CN108868676B - 一种过套管穿透井壁取芯工具 - Google Patents

一种过套管穿透井壁取芯工具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及油田生产井的过套管取芯技术领域,特别涉及一种过套管穿透井壁取芯工具。该装置包括径向水平钻孔导向机构,还包括套管开窗机构和取芯机构,径向水平钻孔导向机构包括水力锚和导向器,水力锚下端通过上接头连接导向器,上接头内壁上设计有密封座,导向器下端侧壁上设置有推靠器和扶正机构。本发明实现了能够穿透套管进行定方位、深穿透的取芯作业,取芯施工简便、成本低、安全可靠,对地层适应性强,取芯收获率高,所取岩芯规则,可直观进行岩性含油性观察,亦可借助仪器进行岩性、电性、物性和含油性分析化验,求取孔隙度、渗透率等储层参数,对储层评价将有直接的指导意义。

Description

一种过套管穿透井壁取芯工具
技术领域:
本发明涉及油田生产井的过套管取芯技术领域,特别涉及一种过套管穿透井壁取芯工具。
背景技术:
径向水平钻孔技术是通过采用半刚性钻管和微型钻头旋转钻进,直接在近井油层内钻出多个孔眼,钻孔深度8-15m,是一种适用于各种地层的深穿透技术,能实现增产、增注等生产需求的有效措施。在径向水平钻孔施工的地层钻进过程中,由于不同储层的岩性不同,地层本身的岩性和可钻性有很大差异,导致钻进进尺参差不齐。为了提高地层钻进的机械钻速,掌握各类地层岩层特性,也需对套管***地层进行深穿透取芯。然而目前,国内外未见完井后穿透套管对井壁进行取芯技术的报道和应用。
发明内容:
本发明要解决的技术问题是提供一种过套管穿透井壁取芯工具,该装置实现了能够穿透套管进行定方位、深穿透的取芯作业,取芯施工简便、成本低、安全可靠,对地层适应性强,取芯收获率高,所取岩芯规则,可直观进行岩性含油性观察,亦可借助仪器进行岩性、电性、物性和含油性分析化验,求取孔隙度、渗透率等储层参数,对储层评价将有直接的指导意义。克服了现有技术难以实现生产井过套管取芯的不足。
本发明所采取的技术方案是:一种过套管穿透井壁取芯工具,包括径向水平钻孔导向机构;还包括套管开窗机构和取芯机构,径向水平钻孔导向机构包括水力锚和导向器,水力锚下端通过上接头连接导向器,上接头内壁上设计有密封座,导向器下端侧壁上设置有推靠器和扶正机构,水力锚能够将径向水平钻孔导向机构锚定在套管内壁上,导向器内开有与套管内壁相通的具有曲率的轨道,推靠器能够推动导向器使导向器轨道出口贴在套管内壁上;
套管开窗机构包括螺杆马达Ⅰ、开窗送入管和开窗万向节,开窗送入管上端连接螺杆马达Ⅰ,开窗送入管下端连接开窗万向节,开窗万向节下端连接开窗铣头,开窗万向节能够穿过导向器轨道并能够在导向器轨道内旋转;
取芯机构包括螺杆马达Ⅱ、取芯送入管和取芯万向节,螺杆马达Ⅱ下端连接取芯送入管,取芯送入管下端连接取芯万向节,取芯万向节下端连接取芯钻头,取芯万向节内部设置能够随取芯万向节弯曲的取芯筒,取芯筒包括内筒和设置在内筒外侧的外筒,取芯筒下端设置岩心爪,取芯万向节能够穿过导向器轨道并能够在导向器轨道内旋转。
扶正机构包括嵌入导向器侧壁内的扶正弹簧,扶正弹簧外端连接扶正块,扶正块通过扶正弹簧的推力抵在套管内壁上,扶正块能够收缩进导向器侧壁内。
取芯送入管上活动连接保护套,保护套能够不随取芯送入管旋转,取芯万向节从导向器轨道内提出后能够进入保护套内。
本发明的有益效果是:本发明实现了能够穿透套管进行定方位、深穿透的取芯作业,取芯施工简便、成本低、安全可靠,对地层适应性强,取芯收获率高,所取岩芯规则,可直观进行岩性含油性观察,亦可借助仪器进行岩性、电性、物性和含油性分析化验,求取孔隙度、渗透率等储层参数,对储层评价将有直接的指导意义。
附图说明:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为径向水平钻孔导向机构的结构示意图。
图2为套管开窗机构的结构示意图。
图3为取芯机构的结构示意图。
图4为保护套的结构示意图。
图5为取芯钻头的结构示意图。
图6为岩心爪的结构示意图。
具体实施方式:
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示,一种过套管穿透井壁取芯工具,包括径向水平钻孔导向机构;还包括套管开窗机构和取芯机构,径向水平钻孔导向机构包括水力锚1和导向器4,水力锚1下端通过上接头2连接导向器4,上接头2内壁上设计有密封座,为油管打压提供密封。导向器4下端侧壁上设置有推靠器5和扶正机构6,水力锚1能够将径向水平钻孔导向机构锚定在套管3内壁上,导向器4内开有与套管3内壁相通的具有曲率的轨道,为开窗万向节8和取芯万向节10提供导向作用。推靠器5能够推动导向器4使导向器4轨道出口贴在套管3内壁上;推靠器5内部设有活塞,套管开窗和井壁取芯时推靠器活塞能够在液压作用下伸出抵在一侧套管3内壁上,将导向器4轨道出口推至紧贴套管3内壁上。
