專利名稱：井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到的是一種井下水平鉆進(jìn)系統(tǒng)，特別是一種可在井下作直角轉(zhuǎn)向的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)。
在油氣勘探開發(fā)中，為了提高單井油氣產(chǎn)量、產(chǎn)速及采收率，除了對(duì)井施行酸化壓裂工藝處理以外，最有效的方法就是沿著油氣儲(chǔ)層面鉆出水平井，或近于水平的大斜度井，以增大井身與儲(chǔ)集層的接觸面積，貫通更多的裂隙，從而使產(chǎn)速、產(chǎn)量、及采收率得以大幅度提高。目前，能鉆出水平井段的已有技術(shù)設(shè)備有長(zhǎng)半徑水平井鉆井設(shè)備系統(tǒng);中半徑水平井鉆進(jìn)設(shè)備系統(tǒng)，包括井下泥漿馬力達(dá)系統(tǒng);ZUBLIN萬向接頭短半徑水平鉆進(jìn)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱ZUBLIN系統(tǒng))及超短半徑徑向井系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱URRS系統(tǒng))。其中長(zhǎng)半徑水平井鉆進(jìn)系統(tǒng)所采用的設(shè)備即為普通的鉆井設(shè)備，只是在鉆進(jìn)過程中通過控制多次造斜來逐漸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的，其轉(zhuǎn)向半徑通常要在500以上，鉆出的水平井段在300-915m之間;中半徑水平井所采用的鉆井設(shè)備與長(zhǎng)半徑水平井所采用鉆進(jìn)設(shè)備基本相同，只是部分采用泥漿馬達(dá)系統(tǒng)在井下驅(qū)動(dòng)鉆頭鉆進(jìn)，其轉(zhuǎn)向半徑在90-305m之間，水平井段在300m左右，這兩種水平井鉆進(jìn)系統(tǒng)雖有鉆出的水平井段較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但其工藝技術(shù)復(fù)雜，難以控制，對(duì)薄貯層、小面積斷塊油藏，及一些地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的油藏難以適用，固井工藝復(fù)雜，鉆井成本高。ZUBLIN短半徑萬向接頭系統(tǒng)是一套主要由造斜器總成，柔性萬向接頭組成的水平井鉆進(jìn)系統(tǒng)，它有鉆出的水平井段較長(zhǎng)(最長(zhǎng)可達(dá)200m)，轉(zhuǎn)向半徑較短、轉(zhuǎn)向快的優(yōu)點(diǎn)，但其操作工藝復(fù)雜，難以控制，測(cè)井困難，不易加鉆壓，鉆速低，易偏離方向，對(duì)復(fù)雜油氣藏不適用，且轉(zhuǎn)向半徑仍顯大大。URRS系統(tǒng)是由造斜器總成，鉆桿、高壓噴頭組成的水平井鉆進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖有轉(zhuǎn)向半徑小(30-60cm)，易于控制的優(yōu)點(diǎn)，但其鉆出水平井井身短，通常只有20-50m，無法在井筒內(nèi)直接轉(zhuǎn)向，需先在套管上開出窗口，再擴(kuò)孔，然后才能安裝造斜器，由于其只能采用噴射式鉆進(jìn)，因而對(duì)巖石硬度大的貯層不適用，且井易彎曲，這套系統(tǒng)還存在著完井麻煩、困難和轉(zhuǎn)向角度無法調(diào)節(jié)的缺陷，由于這些原因URRS系統(tǒng)一直未能在實(shí)際生產(chǎn)中推廣使用。
本發(fā)明的目的之一是為了克服現(xiàn)有的各種水平井鉆進(jìn)技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)轉(zhuǎn)向半徑大、操作工藝復(fù)雜的缺陷，創(chuàng)造出一套可在內(nèi)徑大于155mm井筒內(nèi)作直接轉(zhuǎn)向、操作工藝簡(jiǎn)單的井下水平鉆進(jìn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的之二是為了提供一套鉆出的水平段較長(zhǎng)(40-80m)且能在直井、斜井、長(zhǎng)半徑水平井內(nèi)朝多個(gè)方向鉆進(jìn)，在一口井內(nèi)鉆出多口徑向水平井，且水平井段累計(jì)長(zhǎng)度大的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)。
