一種連續管開窗工具的製作方法

2023-12-09 19:35:11 3

本發明涉及油氣鑽井技術領域，尤其涉及一種連續管開窗工具。

背景技術：

套管開窗側鑽工藝技術經過多年的現場應用和逐步發展，形成了鍛銑式和斜向器式套管開窗側鑽工藝，提高了老井利用率和開發效果，節約了鑽井費用和地面建井費用，經濟效益顯著。應用連續管及配套工具完成側鑽作業是一種新型開窗工藝方法，具有起下鑽速度快、經濟效益高的特點。使用連續管下入側鑽工具節省了大量接單根施工時間，是實現老井利用、節省施工周期、降低作業成本的重要途徑，具有廣闊的市場前景。

目前，應用連續管進行套管開窗側鑽面臨連續管不能承受扭矩、動力鑽具能量較低以及斜向器磨損嚴重等問題。常規的套管側鑽工藝一般使用轉盤鑽機、頂驅鑽機或修井機鑽頭，在側鑽開窗過程中，動力鑽具的反扭矩由鑽杆傳遞給連續管，由於連續管的管壁較薄，不能承受扭矩和壓力，容易出現連續管損壞的問題；動力鑽具的功率決定了銑鞋磨銑套管的能量大小，為提高磨銑套管的效率，在側鑽作業中使用的銑鞋一般具有很強的切削能力，在套管開窗側鑽的過程中，套管和斜向器同時受到銑鞋的切削，由於斜向器的硬度較高，銑鞋的磨損比較嚴重，影響了銑鞋力學特性，造成水力能量損失和銑鞋的過渡磨損；側鑽工藝結束後，斜向器由於磨損嚴重不能再次使用，造成斜向器浪費，並提高了側鑽工藝的成本。

技術實現要素：

本發明的目的在於提出一種可以避免切削斜向器、減少銑鞋磨損的連續管開窗工具。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種連續管開窗工具，包括斜向器和鑽具組件，所述鑽具組件包括動力鑽具和銑鞋，所述動力鑽具的一端連接所述銑鞋，所述動力鑽具固定有偏心結構，所述偏心機構可沿所述斜向器的造斜面滑動。

其中，所述動力鑽具和所述銑鞋通過柔性短節連接。

其中，所述偏心結構向所述造斜面凸設有滑塊，所述造斜面設置有沿所述造斜面的長度方向延伸的滑槽，所述滑塊可沿所述滑槽滑動。

其中，所述偏心結構為套設在所述動力鑽具外的套筒，所述套筒與所述動力鑽具通過螺釘固定，所述螺釘的頭部形成所述滑塊，所述螺釘的頭部沿所述滑槽滑動。

其中，還包括承扭機構，所述承扭機構包括承扭短節及承扭套筒，所述承扭短節與所述動力鑽具連接，所述承扭套筒套設於所述承扭短節外並與所述斜向器固定，所述承扭短節與所述承扭套筒滑動連接。

其中，所述承扭套筒的側壁上設置有沿所述承扭套筒的軸向方向延伸的鍵槽以及螺旋滑槽，所述鍵槽與所述螺旋滑槽連接，所述承扭短節上設置有平鍵，所述平鍵沿所述螺旋滑槽滑入所述鍵槽內。

其中，所述承扭機構還包括相互連接的防扭短節和油管，所述防扭短節連接送入機構，所述油管連接承扭短節。

其中，所述送入機構包括連續管及井下牽引器，所述連續管和井下牽引器通過連續管接頭連接，所述井下牽引器通過安全接頭與所述防扭短節連接。

其中，所述斜向器與所述承扭套筒通過螺釘或焊接固定。

其中，所述斜向器的底端連接有錨定短節。

有益效果：本發明提供了一種連續管開窗工具，包括斜向器和鑽具組件，所述鑽具組件包括動力鑽具和銑鞋，所述動力鑽具的一端連接所述銑鞋，所述動力鑽具固定有偏心結構，所述偏心機構可沿所述斜向器的造斜面滑動。在銑鞋切削套管側部時，動力鑽具沿斜向器的造斜面滑動，使得銑鞋的運動軌跡平行於造斜面，銑鞋與造斜面之間始終存在一定距離，防止銑鞋切削斜向器，減少銑鞋的磨損，從而避免部件浪費，降低套管開窗的成本。

附圖說明

圖1是本發明提供的連續管開窗工具的結構示意圖；

圖2是本發明提供的連續管開窗工具下入套管內的結構示意圖；

圖3是圖2中b處的局部放大圖；

圖4是本發明提供的斜向器的結構示意圖；

圖5是圖4中a-a向剖視圖。

其中：

1、斜向器；11、造斜面；12、滑槽；

21、動力鑽具；22、銑鞋；23、偏心結構；231、滑塊；24、柔性短節；

31、承扭套筒；32、承扭短節；33、防扭短節；34、油管；

41、連續管；42、井下牽引器；43、連續管接頭；44、安全接頭；

5、套管；6、錨定短節。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、採用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