套管开窗机构包括螺杆马达Ⅰ、开窗送入管7和开窗万向节8,开窗送入管7上端连接螺杆马达Ⅰ,开窗送入管7下端连接开窗万向节8,开窗万向节8下端连接开窗铣头9,开窗万向节8能够穿过导向器4轨道并能够在导向器4轨道内旋转;螺杆马达Ⅰ提供动力,开窗万向节8由若干个活节依次连接达到一定长度,可顺利通过一定曲率的导向器4轨道,并在导向器4轨道内可实现传递扭矩和钻压,开窗铣头9由本体和金刚石颗粒复合而成,可对套管进行窗铣开窗作业。
取芯机构包括螺杆马达Ⅱ、取芯送入管13和取芯万向节10,螺杆马达Ⅱ下端连接取芯送入管13,取芯送入管13下端连接取芯万向节10,取芯万向节10下端连接取芯钻头11,取芯万向节10内部设置能够随取芯万向节10弯曲的取芯筒15,取芯筒15包括内筒和设置在内筒外侧的外筒,取芯筒15下端设置岩心爪14,取芯万向节10能够穿过导向器4轨道并能够在导向器4轨道内旋转。取芯万向节10和取芯筒15可为取芯钻头11提供流道,同时可以收取岩心。取芯万向节10能够传递钻压和扭矩。取芯钻头11可旋转取芯,岩心爪14能够伸出实现割芯功能,取得的岩心储存在取芯筒15内。
扶正机构6包括嵌入导向器4侧壁内的扶正弹簧,扶正弹簧外端连接扶正块,扶正块通过扶正弹簧的推力抵在套管3内壁上,扶正块能够收缩进导向器4侧壁内。
取芯送入管13上活动连接保护套12,保护套12能够不随取芯送入管13旋转,取芯万向节10从导向器4轨道内提出后能够进入保护套12内,起到保护钻头和岩心的作用。
穿透套管井壁取芯分为两道工序:分别是套管开窗和过套管取芯,通过螺杆马达传动技术驱动万向节旋转钻进来实现。首先将径向水平钻孔导向机构下入套管内,通过油管串下放至目的深度,取芯方位角可以通过测井陀螺定向来确定。方位明确后可通过径向水平钻孔导向机构上的水力锚1将径向水平钻孔导向机构锚定在套管上。套管开窗机构下入油管串内,由绞车电缆直接下深至开窗位置,通过螺杆马达Ⅰ带动开窗万向节8和开窗铣头9旋转进行套管开窗。完成套管开窗后,用电缆起出套管开窗机构。然后下入取芯机构至套管开窗位置,通过螺杆马达Ⅱ带动取芯万向节10和取芯钻头11旋转钻进,实现垂直井壁旋转钻进井壁取芯、割芯并将岩心储存在取芯筒15内,用电缆上提取芯机构,可将岩芯取出地面。该技术可实现同一深度连续取芯,也可通过调整油管下入深度实现任意层位的井壁取芯功能。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种过套管穿透井壁取芯工具,包括径向水平钻孔导向机构;其特征在于:还包括套管开窗机构和取芯机构,径向水平钻孔导向机构包括水力锚(1)和导向器(4),水力锚(1)下端通过上接头(2)连接导向器(4),上接头(2)内壁上设计有密封座,导向器(4)下端侧壁上设置有推靠器(5)和扶正机构(6),水力锚(1)能够将径向水平钻孔导向机构锚定在套管(3)内壁上,导向器(4)内开有与套管(3)内壁相通的具有曲率的轨道,推靠器(5)能够推动导向器(4)使导向器(4)轨道出口贴在套管(3)内壁上;
套管开窗机构包括螺杆马达Ⅰ、开窗送入管(7)和开窗万向节(8),开窗送入管(7)上端连接螺杆马达Ⅰ,开窗送入管(7)下端连接开窗万向节(8),开窗万向节(8)下端连接开窗铣头(9),开窗万向节(8)能够穿过导向器(4)轨道并能够在导向器(4)轨道内旋转;
取芯机构包括螺杆马达Ⅱ、取芯送入管(13)和取芯万向节(10),螺杆马达Ⅱ下端连接取芯送入管(13),取芯送入管(13)下端连接取芯万向节(10),取芯万向节(10)下端连接取芯钻头(11),取芯万向节(10)内部设置能够随取芯万向节(10)弯曲的取芯筒(15),取芯筒(15)包括内筒和设置在内筒外侧的外筒,取芯筒(15)下端设置岩心爪(14),取芯万向节(10)能够穿过导向器(4)轨道并能够在导向器(4)轨道内旋转。
2.按照权利要求1所述的过套管穿透井壁取芯工具,其特征在于:所述扶正机构(6)包括嵌入导向器(4)侧壁内的扶正弹簧,扶正弹簧外端连接扶正块,扶正块通过扶正弹簧的推力抵在套管(3)内壁上,扶正块能够收缩进导向器(4)侧壁内。
3.按照权利要求1所述的过套管穿透井壁取芯工具,其特征在于:所述取芯送入管(13)上活动连接保护套(12),保护套(12)能够不随取芯送入管(13)旋转,取芯万向节(10)从导向器(4)轨道内提出后能够进入保护套(12)内。
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