本發(fā)明目的之三是為了提供一套水平井段完井工藝簡(jiǎn)單、鉆井成本低的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的之四，也就是本發(fā)明的最終目的，是為了通過創(chuàng)造出一套可廣泛采用的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)，從而使油氣采收率、單井油氣產(chǎn)速、產(chǎn)量大幅度提高。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的，設(shè)計(jì)出了一套主要包括鉆桿總成、轉(zhuǎn)向器總成、鉆頭總成的井下直角轉(zhuǎn)向直角轉(zhuǎn)向水平鉆井系統(tǒng)。其中所述的鉆桿總成由外部鏈節(jié)、位于由鏈節(jié)連成的鏈管內(nèi)的柔性復(fù)合內(nèi)管組成，在鏈節(jié)上設(shè)有鎖定擋塊、鎖定臂、鉸接頭和鉸節(jié)口，每個(gè)鏈節(jié)的周圍還設(shè)有許多微孔，在其內(nèi)管中間夾有簧狀鋼絲管;在鉆桿總成的上端連有連接導(dǎo)桿，其上端設(shè)有制動(dòng)頭，鉆桿總成的下端與鉆頭總成相連。最末一節(jié)鏈節(jié)上端設(shè)有螺絲口。轉(zhuǎn)向器總成由外殼、轉(zhuǎn)向通道、控制轉(zhuǎn)向滾軸、鏈節(jié)鎖定器開關(guān)、萬向滾球組成，還可有轉(zhuǎn)向角度調(diào)節(jié)栓及其支撐鞘座。在轉(zhuǎn)向器總成上端連有鉆桿導(dǎo)管，導(dǎo)管上端有制動(dòng)座，下端連有支撐裝置，支撐裝置上端設(shè)有限位卡座及卡頭，下端為支撐桿。所述的鉆頭總成由小渦輪、萬向節(jié)、花鍵頭、花鍵鞘、渦輪軸組成，其中渦輪置在鉆桿總成的前幾節(jié)鏈節(jié)中的內(nèi)管里。所述的鉆頭總成也可為由噴嘴、葉片組成噴射式鉆頭。
與已知的各種井下水平鉆進(jìn)系統(tǒng)綜合比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為無需造斜、在井筒中直角轉(zhuǎn)向，操作簡(jiǎn)單，可使油氣采收率明顯提高。
與直井鉆井工藝設(shè)備相比，本發(fā)明可以使鉆井省去壓裂作業(yè)，使油氣采收率提高5%以上，單井油氣日產(chǎn)量提高5倍以上。該系統(tǒng)既適合于鉆新井采用，又適合對(duì)老井改造。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明
具體實(shí)施例方式

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的鉆桿總成的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系示意3為本發(fā)明鏈節(jié)結(jié)構(gòu)示意仰視圖。
圖4為本發(fā)明鏈節(jié)間的連接關(guān)系示意圖。
圖5為本發(fā)明轉(zhuǎn)向器總成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)的另一種轉(zhuǎn)向器總成(可調(diào)式)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明的鉆頭總成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)的另一種(噴射式)鉆頭總成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本發(fā)明的緩沖器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為本發(fā)明的鉆桿總成內(nèi)管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為本發(fā)明的水平井井身系統(tǒng)的平面視圖。
