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      水平井井下定位定角鉆孔開窗工具的制作方法

      文檔序號(hào):5411158閱讀:374來源:國(guó)知局
      專利名稱:水平井井下定位定角鉆孔開窗工具的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型是關(guān)于一種煤層氣開采的鉆孔開窗裝置,尤其涉及一種水平井井下定 位定角鉆孔開窗工具。
      背景技術(shù)
      在煤層氣開采領(lǐng)域中,通常是利用鉆機(jī)鉆出直井或直井及水平井后,在井筒內(nèi)下 入金屬套管及玻璃鋼套管進(jìn)行固井,然后在煤層段的套管上鉆孔開窗,接著下入水力噴射 鉆孔管串穿過套管窗口進(jìn)行噴射鉆孔卸壓,通過降壓排水致使煤層氣解吸的方式開采煤層 氣資源。此種開采方式中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是在煤層段的套管上進(jìn)行開窗。目前,應(yīng)用于煤層氣水平井的套管開窗技術(shù)尚屬于空白,研究發(fā)現(xiàn)該技術(shù)方面尚 需解決的主要技術(shù)難題有(1)套管開窗工具在井下不能定位,鉆具啟動(dòng)時(shí)容易被加載的 初始力壓斷,使用過程中鉆具磨損較大;(2)開窗工具在鉆孔開窗過程中如果受到較大阻 力時(shí),鉆具可能受反向扭轉(zhuǎn)而損壞;C3)鉆具在向井下放入過程中,可能因無(wú)法定位(限位) 而使鉆具前端的鉆頭(或刀頭)與攜向器的前端壁面產(chǎn)生碰撞,甚至損壞鉆頭。由上所述,在現(xiàn)有技術(shù)中套管開窗工具在井下不能定位,尤其針對(duì)水平井很難實(shí) 現(xiàn)確定角度開窗,不能實(shí)現(xiàn)定位定角,造成在煤層氣開采過程中,不能充分?jǐn)U大產(chǎn)氣面積、 提高煤層氣的產(chǎn)量,針對(duì)不同煤層,難以進(jìn)行正常開采。有鑒于此,本發(fā)明人憑借多年的相關(guān)設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn),提出一種水平井井下定位 定角鉆孔開窗工具,以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

      實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,能夠使套管 開窗實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位定角,以有效提高煤層氣的產(chǎn)量。本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,使定向 鉆孔工具不易損壞,有效提高開窗效率。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的,一種水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,該鉆 孔開窗工具是由一外部套筒形工具串和一穿設(shè)在該套筒形工具串內(nèi)的內(nèi)部鉆孔工具串構(gòu) 成;所述套筒形工具串由上至下依序由抽油管、限位套管、連接管和攜向器固定連接構(gòu)成, 該攜向器前端設(shè)有測(cè)角裝置;所述鉆孔工具串由上至下依序由限位防扭轉(zhuǎn)體、螺桿鉆具、自 動(dòng)進(jìn)給裝置、柔性桿和刀頭連接構(gòu)成,一連續(xù)油管穿過限位防扭錐體并導(dǎo)通連接于螺桿鉆 具;所述限位防扭轉(zhuǎn)體卡設(shè)連接于限位套管內(nèi);所述柔性桿及其前端的刀頭對(duì)應(yīng)于攜向器 側(cè)壁的開口。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中,所述限位套管為一上大下小的錐形套管,錐 形套管內(nèi)壁設(shè)有鍵槽;所述限位防扭轉(zhuǎn)體為一與錐形套管內(nèi)孔錐度相應(yīng)的上大下小的錐 體,該錐體的側(cè)面設(shè)有與所述鍵槽對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向鍵。