專利名稱：石油開采超短半徑徑向水平鉆井、完井工具及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油開采鉆井、完井作業(yè)，是油田水平鉆井的一種鉆井新工藝及其專用的配套鉆井工具。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行石油開采行業(yè)中，其實(shí)施的小曲率大半徑、中半徑、小半徑都存在著成本高、周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)；超短半徑徑向水平水噴射的所有工藝，因?yàn)槭褂玫氖歉邏核淞髌茙r鉆井，一是需要配備較多的地面專用設(shè)備和工具、成本較高、產(chǎn)出比失衡；二是受到巖性、井深和擴(kuò)超大直徑孔的限制，縮小了推廣應(yīng)用范圍，并且這種方法還存在著鉆出的水平井眼技術(shù)復(fù)雜、鉆井周期長(zhǎng)、使用壽命短等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)上述水平鉆井工藝的缺陷設(shè)計(jì)的一種新工藝，并研制成一整套專用工具，從而達(dá)到單層面多井眼及多層面多井眼，并適合多種井眼條件和油藏類型采油，達(dá)到采收率成倍提高、綜合鉆井成本降低的最終目的，并且解決了無法篩管完井的難題。
石油開采超短半徑徑向水平鉆井、完井工具及其工藝，是由通徑規(guī)、鍛銑刀、鉆頭體、快速接頭、調(diào)節(jié)短節(jié)各部件組成，其特征是A、超短半徑徑向水平鉆井、完井工具a)定位鉆頭由導(dǎo)正塊(5)、軸(6)、卡圈(7)、密封圈(8)、軸承(9、13)、外套(10)、內(nèi)套(11)、O型圈(15)、導(dǎo)水接頭(16)、斜鐵(17)和鉆頭(18)各部件組成，鉆頭外套(10)與導(dǎo)向跟進(jìn)篩管(1)前端焊接固定；b)高強(qiáng)度柔性鉆桿由變位桿球體(21)、保護(hù)套(22)、上半空腔球體(23)、密封膠圈(24)、鋼球(25)、下半空腔球體(26)和軸承(27)各部件組成，球體之間采用焊接方式連接，亦可以采用絲扣保護(hù)套連接，上半空腔球體、下半空腔球體與變位桿球體之間采用膠管密封，亦可采用膠圈密封，每球間可彎曲4～6°，并可在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)；c)導(dǎo)向跟進(jìn)篩管由連接鋼板(29)、梯形管(30)、反屑孔(31)、反扣補(bǔ)芯(32)、調(diào)節(jié)短節(jié)(33)、節(jié)箍(34)和防沙篩網(wǎng)(35)組成，導(dǎo)向跟進(jìn)篩管上還設(shè)有角度限位片(36)；d)柔性鉆桿通過跟進(jìn)篩管內(nèi)，采用齒合爪(40、41)與鉆頭(18)連接，亦可以采用脫鉤引向滑道(38′)和自鎖倒須鉤(38)結(jié)構(gòu)，制成快速接頭(44、45)結(jié)構(gòu)形式，水平鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭(18)帶動(dòng)跟進(jìn)篩管前進(jìn)，跟進(jìn)篩管的自身重量又可推動(dòng)跟進(jìn)篩管前進(jìn)，完成水平鉆進(jìn)時(shí)借助齒合爪(40、41)的自動(dòng)分離，將鉆頭(18)和跟進(jìn)篩管(1)留在井內(nèi)達(dá)到篩管完井作業(yè)；e)定位造斜導(dǎo)向器是由管壁(48)、可撈接頭(49)、活塞(51)各部分組成，管壁(48)前部按水平鉆井角度需要呈斜坡狀，后部呈半圓形；B、超短