、停栗6?10次,旋转筒18沿左旋螺旋槽上行一圈,螺旋槽圈数可调,裸眼斜向器定向完成时,旁通孔11仍处于开启状态,传压孔23仍处于关闭状态。
[0041 ] 4、裸眼斜向器座封时,
只需进行数次开、停栗,旋转筒18沿左旋螺旋槽上行,直至脱离限位螺钉的束缚,并在下弹簧22的弹簧力作用下,上行至b接头14下端部,旁通孔11处于关闭状态,传压孔23因旋转筒18的上行,实现与旋转筒18内孔相通,处于开启状态,与此同时,钻井液通过传压孔23、传压管线7进入到裸眼斜向器内,立管压力会出现骤升,对裸眼斜向器进行打压,实现裸眼斜向器的座封。
[0042]这种定向专用启动阀3具有无需投球、无需控制排量变化,一趟钻实现斜向器的定向、座封,过程可通过远程遥控控制;作业完成后可回收,并能拆卸、重装后可重复使用。
[0043]实施例3:
在实施例1的基础上,裸眼斜向器连接于螺杆钻具下部,裸眼斜向器的完全锚定是开窗侧钻的前提,只有当裸眼斜向器完全锚定之后,螺杆钻具才能转动与裸眼斜向器脱离,并进行开窗侧钻,因此,裸眼斜向器完全锚定前,防止螺杆钻具转动成为整个一趟钻开窗侧钻成败的关键点,如附图3所示,本发明所述的锁紧与解锁装置4包括螺杆壳体26和设置在螺杆壳体26内部的螺杆钻具5,螺杆壳体26上部连接防掉筒28,防掉筒28的上部连接上接头29,上接头29与防掉筒28内部安装有中芯筒30,所述的中芯筒30上部与上接头29内部通过上花键副连接,中芯筒30中部设置有止退卡簧31,中芯筒30中部与上接头29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30的轴向窜动,止退卡簧31下方的上接头29上设置有与止退卡簧31啮合的止退台阶,上接头29中部设置有连通孔27,中芯筒30下部与螺杆钻具5通过下花键副连接,中芯筒30与上接头29之间、中芯筒30与螺杆钻具5之间均采用花键副连接,可防止螺杆钻具5周向转动,下花键副上方的中芯筒30上设置有导流孔32,止退卡簧31和止退台阶脱开状态最大距离大于下花键副的长度。在分支井钻井过程中,将螺杆钻具与锁紧与解锁装置连接在裸眼斜向器的上部,钻井液通过中芯筒30的内孔经导流孔进入螺杆钻具5,传递至裸眼斜向器,当压力升到裸眼斜向器的座封压力后,裸眼斜向器完成座封,此时,螺杆钻具5与中芯筒30之间的下花键副以及中芯筒30与上接头29之间的上花键副均处于啮合状态,螺杆钻具5不会转动,处于锁紧状态;随着钻井液的继续加入,装置内压力继续升高,当压力升至剪钉剪断压力时,在压力的作用下,剪钉剪断,中芯筒30在压力的作用下下行,直到中芯筒30的止退卡簧与上接头29的止退台阶处于啮合状态,与此同时,螺杆钻具与中芯筒30的下花键副处于脱开状态,螺杆钻具5处于解锁状态,螺杆钻具5在钻井液的驱动下进行转动,并释放螺杆钻具与裸眼斜向器固定连接点,进而实现开窗侧钻功能。
[0044]本发明所采用的这种螺杆钻具锁紧与解锁装置有效解决了裸眼斜向器定向时开栗循环导致螺杆钻具5转动的问题,可防止中芯筒30轴向窜动以及螺杆钻具5的周
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