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中,所述攜向器側(cè)壁的開口處設(shè)有軸承。[0011]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中,所述自動(dòng)進(jìn)給裝置是由套筒和滑設(shè)于套筒內(nèi) 的推桿構(gòu)成,在套筒與推桿之間設(shè)有彈簧;推桿表面與套筒內(nèi)壁之間設(shè)有導(dǎo)向鍵結(jié)構(gòu);所 述套筒與螺桿鉆具輸出端連接,所述推桿與柔性桿輸入端連接。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中,所述測(cè)角裝置由一盒體和固定設(shè)置在該盒體 內(nèi)的傾角傳感器構(gòu)成;該盒體由強(qiáng)力密封膠密封,傾角傳感器輸出導(dǎo)線通過線槽傳至地面 以供井上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由上所述,在本實(shí)用新型的水平井井下定位定角鉆孔開窗工具中,由于攜向器前 端設(shè)置了測(cè)角裝置,在地面即可準(zhǔn)確測(cè)定開窗位置的傾角,因此,能夠使水平井井下開窗實(shí) 現(xiàn)準(zhǔn)確定位定角,提高了開窗效率,對(duì)開窗后的煤層的處理更加合理,有效地提高了煤層氣 的產(chǎn)量。再者,本實(shí)用新型的外部套筒形工具串上設(shè)有限位套管,內(nèi)部鉆孔工具串設(shè)有限位 防扭轉(zhuǎn)體,所述限位防扭轉(zhuǎn)體卡設(shè)連接于限位套管內(nèi)構(gòu)成了限位防扭轉(zhuǎn)裝置,一方面能夠 防止注入內(nèi)部鉆孔工具串時(shí),鉆具前端的鉆頭與攜向器的前端壁面發(fā)生碰撞而損壞,另一 方面能夠避免鉆孔開窗過程中鉆具受到較大阻力時(shí)可能受反向扭轉(zhuǎn)而損壞。

      以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說明和解釋,并不限定本實(shí)用新型的范 圍。其中,圖1 為本實(shí)用新型水平井井下定位定角鉆孔開窗工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 為本實(shí)用新型中外部套筒形工具串的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 為本實(shí)用新型中內(nèi)部鉆孔工具串的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4 為使用本實(shí)用新型水平井井下定位定角鉆孔開窗工具進(jìn)行井下開窗的工藝 流程示意圖。圖5 為本實(shí)用新型中自動(dòng)進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6 為本實(shí)用新型中攜向器的結(jié)構(gòu)示意圖。
      具體實(shí)施方式
      為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解,現(xiàn)對(duì)照附圖說明 本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
      。在煤層氣開采過程中,鉆井完畢并固井后,在煤層段套管上鉆孔開窗。針對(duì)不同井 開窗鉆孔的工藝也不同;對(duì)于豎直井需要在金屬套管上垂直于井筒方向的徑向開窗;對(duì)于 水平井需把開窗工具送至水平井段,在玻璃鋼套管上開窗。但是,不論哪種井型,都需要確 定開窗的位置和角度,以保證準(zhǔn)確、快速、安全的完成開窗工序。