CN1464170A - 石油开采超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺 - Google Patents

石油开采超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺 Download PDF

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Abstract

石油开采超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺，涉及石油开采行业的钻井、完井技术，及其所采用的配套工具。针对现有水平钻井存在所需地面专用设备和工具多、成本高、施工复杂、周期太长、产出比失衡等诸多难题，研制了一整套水平井钻井、完井新工艺及其专用工具，它是由通径规、锻铣刀、定位钻头、定位造斜导向器和钻杆等部件组成，其特征是定位钻头通过齿合爪与柔性钻杆连接，导向跟进筛管内设置柔杆，其前端安装有定位造斜导向器；造斜、钻进完成后，提出柔性钻杆时，可一次性完成水平钻井和完井作业。优点是钻井周期短、成本低、效率高。在采油现场试用，深受用户好评，可在油井开采中，广泛应用，在煤气、自来水行业中，也可广泛推广使用。

Description

石油开采超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺
技术领域
本发明涉及石油开采钻井、完井作业，是油田水平钻井的一种钻井新工艺及其专用的配套钻井工具。
背景技术
现行石油开采行业中，其实施的小曲率大半径、中半径、小半径都存在着成本高、周期长等缺点；超短半径径向水平水喷射的所有工艺，因为使用的是高压水射流破岩钻井，一是需要配备较多的地面专用设备和工具、成本较高、产出比失衡；二是受到岩性、井深和扩超大直径孔的限制，缩小了推广应用范围，并且这种方法还存在着钻出的水平井眼技术复杂、钻井周期长、使用寿命短等缺陷。
发明内容
本发明是针对上述水平钻井工艺的缺陷设计的一种新工艺，并研制成一整套专用工具，从而达到单层面多井眼及多层面多井眼，并适合多种井眼条件和油藏类型采油，达到采收率成倍提高、综合钻井成本降低的最终目的，并且解决了无法筛管完井的难题。
石油开采超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺，是由通径规、锻铣刀、钻头体、快速接头、调节短节各部件组成，其特征是：
A、超短半径径向水平钻井、完井工具
a)定位钻头由导正块(5)、轴(6)、卡圈(7)、密封圈(8)、轴承(9、13)、外套(10)、内套(11)、O型圈(15)、导水接头(16)、斜铁(17)和钻头(18)各部件组成，钻头外套(10)与导向跟进筛管(1)前端焊接固定；
b)高强度柔性钻杆由变位杆球体(21)、保护套(22)、上半空腔球体(23)、密封胶圈(24)、钢球(25)、下半空腔球体(26)和轴承(27)各部件组成，球体之间采用焊接方式连接，亦可以采用丝扣保护套连接，上半空腔球体、下半空腔球体与变位杆球体之间采用胶管密封，亦可采用胶圈密封，每球间可弯曲4～6°，并可在360°范围内旋转；
c)导向跟进筛管由连接钢板(29)、梯形管(30)、反屑孔(31)、反扣补芯(32)、调节短节(33)、节箍(34)和防沙筛网(35)组成，导向跟进筛管上还设有角度限位片(36)；
d)柔性钻杆通过跟进筛管内，采用齿合爪(40、41)与钻头(18)连接，亦可以采用脱钩引向滑道(38′)和自锁倒须钩(38)结构，制成快速接头(44、45)结构形式，水平钻进时，钻头(18)带动跟进筛管前进，跟进筛管的自身重量又可推动跟进筛管前进，完成水平钻进时借助齿合爪(40、41)的自动分离，将钻头(18)和跟进筛管(1)留在井内达到筛管完井作业；
e)定位造斜导向器是由管壁(48)、可捞接头(49)、活塞(51)各部分组成，管壁(48)前部按水平钻井角度需要呈斜坡状，后部呈半圆形；
B、超短半径径向水平钻井、完井工艺
a)首先，用锻铣工具在目的层进行油井套管锻铣，然后由定位造斜导向器连好导向跟进筛管，同时把柔性钻杆下入导向跟进筛管内，导向跟进筛管前端安装有定向钻头(18)，柔性钻杆后部与常规钻杆相连接，下至目的层的锻铣段面；
b)当定位销(54)进入锻铣段，可自动弹出，并挂在油井套管沿上后，涨紧卡瓦(53)在活塞(51)作用下，使定位造斜导向器稳定地固定在油井套管内；当钻井开始时，应采用吊钻钻进，到达目的层时，再全放开钻进，跟进筛管沿着定位造斜导向器上部的管壁斜面，借助钻头(18)的前进力和筛管自身的重力推进，使水平钻井按设计要求钻进；
c)钻进至设计水平长度后，提出钻杆，将导向跟进筛管和定位钻头留在所钻井眼内，自然形成筛管防砂完井。
本发明的优点是施工工艺简单，使用常规钻井设备即可基本完成全部施工作业，无须配备较多的地面专用设备和工具，降低了钻井综合成本。造斜段的曲率半径仅为1.5～3米，适合于各种井眼条件和油藏类型，尤其是不受井深的限制，能够多层位、同层位多井眼进行作业，且孔径大，水平井眼长，采收率可显著提高，而且因水平井钻进作业完成时，定位钻头和导向跟进筛管均留在水平井内，所以水平钻井、完井工程可同时完成，解决了以往水平井无法筛管完井的一大难题。并且在采油时还可以进行单井眼冲沙洗井作业。
附图说明
