CN103195387A

CN103195387A - 井下套管径向开窗器

Info

Publication number: CN103195387A
Application number: CN2013101317442A
Authority: CN
Inventors: 冯强; 李洪俊; 王瑶
Original assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: CN103195387B

Abstract

本发明公开了一种井下套管径向开窗器，包括本体和设置在该本体内的动力部、径向钻进部和流体通道部，所述动力部的上部与螺杆马达的输出轴连接并传递扭矩，可将所述输出轴输出的水平方向旋转动力转换为垂直方向旋转动力；所述径向钻进部包括一钻头和一回弹装置，所述钻头在所述动力部的作用下在垂直方向旋转，所述流体通道部内通有高压流体并作用于所述钻头，当所述高压流体的压力大于所述回弹装置提供的回弹力时，所述钻头沿径向伸出于所述本体。该井下套管径向开窗器通过齿轮、推进杆等将开窗方向置于水平方向，减少了转向曲率半径，实现对套管的完全径向开孔，无须套管段铣，其开窗位置精确，作业高效、可靠。

Description

井下套管径向开窗器

技术领域

本发明涉及油气井钻井领域，特别是涉及一种井下套管径向开窗装置。

背景技术

径向开窗水射流钻井技术是集射孔、开窗和定向一体化的新型油气井钻井与增产技术，其核心原理是先在油层部位的套管上径向开窗。该技术既可以在新井中实施，又可以在老井中应用，非常适合于煤层气、低渗透油层、薄油层、裂缝性油层以及岩性圈闭油层的开发。目前国内常用的套管开窗方式为侧钻开窗和段铣开窗，二者的转向曲率半径远大于井下工具直径，且不能在井筒内进行水平方向上的转向，影响了该径向钻井技术的作业效率与作业精度，浪费了人力和物力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种转向曲率半径小、方便在井筒内进行水平方向上的转向的井下套管径向开窗装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种井下套管径向开窗器，其由螺杆马达提供扭矩动力，该井下套管径向开窗器包括本体和设置在该本体内的动力部、径向钻进部和流体通道部，所述动力部的上部与所述螺杆马达的输出轴连接并传递扭矩，可将所述输出轴输出的水平旋转力转换为垂直旋转力；所述径向钻进部包括一钻头和一回弹装置，所述钻头在所述动力部的作用下在垂直方向旋转；所述流体通道部内通有高压流体，所述高压流体作用于所述钻头，当所述高压流体的压力大于所述回弹装置提供的回弹力时，所述钻头沿径向伸出于所述本体，反之，所述钻头缩回所述本体中。

根据本发明的一个实施例，所述动力部包括水平设置的第一锥齿轮和垂直设置的第二锥齿轮，所述输出轴与第一锥齿轮之间、所述第一锥齿轮和第二锥齿轮之间可传动地连接。

所述径向钻进部还包括推进杆和缸体，所述缸体水平固装在所述本体内；所述推进杆的一端设置在所述缸体内，该端与缸体侧壁之间装有密封圈并与内壁之间形成一压力腔，所述流体通道部与该压力腔连通；所述推进杆的另一端安装有所述钻头；所述第二锥齿轮将垂直旋转力传递给所述推进杆，进而传递给所述钻头。

优选的是，所述推进杆中部的横截面为正六边形或正方形，所述第二锥齿轮套接在所述推进杆上且二者之间能够相对移动。

所述回弹装置设置在所述第二锥齿轮和靠近钻头一侧的本体壁面之间，该回弹装置包括推盖和弹簧，所述推盖通过轴承安装在所述推进杆前部，所述弹簧的两端分别固定在本体壁面和推盖上。

所述流体通道部为第四过流管，该过流管的上端从所述本体上端伸出，过流管的中部与所述压力腔连通，过流管的下端开口位于钻头一侧本体的下部并开口朝上，且该下端的端口直径小于过流管的直径。过流管下端开口朝上，便于在钻头钻进过程中冲刷钻头。