如圖1所示,本實(shí)用新型提出一種水平井井下定位定角鉆孔開窗工具100,該鉆孔 開窗工具100是由一外部套筒形工具串1和一穿設(shè)在該套筒形工具串內(nèi)的內(nèi)部鉆孔工具串 2構(gòu)成;如圖2所示,所述套筒形工具串1由上至下依序由抽油管11、限位套管12、連接管 13和攜向器14固定連接構(gòu)成,該攜向器14前端設(shè)有測(cè)角裝置15 ;如圖3所示,所述鉆孔工 具串2由上至下依序由限位防扭轉(zhuǎn)體21、螺桿鉆具22、自動(dòng)進(jìn)給裝置23、柔性桿M和刀頭 25連接構(gòu)成,一連續(xù)油管沈穿過限位防扭錐體21并導(dǎo)通連接于螺桿鉆具22 ;所述限位防 扭轉(zhuǎn)體21卡設(shè)連接于限位套管12內(nèi);所述柔性桿M及其前端的刀頭25對(duì)應(yīng)于攜向器14側(cè)壁的開口 141。使用本實(shí)用新型的水平井井下定位定角鉆孔開窗工具100進(jìn)行開窗作業(yè)時(shí),如圖 4所示,首先根據(jù)煤層的位置,確定開窗位置到井口的距離;然后由注入器將抽油管11、限 位套管12、連接管13和攜向器14構(gòu)成的外部套筒形工具串1沿著井筒套管輸送到設(shè)計(jì)深 度要求的開窗位置;接著根據(jù)地質(zhì)資料確定的煤層傾角調(diào)整抽油管,使攜向器開口 141(出 口角度)與煤層保持一致(如果出口角度不正確,還需要繼續(xù)調(diào)整,直至出口角度正確為 止);而后將連續(xù)油管26與由限位防扭轉(zhuǎn)體21、螺桿鉆具22、自動(dòng)進(jìn)給裝置23、柔性桿M 和刀頭25組成的內(nèi)部鉆孔工具串2相連,并由注入器將內(nèi)部鉆孔工具串2從外部套筒形工 具串1的內(nèi)部輸送至開窗位置,使柔性桿M及其前端的刀頭25穿出攜向器14側(cè)壁的開口 141并與井筒的玻璃鋼套管內(nèi)壁接觸;開啟地面高壓泵,螺桿鉆具工作,調(diào)整注入器進(jìn)給進(jìn) 行開窗;判斷高壓泵輸出參數(shù)是否正常(不正常接續(xù)調(diào)整注入器進(jìn)給),如果高壓泵輸出參 數(shù)正常,刀頭開始鉆孔,直至完成開窗。由上所述,在本實(shí)用新型的水平井井下定位定角鉆孔開窗工具中,由于攜向器前 端設(shè)置了測(cè)角裝置,在地面即可準(zhǔn)確測(cè)定開窗位置的傾角,因此,能夠使水平井井下開窗實(shí) 現(xiàn)準(zhǔn)確定位定角,提高了開窗效率,對(duì)開窗后的煤層的處理更加合理,有效地提高了煤層氣 的產(chǎn)量。再者,本實(shí)用新型的外部套筒形工具串上設(shè)有限位套管,內(nèi)部鉆孔工具串設(shè)有限位 防扭轉(zhuǎn)體,所述限位防扭轉(zhuǎn)體卡設(shè)連接于限位套管內(nèi)構(gòu)成了限位防扭轉(zhuǎn)裝置,一方面能夠 防止注入內(nèi)部鉆孔工具串時(shí),鉆具前端的鉆頭與攜向器的前端壁面發(fā)生碰撞而損壞,另一 方面能夠避免鉆孔開窗過程中鉆具受到較大阻力時(shí)可能受反向扭轉(zhuǎn)而損壞。進(jìn)一步,在本實(shí)施方式中,如圖1、圖2所示,所述限位套管12為一上大下小的錐 形套管,錐形套管內(nèi)壁設(shè)有鍵槽121 ;所述限位防扭轉(zhuǎn)體21為一與錐形套管內(nèi)孔錐度相應(yīng) 的上大下小的錐體,錐體的徑向尺寸略小于錐形套管內(nèi)孔尺寸,該錐體的側(cè)面設(shè)有與所述 鍵槽121對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向鍵211。開窗作業(yè)時(shí),限位防扭轉(zhuǎn)體21卡設(shè)連接于限位套管12內(nèi),所 述導(dǎo)向鍵211嵌入所述鍵槽121,這樣就可以防止限位防扭轉(zhuǎn)體21相對(duì)限位套管12轉(zhuǎn)動(dòng)。 所述對(duì)應(yīng)的鍵和鍵槽可以設(shè)置多對(duì)。在本實(shí)施方式中,如圖5所示,所述自動(dòng)進(jìn)給裝置23是由套筒231和滑設(shè)于套筒 內(nèi)的推桿232構(gòu)成,在套筒231與推桿232之間設(shè)有彈簧233,從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整進(jìn)給量的 目的,自動(dòng)進(jìn)給的行程可根據(jù)開窗需要設(shè)定,可調(diào)范圍為0-40mm ;推桿232表面與套筒231 內(nèi)壁之間設(shè)有導(dǎo)向鍵結(jié)構(gòu)(圖中未示出),以保證推桿232和套筒231兩者能夠一體轉(zhuǎn)動(dòng); 所述套筒231與螺桿鉆具22輸出端連接,所述推桿232與柔性桿M輸入端連接。