半徑徑向水平鉆井、完井工藝a)首先，用鍛銑工具在目的層進(jìn)行油井套管鍛銑，然后由定位造斜導(dǎo)向器連好導(dǎo)向跟進(jìn)篩管，同時(shí)把柔性鉆桿下入導(dǎo)向跟進(jìn)篩管內(nèi)，導(dǎo)向跟進(jìn)篩管前端安裝有定向鉆頭(18)，柔性鉆桿后部與常規(guī)鉆桿相連接，下至目的層的鍛銑段面；b)當(dāng)定位銷(54)進(jìn)入鍛銑段，可自動(dòng)彈出，并掛在油井套管沿上后，漲緊卡瓦(53)在活塞(51)作用下，使定位造斜導(dǎo)向器穩(wěn)定地固定在油井套管內(nèi)；當(dāng)鉆井開始時(shí)，應(yīng)采用吊鉆鉆進(jìn)，到達(dá)目的層時(shí)，再全放開鉆進(jìn)，跟進(jìn)篩管沿著定位造斜導(dǎo)向器上部的管壁斜面，借助鉆頭(18)的前進(jìn)力和篩管自身的重力推進(jìn)，使水平鉆井按設(shè)計(jì)要求鉆進(jìn)；c)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)水平長(zhǎng)度后，提出鉆桿，將導(dǎo)向跟進(jìn)篩管和定位鉆頭留在所鉆井眼內(nèi)，自然形成篩管防砂完井。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單，使用常規(guī)鉆井設(shè)備即可基本完成全部施工作業(yè)，無須配備較多的地面專用設(shè)備和工具，降低了鉆井綜合成本。造斜段的曲率半徑僅為1.5～3米，適合于各種井眼條件和油藏類型，尤其是不受井深的限制，能夠多層位、同層位多井眼進(jìn)行作業(yè)，且孔徑大，水平井眼長(zhǎng)，采收率可顯著提高，而且因水平井鉆進(jìn)作業(yè)完成時(shí)，定位鉆頭和導(dǎo)向跟進(jìn)篩管均留在水平井內(nèi)，所以水平鉆井、完井工程可同時(shí)完成，解決了以往水平井無法篩管完井的一大難題。并且在采油時(shí)還可以進(jìn)行單井眼沖沙洗井作業(yè)。


圖1，本發(fā)明鉆頭體結(jié)構(gòu)示意圖，其中1跟進(jìn)篩管，2、4快速接頭，3掛片，5導(dǎo)正塊，6軸，7卡圈，8密封圈，9、13軸承，10外套，11內(nèi)套，12墊圈，14合金刀片，15O型圈，16導(dǎo)水接頭，17斜鐵，18鉆頭；圖2，本發(fā)明圖1的A-A剖視圖；圖3，本發(fā)明圖2的B-B剖視圖，其中19限位塊，20限位槽；圖4，本發(fā)明柔性鉆桿結(jié)構(gòu)示意圖，其中21變位鉆桿球體，22保護(hù)套，23上半空腔球體，24密封膠圈，25鋼球，26下半空腔球體，27軸承；圖5，本發(fā)明圖4的C向視圖；圖6，本發(fā)明跟進(jìn)篩管結(jié)構(gòu)圖，其中29連接鋼板，30梯形管，31反屑孔，I示放大部位，D示投視方位；圖7，本發(fā)明圖6的自然狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖，其中32反扣補(bǔ)芯，33調(diào)節(jié)短節(jié)，34節(jié)箍，35防沙篩網(wǎng)，E示投影方位；圖8，本發(fā)明圖6的I部位放大視圖，其中36角度限位片；圖9，本發(fā)明圖7跟進(jìn)篩管的連接鋼板E向部位視圖，其中37塞焊孔；圖10，本發(fā)明圖6的D向部位視圖；圖11，本發(fā)明齒合爪(40)軸向視圖；圖12，本發(fā)明圖11的主視圖；圖13，本發(fā)明齒合爪(41)軸向視圖；圖14，本發(fā)明圖13的主視圖；圖15，本發(fā)明另一種快速接頭結(jié)構(gòu)(44)的軸向視圖；圖