圖12為本發(fā)明的水平井(徑向井)井身系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)視圖。
實(shí)施例1參見圖1，井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)主要由鉆桿總成1、轉(zhuǎn)向器總成2、鉆頭總成3三大部分組成。其次，在鉆桿總成的上端還有鉆桿連接導(dǎo)桿4其上設(shè)有轉(zhuǎn)換接頭5，轉(zhuǎn)換接頭上端接普通鉆桿，轉(zhuǎn)向器總成的上端連有鉆桿導(dǎo)管6，導(dǎo)管上端設(shè)有限位座7;下端設(shè)有支撐裝置8。其中所述的鉆桿總成由外部鏈節(jié)101，位于鏈節(jié)連成的鏈管內(nèi)內(nèi)管102組成，在鏈節(jié)上設(shè)有由鎖定擋塊103、鎖定壁104、導(dǎo)槽105組成的鎖定裝置及絞節(jié)頭106、絞接口107，微孔108。鏈節(jié)101通過絞節(jié)頭、絞節(jié)口連接在一起，在其中間形成一個(gè)貫通的鏈管109，內(nèi)管102位于鏈管中，在內(nèi)管中間夾有鋼絲簧狀管110。鎖定臂104可以卡在鎖定擋塊103上，并將鏈節(jié)101一節(jié)連一節(jié)地鎖定在一起，使鉆桿總成成為任何方向均不能發(fā)生彎曲的剛性桿體。這種鎖定裝置可以在轉(zhuǎn)向器總成2內(nèi)被擋塊開關(guān)202控制打開。轉(zhuǎn)向器總成2由外殼201、擋塊開關(guān)202、滾軸203、轉(zhuǎn)向通道204和萬向滾球205組成。鉆頭總成3包括渦輪301、萬向節(jié)302、花鍵頭303、花鍵鞘304、渦輪305和鉆頭306，當(dāng)鉆頭總成彎曲時(shí)，花鍵頭303可以在花鍵鞘304內(nèi)來回移動(dòng)，以抵去渦輪間距離的改變。鉆桿導(dǎo)桿4為普通鋼管，其上端連有限位頭9，鉆桿連接導(dǎo)桿4的下端連有緩沖器10，它由緩沖器桿11，緩沖簧12組成，它可以使所加的鉆壓緩沖、貯存，避免了因鉆頭與地層間擠壓太緊而將鉆頭損壞。緩沖器的下端與鉆桿總成1的上端第一節(jié)鏈節(jié)通過螺絲口13相連。支撐裝置8由限位頭14，限位座15，支撐桿16組成，在限位頭上設(shè)有花鍵17，限位座上設(shè)有鍵槽18，兩者可以卡合，從而將該系統(tǒng)的方位限定。
當(dāng)一口直井、斜井完井后，首先進(jìn)行測(cè)井，查明油氣貯層的確切位置，及其傾向、傾角，然后在井下正對(duì)貯層的位置的套管上開出一個(gè)長(zhǎng)50cm左右的窗口16，當(dāng)然裸眼完井時(shí)就不需“開窗”了。在井口裝配好該系統(tǒng)，并調(diào)節(jié)好支撐桿13的長(zhǎng)度，使該系統(tǒng)下入井后，轉(zhuǎn)向器總成2正著窗口16，然后上提一下，使支撐座上的限位頭14移出限位出限位座15，轉(zhuǎn)動(dòng)該系統(tǒng)，進(jìn)行定向，方位確定后下壓，限位頭14落入限位座15，鍵與鍵槽齒合，系統(tǒng)即被鎖定，不再發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。然后開泵，向井下輸送高壓鉆井液，同時(shí)加鉆壓，鉆井液通過上接鉆桿，連接導(dǎo)桿4，緩沖器11鉆桿總成內(nèi)管102，驅(qū)動(dòng)鉆頭總成3的渦輪301旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩通過萬向節(jié)302、渦輪軸305逐級(jí)向前傳至鉆頭，驅(qū)動(dòng)鉆頭306轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆入地層，并逐漸沿貯層面以近水平方向向前推進(jìn)。