如圖6所示,所述攜向器14側(cè)壁的開口 141處設(shè)有軸承3,可減少在工作過程中柔 性桿與攜向器之間的摩擦,增加鉆具的使用壽命。在本實(shí)施方式中,柔性桿結(jié)構(gòu)類似萬(wàn)向節(jié) 結(jié)構(gòu),每節(jié)長(zhǎng)度為42mm-52mm,節(jié)與節(jié)用銷軸連接在一起,形成一個(gè)可傳遞扭矩的柔性桿,桿 的末端接球形刀頭。如圖1所示,在本實(shí)施方式中,所述測(cè)角裝置15由一盒體151和固定設(shè)置在該盒 體內(nèi)的傾角傳感器152構(gòu)成;該盒體151由強(qiáng)力密封膠密封,保證在5MPa水壓下密封防水 性良好;傾角傳感器152的輸出導(dǎo)線1521通過線槽傳至地面以供井上進(jìn)行監(jiān)測(cè),為下一步 操作提供數(shù)據(jù)。在本實(shí)施方式中,所述螺桿鉆具是現(xiàn)有結(jié)構(gòu),螺桿鉆具是一種以鉆井液為動(dòng)力,把液體壓力能轉(zhuǎn)為機(jī)械能的容積式井下動(dòng)力鉆具;當(dāng)泥漿泵泵出的泥漿流經(jīng)旁通閥進(jìn)入馬 達(dá),在馬達(dá)的進(jìn)、出口形成一定的壓力差,推動(dòng)螺桿鉆具的轉(zhuǎn)子繞定子的軸線旋轉(zhuǎn),并將轉(zhuǎn) 速和扭矩通過傳動(dòng)軸和柔性桿傳遞給鉆頭,從而實(shí)現(xiàn)套管開窗作業(yè)。本實(shí)用新型水平井井下定位定角鉆孔開窗工具具有如下有益效果1.本實(shí)用新型在攜向器前端設(shè)置了測(cè)角裝置,在地面即可準(zhǔn)確測(cè)定開窗位置的傾 角,不僅可以應(yīng)用于垂直井,而且將其應(yīng)用范圍擴(kuò)大至水平井,并且使水力噴射鉆孔開采煤 層氣的方法應(yīng)用于水平井也變得可行,提高了煤層氣的抽放效率;2.本實(shí)用新型采用帶有鍵槽的套筒結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給,且推力可調(diào),提高了柔 性桿的壽命;3.本實(shí)用新型設(shè)置了螺桿鉆具的限位防扭轉(zhuǎn)裝置,可承擔(dān)來自連續(xù)油管的推力, 保證柔性桿的受力恒定,提高了開孔效率;4.本實(shí)用新型在攜向器開口處設(shè)置了軸承,可減少在工作過程中柔性桿與攜向器 之間的摩擦,提高了鉆具的使用壽命。下面是使用本實(shí)用新型水平井井下定位定角鉆孔開窗工具進(jìn)行開窗作業(yè)的一具 體實(shí)例針對(duì)MB-Yl井,煤層段水平井520m,煤層段水平井井壁煤體用4英寸玻璃鋼套管支 撐;使用該套定位定角鉆孔開窗工具在煤層段玻璃鋼套管上開窗,厚度為IOmm的玻璃鋼套 管,開窗時(shí)間18分鐘,定位誤差3mm,定角誤差0.8° ;為下一步壓裂工具進(jìn)入煤層提供了具 有準(zhǔn)確位置和角度的窗口。本實(shí)用新型水平井井下定位定角鉆孔開窗工具已應(yīng)用于3 口煤層氣水平井側(cè)向 鉆孔,自應(yīng)用該鉆孔開窗工具以來,可以準(zhǔn)確定位定角進(jìn)行鉆孔開窗,定位誤差不超過5mm, 定角誤差不超過1°,平均開窗時(shí)間為15min。以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式
      ,并非用以限定本實(shí)用新型的范 圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員,在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變 化與修改,均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