16，本發(fā)明圖15的主視圖，其中38自鎖倒須鉤；圖17，本發(fā)明另一種快速接頭結(jié)構(gòu)(45)的軸向視圖；圖18，本發(fā)明圖17的主視圖，其中38′引向滑道，39導(dǎo)水管；圖19，本發(fā)明水平鉆具組裝結(jié)構(gòu)示圖，其中40、41齒合爪，42鉆桿，43柔性鉆桿；圖20，本發(fā)明水平鉆具的另一種連接方式結(jié)構(gòu)圖，其中44、45快速接頭；圖21，本發(fā)明調(diào)節(jié)短節(jié)的結(jié)構(gòu)示圖，其中46鉆桿短節(jié)，47內(nèi)吊卡；
圖22，本發(fā)明圖21的反扣補(bǔ)芯(32)的軸向視圖；圖23，本發(fā)明圖21的反扣補(bǔ)芯(32)的主視圖；圖24，本發(fā)明圖21的內(nèi)吊卡(47)的主視圖；圖25，本發(fā)明圖21的內(nèi)吊卡(47)的軸向視圖；圖26，本發(fā)明定位造斜導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)示意圖，其中48管壁，49可撈接頭，50活塞連接盤，51活塞，52管壁，53漲緊卡瓦，54定位銷，F(xiàn)示斷面部位；圖27，本發(fā)明圖26定位造斜導(dǎo)向器后部半圓管壁斷面視圖；圖28，本發(fā)明圖26定位造斜導(dǎo)向器造斜管壁斷面視圖；圖29，本發(fā)明圖26的F-F斷面視圖，其中55彈簧套筒。
具體實(shí)施例方式
對(duì)本發(fā)明提出的專用工具，以及水平鉆井工藝操作方法和運(yùn)行機(jī)理等，結(jié)合附圖進(jìn)一步具體說明如下一、組裝本發(fā)明提出的各種工具首先，組裝定向鉆頭。將導(dǎo)正塊5、軸6、卡圈7、密封圈8、軸承9和13、外套10、內(nèi)套11、O型圈15、導(dǎo)水接頭16、斜鐵17和鉆頭18組裝成整體，鉆頭外套10應(yīng)焊接固定在導(dǎo)向跟進(jìn)篩管1的前端；接著，進(jìn)行高強(qiáng)度柔性鉆桿的組裝。柔性鉆桿由變位桿球體21、保護(hù)套22、上半空腔球體23、密封膠圈24、鋼球25、下半空腔球體26和軸承27各部件組合安裝而成，球體之間采用焊接方式連接，亦可以采用絲扣保護(hù)套連接，上半空腔球體、下半空腔球體與變位桿球體之間采用膠管密封，亦可以采用膠圈密封，每球間可彎曲4～6°，并可在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)；再接著，是導(dǎo)向跟進(jìn)篩管的組裝。導(dǎo)向跟進(jìn)篩管由連接鋼板29、梯形管30、反屑孔31、反扣補(bǔ)芯32、調(diào)節(jié)短節(jié)33、節(jié)箍34、角度限位片36和防沙篩網(wǎng)35各部件組裝而成；然后，將通過定向跟進(jìn)篩管內(nèi)的柔性鉆桿前端的齒合爪40和鉆頭18后部的齒合爪41，把柔性鉆桿和鉆頭二者組裝在一起；多功能快速接頭的組裝。由齒合爪40、41組裝成快速接頭；快速接頭亦可以采用快速接頭44、45的結(jié)構(gòu)，采用脫鉤引向滑道和自鎖倒須鉤38的結(jié)構(gòu)形式；最后，組裝定位造斜導(dǎo)向器，它是由管壁48、可撈接頭49、活塞51各部件組裝而成，管壁48前部，按水平井鉆井角度要求制成斜坡狀，后部呈半圓形，定位銷54設(shè)有彈簧套筒55。
二.結(jié)合本發(fā)明提供的專用工具，進(jìn)一步具體描述本發(fā)明的操作工藝及相關(guān)機(jī)理。