在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)鉆桿總成1通過轉(zhuǎn)向器總成2時(shí)，鉆桿總成進(jìn)入轉(zhuǎn)向通道204后，轉(zhuǎn)向器上的擋塊控制開關(guān)202將鏈節(jié)101的鎖定臂104向里壓，同時(shí)轉(zhuǎn)向通道204內(nèi)壁給其一個(gè)傾向力，受這兩因素的作用，鎖定臂104脫離鎖定擋塊103，鎖定裝置打開，由于內(nèi)管為柔性，所以此時(shí)的鉆桿1即可繞鏈節(jié)間的絞節(jié)106、107轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生彎曲，并順利通過轉(zhuǎn)向通道204，此時(shí)的鉆壓通過絞節(jié)106、107轉(zhuǎn)遞，滾軸203減小了鉆桿總成通過轉(zhuǎn)向器總成時(shí)的阻力及鉆壓損耗，萬向滾球205又減小了轉(zhuǎn)向總成2上下移動(dòng)及轉(zhuǎn)時(shí)的阻力。當(dāng)鉆桿總成上的鏈節(jié)101通過轉(zhuǎn)向器總成進(jìn)入地層后，受鉆井的推力作用及鉆眼的限制，鉆定臂104又卡在相鄰鏈節(jié)的鎖定擋塊103上，鎖定裝置又重心鎖定，使鉆桿總成又成為不能彎曲的剛性體，由于鉆桿總成進(jìn)入地層內(nèi)，不會(huì)再遇到使鎖定裝置打開的兩個(gè)因素同時(shí)出現(xiàn)的情況，所以在地層中鉆桿總成鏈節(jié)間鎖定裝置不會(huì)打開，鉆桿總成也就不會(huì)發(fā)生彎曲，從而保證了井眼的方向及鉆進(jìn)角度。當(dāng)內(nèi)有渦輪的幾節(jié)鏈節(jié)通過轉(zhuǎn)向器總成2的轉(zhuǎn)向通道204時(shí)，鎖定裝置打開，鉆桿總成發(fā)生彎曲，花鍵頭303在鍵鞘304內(nèi)移動(dòng)以抵消其間距離改變，并不影響力矩傳遞。當(dāng)因需要將鉆桿總成回拉時(shí)，同樣鉆桿總成一進(jìn)于轉(zhuǎn)向通道204，其鎖定裝置即被打開，并順利通過轉(zhuǎn)向器總成2。
當(dāng)把按設(shè)計(jì)的井眼長(zhǎng)度將所裝的鉆桿總成全部鉆入地層后，稍回拉一下，然后轉(zhuǎn)動(dòng)，旋開最后一節(jié)鏈節(jié)上端的螺絲口，再下壓，將鉆桿總成全部壓入地層，再上拉，將內(nèi)管102與鉆頭306間的接口拉開，將內(nèi)管拉出井外，當(dāng)鉆桿連接導(dǎo)桿4的下端制動(dòng)頭9抵到鉆桿導(dǎo)管上端的制動(dòng)座7以后，系統(tǒng)被拉起，并拉出井外，只將由鏈節(jié)連成的鏈管109留在井眼中，充當(dāng)固井套管，省去了復(fù)雜的固井工藝，地層中的油氣即通過鏈節(jié)101上小孔108滲入鏈管109中并匯至井底。但也有可能將內(nèi)管102從中間拉斷，這關(guān)系不大，因?yàn)橛蜌饪梢酝ㄟ^內(nèi)管與鏈管間的空隙流動(dòng)，對(duì)油氣產(chǎn)量影響不大。
當(dāng)本系統(tǒng)被拉出井外后，再重新裝上新的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)好的鉆桿總成及鉆頭總成，再下入井下并定向，從另一個(gè)方位鉆進(jìn)，這樣經(jīng)過多次的鉆進(jìn)處理，就能在一口井中向四面八方鉆出多口水平(徑向)井。使井身系統(tǒng)成為如平面視圖如圖11所示，立體視圖為圖12所示的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
實(shí)施例2實(shí)施例2與實(shí)施1給出的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同，不同之處在于實(shí)施例1所采用的轉(zhuǎn)向器總成2的控制轉(zhuǎn)向角度固定為90度。而實(shí)施例2所采用的轉(zhuǎn)向器總成的轉(zhuǎn)向角度可以在30度至100度之間任意調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)除了具有實(shí)施例中轉(zhuǎn)向器總成所具有的結(jié)構(gòu)外，還有轉(zhuǎn)向角度調(diào)節(jié)栓206、調(diào)節(jié)栓支撐鞘207、限定栓208它通過對(duì)三個(gè)調(diào)節(jié)栓206的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，來調(diào)節(jié)和選擇角度。
