[发明专利]超短半径水平井钻井用的井底转向装置及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油、煤层气钻井设备的技术领域，尤其涉及一种超短半径水平井钻井用的井底转向装置及其施工方法。

背景技术

高压水射流径向水平井是钻井行业的前沿技术，可在0.3m或更小半径的垂直井段中从垂直转向水平，保证水平井准确的进入目的层；可在某一深度储层水平面上钻多个不同方位的水平井眼，也可在多个不同深度水平面上分别钻出多个径向水平井眼，能够增大泄油面积，提高单井产量、油气采收率和单井控制储量。超短半径水平井钻井技术作业效率高、成本低，适合低渗油气储层老油藏的开采，也适合用于煤层气的开采。

目前已投入应用的径向井钻井技术水平(CN101660391A，CN101748970B)存在水平井段井眼直径小的缺陷，储层接触面积小，难以最大程度发挥水平井优势，大直径的径向水平井技术(CN2128666Y,CN2615322Y)的井下锚定和转向都存在着不同的缺陷，转向装置由井口的液压装置通过液压管控制，作业复杂，井下工具变换方位困难；锚定器由油管打压、销钉控制，作业程序复杂，钻完一个水平井段后必须起出管柱重新装销钉才能进行下一个井眼的钻进，作业周期长、风险大。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种超短半径水平井钻井用的井底转向装置及其施工方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种超短半径水平井钻井用的井底转向装置及其施工方法，使井下管柱的锚定、定向、转向动作均由地面上提、下放和旋转油管柱控制，操作简单，可一趟组合钻完所有径向水平井眼，解决了现有技术中存在的问题。

为解决上述问题，本发明公开了一种超短半径水平井钻井用的井底转向装置，包括内管总成和外管总成，其特征在于：

所述内管总成包含陀螺仪定位短节、内管和转筒总成，所述陀螺仪定位短节上端端通过螺纹与油管柱相连接，所述陀螺仪定位短节下端与内管相连接，所述内管的下端与转筒总成相连接，所述内管的中部安装有支撑体，支撑体与内管之间设置有支撑体压簧，所述内管下部设定有定位槽；

所述外管总成包含外管、卡瓦片、摩擦块和支撑板，外管的上端通过卡瓦锁定销锁定所述卡瓦片的下端，卡瓦片能够能够在支撑体的支持下张开，外管的中部安装有摩擦块，所述摩擦块与外管之间安装有压簧，所述外管上固定有与所述内管上定位槽相配合的定位销，所述外管的下部联接有支撑板。

其中：所述定位槽包含滑动段和定位段，所述滑动段为一环形槽，所述定位段包含锥形引导槽和直条槽，所述直条槽设置于锥形引导槽的下端并与其连通，所述直条槽的一侧连通设有一斜向上延伸的卡接槽。

其中：所述陀螺定位短节和内管通过陀螺定位短节下接头相联接。

其中：所述外管和支撑板之间通过一活动缸体联接，从而使得外管和支撑板通过活动缸体可进行相对转动。

其中：所述活动缸体上还安装有补偿弹簧以使外管和支撑板可发生有限制的轴向运动。

如上任一所述的井底转向装置的施工方法，包含下述步骤：

步骤一.连接转向工具，下入管柱至设计深度，释放外筒；

下井之前将外管的定位销位置处于内管定位槽的卡紧槽处，使内管和外管在下井过程中处于相对静止状态，按设计下入至预计深度，上提内管柱，上提高度为c，同时观察悬重变化，由于摩擦块作用，当悬重稍有增加说明由于内管向上运动使定位销已处于定位槽的直条槽位置，完成外筒释放；

步骤二.确定井下方位，下放管柱完成井下工具的锚定和转筒转向，下陀螺仪测方位；

步骤三.下入高压射流钻具进行径向水平井钻进；

步骤四.上提钻具完成解锁、转筒恢复；

步骤五.旋转钻柱，变换井下工具方位，下放钻具完成锚定和转筒转向，下陀螺仪测方位，确定方位后下入高压射流钻具进行径向水平井钻进；

反复步骤四和步骤五完成同一水平面多个方位的径向井钻进；

步骤六.上提油管柱完成下一个水平面多个径向水平井的钻进；

步骤七.按设计完成整个井筒的径向井钻进，起出。

其中：在步骤二中具体过程如下：下放油管柱高度大于b，此时外管与内管能相互旋转，下入陀螺仪测方位，旋转油管柱到预定方位，取出陀螺仪，继续下放油管柱距离为a，同时观察悬重，如果悬重减少说明井下锚定、转向完毕。