首先采用鍛銑工具在目的層進(jìn)行采油豎井套管的鍛銑，長(zhǎng)度為1.1～1.5m，完工后，從豎井套管內(nèi)提出所用鍛銑工具；接著，把定位造斜器安裝在鉆頭及鉆頭體上，再把柔性鉆桿通過齒合爪40、41與鉆頭18連接牢固；柔性鉆桿安裝在導(dǎo)向跟進(jìn)篩管內(nèi)，柔性鉆桿后部的補(bǔ)心調(diào)節(jié)短節(jié)與常規(guī)鉆桿連接，全套工具在地面裝配完畢后，即可下井鉆進(jìn)；當(dāng)水平鉆具下井達(dá)到目的層鍛銑深度，定位造斜導(dǎo)向器的定位銷54，在孔徑加大時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出，并搭掛在油井護(hù)井套鍛銑部位的上邊緣，接著，在活塞51加大重量下滑時(shí)，漲緊卡瓦53被擠出，并緊緊地卡在護(hù)井套管的內(nèi)壁上，使定位造斜導(dǎo)向器按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確穩(wěn)固定位；開始造斜時(shí)，由于定位造斜導(dǎo)向器安裝在導(dǎo)向跟進(jìn)篩管前部，開鉆時(shí)，導(dǎo)向跟進(jìn)篩管借助定位造斜器管壁48的特殊結(jié)構(gòu)造形，既利用半圓形的管壁上的斜面和本身的自重，即可完成鉆頭的定向造斜鉆進(jìn)；導(dǎo)向造斜完成后，加大鉆壓，由鉆頭牽引導(dǎo)向跟進(jìn)篩管前進(jìn)，開始水平鉆進(jìn)，在水平鉆進(jìn)過程中，鉆頭體上設(shè)置的導(dǎo)正塊5、導(dǎo)向跟進(jìn)篩管上設(shè)置的角度限位片36，都確保了鉆頭的水平鉆進(jìn)的準(zhǔn)確方位；水平鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，將導(dǎo)向跟進(jìn)篩管后邊的自動(dòng)懸掛器同時(shí)自動(dòng)掛好，并用汽化水洗凈井內(nèi)所有的鉆進(jìn)液，利用齒合爪40、41自動(dòng)脫鉤裝置的自脫鉤性能，在提出柔性鉆桿時(shí)，很容易將鉆頭18和導(dǎo)向跟進(jìn)篩管留在水平井內(nèi)，致使水平鉆井、完井作業(yè)一次完成。
自脫鉤定位鉆頭18和柔性鉆桿的連接結(jié)構(gòu)，也可以設(shè)計(jì)成快速接頭44和45的結(jié)構(gòu)形式，利用自身設(shè)置的自鎖倒須鉤38和脫鉤引向滑道38′，亦可很容易的將鉆頭和柔性鉆桿自動(dòng)脫離。
權(quán)利要求
1.石油開采超短半徑徑向水平鉆井、完井工具及其工藝，是由通徑規(guī)、鍛銑刀、鉆頭體、快速接頭、調(diào)節(jié)短節(jié)各部件組成，其特征是A、超短半徑徑向水平鉆井、完井工具a)定位鉆頭由導(dǎo)正塊(5)、軸(6)、卡圈(7)、密封圈(8)、軸承(9、13)、外套(10)、內(nèi)套(11)、O型圈(15)、導(dǎo)水接頭(16)、斜鐵(17)和鉆頭(18)各部件組成，鉆頭外套(10)與導(dǎo)向跟進(jìn)篩管(1)前端焊接固定；b)高強(qiáng)度柔性鉆桿由變位桿球體(21)、保護(hù)套(22)、上半空腔球體(23)、密封膠圈(24)、鋼球(25)、下半空腔球體(26)和軸承(27)各部件組成，球體之間采用焊接方式連接，亦可以采用絲扣保護(hù)套連接，上半空腔球體、下半空腔球體與變位桿球體之間采用膠管密封，亦可采用膠圈密封，每球間可彎曲4～6°，并可在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)；c)導(dǎo)向跟進(jìn)篩管由連接鋼板(29)、梯形管(30)、反屑孔(31)、反扣補(bǔ)芯(32)、調(diào)節(jié)短節(jié)(33)、節(jié)