實(shí)施例3本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與前兩個(gè)實(shí)施結(jié)構(gòu)基本相同，其不同之處在于本實(shí)施例所采用的鉆頭總成為由噴嘴19葉片20組成的噴射式鉆頭。對(duì)于疏松的貯層采用這種鉆頭組合鉆水平井，可使鉆速提高。
權(quán)利要求
1.一種井下鉆進(jìn)系統(tǒng)，特別是可在井筒中作直角轉(zhuǎn)向的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)，它包括鉆桿總成、轉(zhuǎn)向器總成、鉆頭總成，其特征在于所述的鉆桿總成由外部鏈節(jié)、位于鏈節(jié)所連成的鏈管內(nèi)的復(fù)合式內(nèi)管組成，在其上端設(shè)有連接導(dǎo)桿，下端(前端)連有鉆頭；所述的轉(zhuǎn)向器總成由外殼、導(dǎo)向通道、控制轉(zhuǎn)向滾軸及鉆桿總成鏈節(jié)鎖定器擋塊開關(guān)組成，在其上端連有鉆桿導(dǎo)管，下端設(shè)有支撐裝置；所述的鉆頭總成包括微型渦輪、萬向節(jié)、花鍵、花鍵鞘、渦輪軸及鉆頭。
2.如權(quán)利要求1所述的井下直角轉(zhuǎn)向水井鉆進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于所述的鉆頭總成也可為一只包括噴嘴、葉片的高壓噴射鉆頭。
3.如權(quán)利要求1所述的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于鉆桿總成的外部鏈節(jié)上設(shè)有鎖定裝置，包括鎖定擋塊，鎖定臂及導(dǎo)槽。
4.如權(quán)利要求1所述的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的鉆桿總成的外部鏈節(jié)上設(shè)有微孔，在最后一節(jié)鏈節(jié)的上端設(shè)有螺絲口。
5.如權(quán)利要求1所述的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于所述的鉆桿總成的內(nèi)部復(fù)合內(nèi)管中加有鋼絲簧狀管。
6.如權(quán)利要求1所述的井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于所述的鉆桿總成與連接導(dǎo)桿之間設(shè)有緩沖器。
7.如權(quán)利要求1所述井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)其特征在于鉆桿總成上所連的連接導(dǎo)桿上端設(shè)有制動(dòng)頭，鉆桿導(dǎo)管下端設(shè)有制動(dòng)座。
8.如權(quán)得要求1所述井下直角轉(zhuǎn)向水平鉆進(jìn)系統(tǒng)其特征在于所述的轉(zhuǎn)向器成也可為由外殼、導(dǎo)向通道、滾軸、轉(zhuǎn)向角度調(diào)節(jié)栓及調(diào)節(jié)栓支撐鞘座組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及到的是一種鉆井系統(tǒng)，特別是一種可在井下套管中作直角轉(zhuǎn)向的井下直角轉(zhuǎn)向水平(徑向)鉆進(jìn)系統(tǒng)。它主要包括鉆桿總成、轉(zhuǎn)向器總成、鉆頭總成。它可以從一口直井的井筒內(nèi)作直角轉(zhuǎn)向，沿貯層面鉆入地層，在一口井中打出多口長(zhǎng)度在40—80m間的水平徑向井，且這種水平井的完井工藝簡(jiǎn)單。采用這一套系統(tǒng)在井下進(jìn)行鉆進(jìn)處理的直井，與中長(zhǎng)半徑的水平井相比可以節(jié)約鉆井成本，使油氣采收率明顯提高，與普通直井相比可以使采收率提高5％以上，使單井日產(chǎn)量提高5倍以上。
文檔編號(hào)E21B7/04GK1080015SQ9210817
公開日1993年12月29日 申請(qǐng)日期1992年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月18日
發(fā)明者孔文銘 申請(qǐng)人:孔文銘