      權(quán)利要求1.一種水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,其特征在于該鉆孔開窗工具是由一外部 套筒形工具串和一穿設(shè)在該套筒形工具串內(nèi)的內(nèi)部鉆孔工具串構(gòu)成;所述套筒形工具串由 上至下依序由抽油管、限位套管、連接管和攜向器固定連接構(gòu)成,該攜向器前端設(shè)有測(cè)角裝 置;所述鉆孔工具串由上至下依序由限位防扭轉(zhuǎn)體、螺桿鉆具、自動(dòng)進(jìn)給裝置、柔性桿和刀 頭連接構(gòu)成,一連續(xù)油管穿過限位防扭錐體并導(dǎo)通連接于螺桿鉆具;所述限位防扭轉(zhuǎn)體卡 設(shè)連接于限位套管內(nèi);所述柔性桿及其前端的刀頭對(duì)應(yīng)于攜向器側(cè)壁的開口。
      2.如權(quán)利要求1所述的水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,其特征在于所述限位套 管為一上大下小的錐形套管,錐形套管內(nèi)壁設(shè)有鍵槽;所述限位防扭轉(zhuǎn)體為一與錐形套管 內(nèi)孔錐度相應(yīng)的上大下小的錐體,該錐體的側(cè)面設(shè)有與所述鍵槽對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向鍵。
      3.如權(quán)利要求1所述的水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,其特征在于所述攜向器 側(cè)壁的開口處設(shè)有軸承。
      4.如權(quán)利要求1所述的水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,其特征在于所述自動(dòng)進(jìn) 給裝置是由套筒和滑設(shè)于套筒內(nèi)的推桿構(gòu)成,在套筒與推桿之間設(shè)有彈簧;推桿表面與套 筒內(nèi)壁之間設(shè)有導(dǎo)向鍵結(jié)構(gòu);所述套筒與螺桿鉆具輸出端連接,所述推桿與柔性桿輸入端 連接。
      5.如權(quán)利要求1所述的水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,其特征在于所述測(cè)角裝 置由一盒體和固定設(shè)置在該盒體內(nèi)的傾角傳感器構(gòu)成;該盒體由強(qiáng)力密封膠密封,傾角傳 感器輸出導(dǎo)線通過線槽傳至地面以供井上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
      專利摘要本實(shí)用新型為一種水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,該鉆孔開窗工具是由一外部套筒形工具串和一穿設(shè)在該套筒形工具串內(nèi)的內(nèi)部鉆孔工具串構(gòu)成;所述套筒形工具串由上至下依序由抽油管、限位套管、連接管和攜向器固定連接構(gòu)成,該攜向器前端設(shè)有測(cè)角裝置;所述鉆孔工具串由上至下依序由限位防扭轉(zhuǎn)體、螺桿鉆具、自動(dòng)進(jìn)給裝置、柔性桿和刀頭連接構(gòu)成,一連續(xù)油管穿過限位防扭錐體并導(dǎo)通連接于螺桿鉆具;所述限位防扭轉(zhuǎn)體卡設(shè)連接于限位套管內(nèi);所述柔性桿及其前端的刀頭對(duì)應(yīng)于攜向器側(cè)壁的開口。該水平井井下定位定角鉆孔開窗工具,能夠使水平井井下開窗實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位定角,提高了開窗效率,對(duì)開窗后的煤層的處理更加合理,有效地提高了煤層氣的產(chǎn)量。
      文檔編號(hào)E21B47/02GK201915876SQ201120031720
      公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
      發(fā)明者劉升貴, 王建強(qiáng) 申請(qǐng)人:中礦瑞杰(北京)科技有限公司
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