一種分支井結構及其形成工藝的製作方法

2023-12-02 12:13:56

本發明涉及一種分支井的結構與及施工方法，屬於石油天然氣、煤層氣、頁巖氣等地下礦藏開發過程中的鑽井方法或設備。

背景技術：

在石油天然氣等地下礦藏開發過程中，常規鑽井方法是一個井口一個地下井眼，分支井指的是在一個井口中完成兩個或兩個以上的地下井眼。該特殊井型具有節省地面投資、節省分叉點以上井段的鑽井投資等優點，在多種類型油氣藏中顯示了良好的應用效果，是一項鑽井領域的前沿技術。

按照井筒完整性以及作業難易程度，將分支井技術分為六個級別，其中四級及以上的分支井，需要在套管內實現側鑽，需要專門的完井裝置來實現分支井眼的機械連接、可重入性和水力密封性，此專門的工具和工藝稱為分支井系統。此前分支井系統存在結構層序多導致內徑損失大的問題，機械連接強度低，連接縫隙大，坐掛可靠度及靈活度差的問題，導致常出現井下複雜情況的現象。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種新型的以三維空間兩管自動相交、相貫後自動坐掛嚙合技術為核心的四級分支井系統實現方法，分支井眼可以實現固井、半程固井、分段壓裂完井等不同的完井方式需求，並可以在此基礎上通過增加井下裝置的方法直接升級為六級。

本發明提供一種分支井的結構，包括：

主井眼，開設在地下，其內部設有套管；

分支井眼，從主井眼套管側鑽而形成，主井眼與分支井眼之間具有一角度；

空心導向套，其插設在所述主井眼的套管中；所述空心導向套為中空管體，其頂面為一向下傾斜的環形曲面，該環形曲面上對稱設置有兩凸出的定位鎖塊；

分支井眼尾管懸掛器，其自所述主井眼的套管插入到所述分支井眼中；所述分支井眼尾管懸掛器為中空管體，所述空心導向套的頂面貼合所述分支井眼尾管懸掛器的外壁面，所述分支井眼尾管懸掛器的外壁面與所述所述空心導向套的頂面貼合之處開設有側壁孔，所述分支井眼尾管懸掛器與所述空心導向套通過側壁孔連通；所述分支井眼尾管懸掛器的外壁面沿分支井眼尾管懸掛器的徑向向外凸出形成有兩個導向壁，該兩個導向壁分別與空心導向套的兩個定位鎖塊接觸，接觸的位置設有鎖槽，定位鎖塊嵌卡在鎖槽中，該兩個導向壁在分支井眼尾管懸掛器底部交匯為一條垂直沿分支井眼尾管懸掛器徑向的線，該兩個導向壁基於該線對稱；

分支井眼尾管，其連接在分支井眼尾管懸掛器的下端。

作為優選技術方案，所述分支井眼尾管懸掛器採用壁厚不同或外接的方式在其外壁面向外凸出形成一導向部，該導向部的兩個側壁面為兩個導向壁，該導向部自設有鎖槽的位置向下呈一箭頭狀。

作為優選技術方案，所述分支井眼尾管懸掛器採用壁厚不同或外接的方式在其外壁面向外凸出形成兩條狀的導向部，各導向部的與所述定位鎖塊接觸的側壁面為導向壁，兩導向部在分支井眼尾管底部交匯形成v字形。

作為優選技術方案，所述主井眼的套管與所述空心導向套底面的外壁面之間設有密封環；所述分支井眼尾管懸掛器的下部與所述分支井眼的井壁之間設有密封環；所述分支井眼尾管懸掛器的上部與所述主井眼的套管之間設有密封環。

作為優選技術方案，主井眼與分支井眼之間的角度不大於10度。

作為優選技術方案，所述空心導向套與所述分支井眼尾管懸掛器形成的三通內設有人字形的密封管。

本發明還提供上述的分支井結構的形成工藝，包括如下步驟：

1）在地下開設主井眼，主井眼內設有套管，在主井眼及套管的側面開設分支井眼；

2）空心導向套插入至主井眼的套管中，其頂面對應位於所述分支井眼的開口處；

3）分支井眼尾管連接在分支井眼尾管懸掛器上，分支井眼尾管順著空心導向套的兩個定位鎖塊向下插入分支井眼中，當空心導向套的其中一定位鎖塊與所述分支井眼尾管懸掛器的一導向壁接觸後，導向壁發揮導引作用，分支井眼尾管懸掛器順著該導向壁的導引下滑，直至空心導向套的兩定位鎖塊與兩導向壁的鎖槽卡合定位。

優選地，所述空心導向套下部的外側設有密封套；所述分支井眼尾管懸掛器的上部和下部的外側均套設有密封套。

優選地，將人字形的密封管插設至所述空心導向套與所述分支井眼尾管懸掛器形成的三通內。

本發明能夠達到以下技術效果：

空心導向套與分支井眼尾管懸掛器採用三維相貫曲線配合，實現了更好的機械支撐與連接性能。通過在分支井眼尾管懸掛器上設置導向壁形成尾管懸掛器的自動旋轉與導向功能，無需轉動管柱即可實現自動坐掛，該導向壁使用但不限於採用壁厚不同的方式形成導向壁的臺階，兩側各有一條。空心導向套相貫曲面上的定位鎖塊與分支井眼尾管懸掛器相貫曲面上的鎖槽自動配合坐掛，實現井下三通的機械連接與支撐，該方式同時可以驗證系統深度與方位的準確性。本發明定向定位結構簡單，定向定位功能均在空心導向套與分支井眼尾管懸掛器上實現，工具結構管壁層數少，系統內通徑大，與分支井眼能下入的最大尺寸套管內徑相同。空心導向套下部可以預置重入導向指示裝置，用於分支井眼的找眼重入。主井眼上下密封以及分支井眼環空密封可以是自膨脹式、壓脹式等多種類型的封隔器。

