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
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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
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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