图1，本发明钻头体结构示意图，其中：1跟进筛管，2、4快速接头，3挂片，5导正块，6轴，7卡圈，8密封圈，9、13轴承，10外套，11内套，12垫圈，14合金刀片，15O型圈，16导水接头，17斜铁，18钻头；
图2，本发明图1的A-A剖视图；
图3，本发明图2的B-B剖视图，其中：19限位块，20限位槽；
图4，本发明柔性钻杆结构示意图，其中：21变位钻杆球体，22保护套，23上半空腔球体，24密封胶圈，25钢球，26下半空腔球体，27轴承；
图5，本发明图4的C向视图；
图6，本发明跟进筛管结构图，其中：29连接钢板，30梯形管，31反屑孔，I示放大部位，D示投视方位；
图7，本发明图6的自然状态结构图，其中：32反扣补芯，33调节短节，34节箍，35防沙筛网，E示投影方位；
图8，本发明图6的I部位放大视图，其中：36角度限位片；
图9，本发明图7跟进筛管的连接钢板E向部位视图，其中：37塞焊孔；
图10，本发明图6的D向部位视图；
图11，本发明齿合爪(40)轴向视图；
图12，本发明图11的主视图；
图13，本发明齿合爪(41)轴向视图；
图14，本发明图13的主视图；
图15，本发明另一种快速接头结构(44)的轴向视图；
图16，本发明图15的主视图，其中：38自锁倒须钩；
图17，本发明另一种快速接头结构(45)的轴向视图；
图18，本发明图17的主视图，其中：38′引向滑道，39导水管；
图19，本发明水平钻具组装结构示图，其中：40、41齿合爪，42钻杆，43柔性钻杆；
图20，本发明水平钻具的另一种连接方式结构图，其中：44、45快速接头；
图21，本发明调节短节的结构示图，其中：46钻杆短节，47内吊卡；
图22，本发明图21的反扣补芯(32)的轴向视图；
图23，本发明图21的反扣补芯(32)的主视图；
图24，本发明图21的内吊卡(47)的主视图；
图25，本发明图21的内吊卡(47)的轴向视图；
图26，本发明定位造斜导向器结构示意图，其中：48管壁，49可捞接头，50活塞连接盘，51活塞，52管壁，53涨紧卡瓦，54定位销，F示断面部位；
图27，本发明图26定位造斜导向器后部半圆管壁断面视图；
图28，本发明图26定位造斜导向器造斜管壁断面视图；
图29，本发明图26的F-F断面视图，其中：55弹簧套筒。
具体实施方式
对本发明提出的专用工具，以及水平钻井工艺操作方法和运行机理等，结合附图进一步具体说明如下：
一、组装本发明提出的各种工具：
首先，组装定向钻头。将导正块5、轴6、卡圈7、密封圈8、轴承9和13、外套10、内套11、O型圈15、导水接头16、斜铁17和钻头18组装成整体，钻头外套10应焊接固定在导向跟进筛管1的前端；
接着，进行高强度柔性钻杆的组装。柔性钻杆由变位杆球体21、保护套22、上半空腔球体23、密封胶圈24、钢球25、下半空腔球体26和轴承27各部件组合安装而成，球体之间采用焊接方式连接，亦可以采用丝扣保护套连接，上半空腔球体、下半空腔球体与变位杆球体之间采用胶管密封，亦可以采用胶圈密封，每球间可弯曲4～6°，并可在360°范围内旋转；
再接着，是导向跟进筛管的组装。导向跟进筛管由连接钢板29、梯形管30、反屑孔31、反扣补芯32、调节短节33、节箍34、角度限位片36和防沙筛网35各部件组装而成；
然后，将通过定向跟进筛管内的柔性钻杆前端的齿合爪40和钻头18后部的齿合爪41，把柔性钻杆和钻头二者组装在一起；
多功能快速接头的组装。由齿合爪40、41组装成快速接头；快速接头亦可以采用快速接头44、45的结构，采用脱钩引向滑道和自锁倒须钩38的结构形式；
最后，组装定位造斜导向器，它是由管壁48、可捞接头49、活塞51各部件组装而成，管壁48前部，按水平井钻井角度要求制成斜坡状，后部呈半圆形，定位销54设有弹簧套筒55。
二.结合本发明提供的专用工具，进一步具体描述本发明的操作工艺及相关机理。
首先采用锻铣工具在目的层进行采油竖井套管的锻铣，长度为1.1～1.5m，完工后，从竖井套管内提出所用锻铣工具；
接着，把定位造斜器安装在钻头及钻头体上，再把柔性钻杆通过齿合爪40、41与钻头18连接牢固；柔性钻杆安装在导向跟进筛管内，柔性钻杆后部的补心调节短节与常规钻杆连接，全套工具在地面装配完毕后，即可下井钻进；
当水平钻具下井达到目的层锻铣深度，定位造斜导向器的定位销54，在孔径加大时会自动弹出，并搭挂在油井护井套锻铣部位的上边缘，接着，在活塞51加大重量下滑时，涨紧卡瓦53被挤出，并紧紧地卡在护井套管的内壁上，使定位造斜导向器按设计要求准确稳固定位；
开始造斜时，由于定位造斜导向器安装在导向跟进筛管前部，开钻时，导向跟进筛管借助定位造斜器管壁48的特殊结构造形，既利用半圆形的管壁上的斜面和本身的自重，即可完成钻头的定向造斜钻进；
导向造斜完成后，加大钻压，由钻头牵引导向跟进筛管前进，开始水平钻进，在水平钻进过程中，钻头体上设置的导正块5、导向跟进筛管上设置的角度限位片36，都确保了钻头的水平钻进的准确方位；
水平钻进达到设计要求时，将导向跟进筛管后边的自动悬挂器同时自动挂好，并用汽化水洗净井内所有的钻进液，利用齿合爪40、41自动脱钩装置的自脱钩性能，在提出柔性钻杆时，很容易将钻头18和导向跟进筛管留在水平井内，致使水平钻井、完井作业一次完成。
自脱钩定位钻头18和柔性钻杆的连接结构，也可以设计成快速接头44和45的结构形式，利用自身设置的自锁倒须钩38和脱钩引向滑道38′，亦可很容易的将钻头和柔性钻杆自动脱离。