另外，所述螺杆马达1、第一锥齿轮2a、第二锥齿轮2b分别通过轴承安装在所述本体16上。所述钻头5与推进杆4螺纹连接。

所述螺杆马达1上部连接有第一过流管9a，该第一过流管9a为三通结构，其上端端口连接外部液体源、下端端口经所述螺杆马达1与第三过流管9c连通、侧面端口通过旁通阀3连接第二过流管9b，所述第二过流管9b下端与所述第四过流管9d连通，第三过流管9c的下端开口位于钻头一侧的本体上部且开口朝下，便于冲刷钻头5。

本发明提供的井下套管径向开窗器，通过齿轮、推进杆等将开窗方向置于水平方向，减少了转向曲率半径，实现了对套管的完全径向开孔，无须套管段铣。其开窗位置精确，作业高效、可靠。

附图说明

图1为本发明提供的井下套管径向开窗器的剖面结构示意图；

图2为显示本发明中过流管与螺杆马达位置关系的结构示意图，图中的螺杆马达使用了简略画法；

图3为本发明提供的井下套管径向开窗器的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的井下套管径向开窗器的结构进行详细说明。

本发明提供的井下套管径向开窗器由螺杆马达（1）提供扭矩。参见图1，该径向开窗器包括本体16和设置在本体16内的动力部、径向钻进部和流体通道部。所述动力部的上部与螺杆马达1的输出轴1a可传动地连接，并将输出轴1a输出的水平旋转力转换为垂直旋转力；所述径向钻进部包括钻头5和回弹装置，钻头5在动力部的作用下在垂直方向旋转；流体通道部内通有高压流体，所述高压流体作用于钻头5，当高压流体的压力大于回弹装置提供的回弹力时，钻头5沿径向伸出于本体16，反之，钻头缩回本体16中。

在图1所示的实施例中，所述动力部包括水平设置的第一锥齿轮2a和垂直设置的第二锥齿轮2b，所述输出轴1a与第一锥齿轮2a之间、所述第一锥齿轮2a和第二锥齿轮2b之间可传动地连接。当然，所述动力部还可以是其它结构，只要它能将螺杆马达输出的水平旋转力转换为垂直旋转力，能够带动钻头旋转即可。

所述径向钻进部还包括推进杆4和缸体6。缸体6水平固装在本体16内。推进杆4的一端设置在缸体6内，该端与缸体6侧壁之间装有密封圈15并与端壁之间形成一压力腔14，所述流体通道部与该压力腔连通。推进杆4的另一端安装所述钻头5；第二锥齿轮2b将垂直旋转力传递给推进杆4，进而传递给所述钻头5。

为了使第二锥齿轮2b传递的旋转力顺利传递给钻头5，所述推进杆4中部的横截面最好是正六边形或正方形，第二锥齿轮2b套接在推进杆4上，二者之间能够相对移动。

所述回弹装置设置在所述第二锥齿轮2b和靠近钻头一侧的本体壁面之间，该回弹装置包括推盖8和弹簧7。推盖8通过轴承11安装在推进杆4前部。弹簧7的两端分别固定在本体壁面和推盖8上。

所述流体通道部为第四过流管9d，该过流管9d的上端从本体16上端伸出、下端开口位于本体16的下部一侧，且该下端的端口10b直径小于过流管9d的直径，过流管9d的中部与压力腔14连通。第四过流管9d的下端开口位于钻头一侧本体16的下部且开口朝上，以便在钻头钻进过程中冲刷钻头。

另外，如图所示，螺杆马达1、第一锥齿轮2a、第二锥齿轮2b分别通过轴承11安装在所述本体16上。钻头5与推进杆4通过螺纹13连接，便于更换。

参见图2，所述螺杆马达1上部连接有第一过流管9a，该第一过流管9a为三通结构，其上端端口连接外部液体源、下端端口经螺杆马达1与第三过流管9c连通、侧面端口通过旁通阀3连接第二过流管9b，第二过流管9b下端与第四过流管9d连通，第三过流管9c的出口10a位于本体上部一侧且开口朝下，目的也是在钻头钻进过程中冲刷钻头。