附圖說明

圖1是本發明的分支井結構示意圖。

圖2是本發明的空心導向套與分支井眼尾管懸掛器結合的結構示意圖。

圖3是本發明的空心導向套的結構示意圖。

圖4是本發明的分支井眼尾管懸掛器的結構示意圖一。

圖5是本發明的分支井眼尾管懸掛器的結構示意圖二。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。

結合圖1~3所示，本發明的分支井的結構，包括：

主井眼（圖中未具體示出），開設在地下，其內部設有套管10；

分支井眼11，從主井眼套管10側鑽而形成，主井眼與分支井眼11之間具有一角度；

結合圖2~3所示，空心導向套1，其插設在主井眼的套管10中；空心導向套1為中空管體，其頂面為一向下傾斜的環形曲面，該環形曲面上對稱設置有兩定位鎖塊2；

分支井眼尾管懸掛器4，其自主井眼的套管10插入到分支井眼11中；分支井眼尾管懸掛器4為中空管體，空心導向套1的頂面貼合分支井眼尾管懸掛器4的外壁面，分支井眼尾管懸掛器4的外壁面與空心導向套1的頂面貼合之處開設有側壁孔，分支井眼尾管懸掛器4與空心導向套1通過側壁孔連通；分支井眼尾管懸掛器4的外壁面沿分支井眼尾管懸掛器4的徑向向外凸出形成有兩個導向壁5，該兩個導向壁5分別與空心導向套4的兩個定位鎖塊2接觸，接觸的位置設有鎖槽3，定位鎖塊2嵌卡在鎖槽3中，該兩個導向壁5在分支井眼尾管懸掛器4底部交匯為一條垂直沿分支井眼尾管懸掛器徑向的線，該兩個導向壁基於該線對稱；

分支井眼尾管（圖中未具體示出），其連接在分支井眼尾管懸掛器的下端。

如圖4所示，在本發明的一實施方式中，分支井眼尾管懸掛器4採用壁厚不同的方式在其外壁面向外凸出形成一導向部40，該導向部40的兩個側壁面為兩個導向壁5，該導向部40自設有鎖槽的位置向下呈一箭頭狀。

如圖5所示，分支井眼尾管懸掛器4採用壁厚不同的方式在其外壁面向外凸出形成兩條狀的導向部40』，各導向部40』的與定位鎖塊接觸的側壁面為導向壁5，兩導向部40』在分支井眼尾管底部交匯形成v字形。

結合圖1所示，主井眼的套管10與空心導向套1底面的外壁面之間設有密封環7；分支井眼尾管懸掛器4的下部與分支井眼11的井壁之間設有密封環8；分支井眼尾管懸掛器4的上部與主井眼的套管10之間設有密封環6。

主井眼與分支井眼11之間的角度不大於10度。

空心導向套1與分支井眼尾管懸掛器4形成的三通內設有人字形的密封管

本發明的分支井結構的形成方法，包括如下步驟：

1）在地下開設主井眼，主井眼內設有套管10，在主井眼及套管10的側面開設分支井眼11；

2）空心導向套1插入至主井眼的套管10中，其頂面對應位於分支井眼11的開口處；

3）分支井眼尾管連接在分支井眼尾管懸掛器4上，分支井眼尾管順著空心導向套的兩個定位鎖塊向下插入分支井眼11中，當空心導向套1的其中一定位鎖塊2與分支井眼尾管懸掛器的一導向壁5接觸後，導向壁5發揮導引作用，分支井眼尾管懸掛器順著該導向壁5的導引下滑，直至空心導向套1的兩定位鎖塊2與兩導向壁5的鎖槽3卡合定位。

即，本發明開窗側鑽後，在主井眼中先下入空心導向套1，分支井眼尾管經過時空心導向套的外壁引導完井管柱進入分支井眼，尾管快到井底時，分支井眼尾懸掛裝置到達空心導向套1，空心導向套1的的定位鎖塊2沿著分支井眼尾管懸掛裝置的導向壁5滑動，使分支井眼尾管懸掛裝置4自動旋轉，伴隨著下入的不斷進行直至空心導向套1的定位鎖塊進入分支井眼尾管懸掛器的鎖槽完成鎖定，無法繼續下放管柱，此時空心導向套1的環形曲面管口與分支井眼尾管懸掛器開口的三維曲線管壁恰好完成對接，窗口處的機械支撐三通的形成，管串上攜帶的主井眼窗口上下以及分支井井眼環空密封的共三處密封實現窗口處的水力密封，四級分支井系統形成。如需進一步提升完井級別至六級，通過在空心導向套和分支井眼尾管懸掛器形成的三通內下入薄壁人字型可膨脹內襯密封管來實現。

以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。