Claims (1)

1.石油开采超短半径径向水平钻井、完井工具及其工艺，是由通径规、锻铣刀、钻头体、快速接头、调节短节各部件组成，其特征是：
A、超短半径径向水平钻井、完井工具
a)定位钻头由导正块(5)、轴(6)、卡圈(7)、密封圈(8)、轴承(9、13)、外套(10)、内套(11)、O型圈(15)、导水接头(16)、斜铁(17)和钻头(18)各部件组成，钻头外套(10)与导向跟进筛管(1)前端焊接固定；
b)高强度柔性钻杆由变位杆球体(21)、保护套(22)、上半空腔球体(23)、密封胶圈(24)、钢球(25)、下半空腔球体(26)和轴承(27)各部件组成，球体之间采用焊接方式连接，亦可以采用丝扣保护套连接，上半空腔球体、下半空腔球体与变位杆球体之间采用胶管密封，亦可采用胶圈密封，每球间可弯曲4～6°，并可在360°范围内旋转；
c)导向跟进筛管由连接钢板(29)、梯形管(30)、反屑孔(31)、反扣补芯(32)、调节短节(33)、节箍(34)和防沙筛网(35)组成，导向跟进筛管上还设有角度限位片(36)；
d)柔性钻杆通过跟进筛管内，采用齿合爪(40、41)与钻头(18)连接，亦可以采用脱钩引向滑道(38′)和自锁倒须钩(38)结构，制成快速接头(44、45)结构形式，水平钻进时，钻头(18)带动跟进筛管前进，跟进筛管的自身重量又可推动跟进筛管前进，完成水平钻进时借助齿合爪(40、41)的自动分离，将钻头(18)和跟进筛管(1)留在井内达到筛管完井作业；
e)定位造斜导向器是由管壁(48)、可捞接头(49)、活塞(51)各部分组成，管壁(48)前部按水平钻井角度需要呈斜坡状，后部呈半圆形；
B、超短半径径向水平钻井、完井工艺
a)首先，用锻铣工具在目的层进行油井套管锻铣，然后由定位造斜导向器连好导向跟进筛管，同时把柔性钻杆下入导向跟进筛管内，导向跟进筛管前端安装有定向钻头(18)，柔性钻杆后部与常规钻杆相连接，下至目的层的锻铣段面；
b)当定位销(54)进入锻铣段，可自动弹出，并挂在油井套管沿上后，涨紧卡瓦(53)在活塞(51)作用下，使定位造斜导向器稳定地固定在油井套管内；当钻井开始时，应采用吊钻钻进，到达目的层时，再全放开钻进，跟进筛管沿着定位造斜导向器上部的管壁斜面，借助钻头(18)的前进力和筛管自身的重力推进，使水平钻井按设计要求钻进；
c)钻进至设计水平长度后，提出钻杆，将导向跟进筛管和定位钻头留在所钻井眼内，自然形成筛管防砂完井。
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