下面结合图1～图3对本发明的井下套管径向开窗器的具体工作原理进行说明。

由地面泵入的冷却液经第一过流管9a流入，带动螺杆马达1转动，扭矩通过第一锥齿轮2a、第二锥齿轮2b传递到推进杆4，进而使钻头5转动。

随着冷却液流量的增大，第一过流管9a内部压力逐渐增大。当液压增大到一定值，旁通阀3打开，一部分流体流入第二过流管9b，经第四过流管9d进入压力腔14。由于第二出液口10b的内径小于第四过流管9d的内径，所以压力腔14内压力增大，推动推进杆4径向运动，进而推动钻头5沿径向向前移动。在旋转力和推进力的双重作用下，钻头5沿径向钻进，实现套管开窗作业。同时液体从第一出液口10a和第二出液口10b射出对钻头5进行冷却润滑保护，并将钻屑携带至井口。完成开窗后，降低液体流量，旁通阀3关闭，压力腔14泄压，弹簧7将钻头5推回腔体。最后上提工具完成径向开窗作业。

Claims

1.一种井下套管径向开窗器，其由螺杆马达（1）提供扭矩，其特征在于：该井下套管径向开窗器包括本体（16）和设置在该本体（16）内的动力部、径向钻进部和流体通道部，所述动力部的上部与所述螺杆马达（1）的输出轴（1a）连接并传递扭矩，可将所述输出轴（1a）输出的水平旋转动力转换为垂直旋转动力；所述径向钻进部包括一钻头（5）和一回弹装置，所述钻头（5）在所述动力部的作用下在垂直方向旋转；所述流体通道部内通有高压流体，所述高压流体作用于所述钻头，当所述高压流体的压力大于所述回弹装置提供的回弹力时，所述钻头沿径向伸出于所述本体（16），反之，所述钻头缩回所述本体（16）中。

2.根据权利要求1所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述动力部包括水平设置的第一锥齿轮（2a）和垂直设置的第二锥齿轮（2b），所述输出轴（1a）与第一锥齿轮（2a）之间、所述第一锥齿轮（2a）和第二锥齿轮（2b）之间连接并传动扭矩。

3.根据权利要求2所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述径向钻进部还包括推进杆（4）和缸体（6），所述缸体（6）水平固装在所述本体（16）内；所述推进杆（4）的一端设置在所述缸体（6）内，该端与缸体（6）侧壁之间装有密封圈（15）并与端壁之间形成一压力腔（14），所述流体通道部与该压力腔连通；所述推进杆（4）的另一端安装有所述钻头（5）；所述第二锥齿轮（2b）将垂直旋转力传递给所述推进杆（4），进而传递给所述钻头（5）。

4.根据权利要求3所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述推进杆（4）中部的横截面为正六边形或正方形，所述第二锥齿轮（2b）套接在所述推进杆（4）上且二者之间能够相对移动。

5.根据权利要求4所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述回弹装置设置在所述第二锥齿轮（2b）和靠近钻头一侧的本体壁面之间，该回弹装置包括推盖（8）和弹簧（7），所述推盖（8）通过轴承（11）安装在所述推进杆（4）前部，所述弹簧（7）的两端分别固定在本体壁面和推盖（8）上。

6.根据权利要求7所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述流体通道部为第四过流管（9d），该过流管（9d）的上端从所述本体（16）上端伸出，过流管（9d）的中部与所述压力腔（14）连通，该过流管（9d）的下端开口位于钻头一侧本体（16）的下部并开口朝上，且该下端端口（10b）的直径小于第四过流管（9d）的直径。

7.根据权利要求6所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述过流管（9d）的下端开口位于所述本体（16）远离过流管（9d）上端的一侧的下部。

8.根据权利要求7所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述螺杆马达（1）、第一锥齿轮（2a）、第二锥齿轮（2b）分别通过轴承安装在所述本体（16）上。

9.根据权利要求1所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述钻头（5）与推进杆（4）螺纹连接。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的井下套管径向开窗器，其特征在于：所述螺杆马达（1）上部连接有第一过流管（9a），该第一过流管（9a）为三通结构，其上端端口连接外部液体源、下端端口经所述螺杆马达（1）与第三过流管（9c）连通、侧面端口通过旁通阀（3）连接第二过流管（9b），所述第二过流管（9b）下端与所述第四过流管（9d）连通，所述第三过流管（9c）的下端开口位于钻头（16）一侧的本体上部且开口朝下。