箍(34)和防沙篩網(wǎng)(35)組成，導(dǎo)向跟進(jìn)篩管上還設(shè)有角度限位片(36)；d)柔性鉆桿通過跟進(jìn)篩管內(nèi)，采用齒合爪(40、41)與鉆頭(18)連接，亦可以采用脫鉤引向滑道(38′)和自鎖倒須鉤(38)結(jié)構(gòu)，制成快速接頭(44、45)結(jié)構(gòu)形式，水平鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭(18)帶動(dòng)跟進(jìn)篩管前進(jìn)，跟進(jìn)篩管的自身重量又可推動(dòng)跟進(jìn)篩管前進(jìn)，完成水平鉆進(jìn)時(shí)借助齒合爪(40、41)的自動(dòng)分離，將鉆頭(18)和跟進(jìn)篩管(1)留在井內(nèi)達(dá)到篩管完井作業(yè)；e)定位造斜導(dǎo)向器是由管壁(48)、可撈接頭(49)、活塞(51)各部分組成，管壁(48)前部按水平鉆井角度需要呈斜坡狀，后部呈半圓形；B、超短半徑徑向水平鉆井、完井工藝a)首先，用鍛銑工具在目的層進(jìn)行油井套管鍛銑，然后由定位造斜導(dǎo)向器連好導(dǎo)向跟進(jìn)篩管，同時(shí)把柔性鉆桿下入導(dǎo)向跟進(jìn)篩管內(nèi)，導(dǎo)向跟進(jìn)篩管前端安裝有定向鉆頭(18)，柔性鉆桿后部與常規(guī)鉆桿相連接，下至目的層的鍛銑段面；b)當(dāng)定位銷(54)進(jìn)入鍛銑段，可自動(dòng)彈出，并掛在油井套管沿上后，漲緊卡瓦(53)在活塞(51)作用下，使定位造斜導(dǎo)向器穩(wěn)定地固定在油井套管內(nèi)；當(dāng)鉆井開始時(shí)，應(yīng)采用吊鉆鉆進(jìn)，到達(dá)目的層時(shí)，再全放開鉆進(jìn)，跟進(jìn)篩管沿著定位造斜導(dǎo)向器上部的管壁斜面，借助鉆頭(18)的前進(jìn)力和篩管自身的重力推進(jìn)，使水平鉆井按設(shè)計(jì)要求鉆進(jìn)；c)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)水平長(zhǎng)度后，提出鉆桿，將導(dǎo)向跟進(jìn)篩管和定位鉆頭留在所鉆井眼內(nèi)，自然形成篩管防砂完井。
全文摘要
石油開采超短半徑徑向水平鉆井、完井工具及其工藝，涉及石油開采行業(yè)的鉆井、完井技術(shù)，及其所采用的配套工具。針對(duì)現(xiàn)有水平鉆井存在所需地面專用設(shè)備和工具多、成本高、施工復(fù)雜、周期太長(zhǎng)、產(chǎn)出比失衡等諸多難題，研制了一整套水平井鉆井、完井新工藝及其專用工具，它是由通徑規(guī)、鍛銑刀、定位鉆頭、定位造斜導(dǎo)向器和鉆桿等部件組成，其特征是定位鉆頭通過齒合爪與柔性鉆桿連接，導(dǎo)向跟進(jìn)篩管內(nèi)設(shè)置柔桿，其前端安裝有定位造斜導(dǎo)向器；造斜、鉆進(jìn)完成后，提出柔性鉆桿時(shí)，可一次性完成水平鉆井和完井作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)是鉆井周期短、成本低、效率高。在采油現(xiàn)場(chǎng)試用，深受用戶好評(píng)，可在油井開采中，廣泛應(yīng)用，在煤氣、自來水行業(yè)中，也可廣泛推廣使用。
文檔編號(hào)E21B43/10GK1464170SQ02109848
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月14日
發(fā)明者曹溪, 張朝純, 張朝旭 申請(qǐng)人:盤錦萬維科技發(fā)展有限公司