本發明提供了一種連續管開窗工具，包括斜向器1和鑽具組件，鑽具組件包括動力鑽具21和銑鞋22，動力鑽具21的一端連接銑鞋22，動力鑽具21固定有偏心結構23，偏心機構23可沿斜向器1的造斜面11滑動。在銑鞋22切削套管5側部時，動力鑽具21沿斜向器1的造斜面11滑動，使得銑鞋22的運動軌跡平行於造斜面11，銑鞋22與造斜面11之間始終存在一定距離，防止銑鞋22切削斜向器1，減少銑鞋22的磨損，從而避免部件浪費，降低套管5開窗的成本。

本發明提供的連續管開窗工具包括送入機構、承扭機構、鑽具組件以及由斜向器1和錨定短節6組成的錨定機構。套管5側鑽開窗之前，將錨定機構下入井筒的開窗點後固定，以便於鑽具組件的定位。錨定機構定位完成後，承扭機構和鑽具組件依次連接後，送入機構將承扭機構和鑽具組件通過井口平穩的下入井眼中，當鑽具組件接近開窗位置時，下入的速度應小於0.5m/s，以保證承扭組件和鑽具工具始終處於正確的安裝位置及運行軌跡。

具體而言，鑽具組件包括動力鑽具21及銑鞋22，銑鞋22安裝於動力鑽具21的下端，銑鞋22是套銑工具的配套工具，用於切削套管5，完成套管5側部開窗。動力鑽具21與銑鞋22可以通過柔性短節24連接，柔性短節24為可旋轉的柔性短節24，柔性短節24可以調整鑽具組件的力學性能，通過調整柔性短節24的抗彎剛度可以改變銑鞋22在開窗時的轉角和側向力，以便更好按照需要的角度和力度切削套管5。

動力鑽具21設置的偏心結構23可以是套設在動力鑽具21外的套筒，套筒與動力鑽具21固定，防止套筒沿動力鑽具21的周向轉動或沿軸向滑動，偏心機構23沿斜向器1的造斜面11滑動可以通過相互配合的滑槽12和滑塊231實現。偏心結構23可以向造性面的方向凸設有滑塊231，斜向器1的造斜面11上可以設置有與滑塊231配合的滑槽12，滑槽12沿造斜面11的長度方向延伸。工作時，偏心結構23的滑塊231沿滑槽12移動，帶動動力鑽具21沿造斜面11向下移動，由於造斜面11是相對套管5的軸向方向具有一定斜度的表面，因此可以是銑鞋22沿一定的角度切削套管5側壁，完成套管5的側開窗。設置偏心結構23可以使銑鞋22的移動軌跡始終平行造斜面11，銑鞋22與造斜面11之間始終具有一定的距離，可以防止銑鞋22和造斜面11接觸切削造斜面11，減少銑鞋22的磨損，斜向器1也可以重複使用，從而避免部件浪費，降低套管5開窗的成本。在此基礎上，偏心結構23與動力鑽具21可以通過螺釘固定，並且螺釘的頭部可以作為滑塊231使用，工作時，螺釘的頭部嵌入滑槽12內並沿滑槽12滑動，既可以實現偏心結構23與動力鑽具21的固定，又可以使銑鞋22平行於造斜面11運動，結構簡單、可靠。偏心結構23和動力鑽具21可以通過多個螺釘固定，多個螺釘可以沿動力鑽具21的軸向方向排列，並均與造斜面11的滑槽12配合滑動，一方面可以增加偏心結構23和動力鑽具21固定的牢固性，另一方面可以提高偏心結構23沿滑槽12滑動的可靠性，可以避免單個螺釘脫離滑槽12，進一步避免銑鞋22切削造斜面11。但螺釘的數量不宜過多，螺釘數量太多增加了螺釘與滑槽12的定位精度，綜合考慮上述因素，本實施例中的螺釘的數量為兩個。

連續管開窗工具在開窗過程中，鑽具組件的切削套管5時產生的反扭矩會向上傳遞至送入機構中的連續管41，由於連續管41的管壁較薄，不能承受切削時產生的反扭矩，因此，本發明中的連續管開窗工具還包括承扭機構，承扭機構包括承扭短節32及承扭套筒31，承扭短節32與動力鑽具21連接，承扭套筒31套設於承扭短節32外並與斜向器1固定，承扭套筒31與斜向器1可以通過螺釘固定或焊接固定，隨錨定機構固定在井內開窗的位置，承扭短節32與承扭套筒31滑動連接。

具體而言，承扭短節32和承扭套筒31通過平鍵和鍵槽連接，並且承扭短節32通過平鍵和鍵槽可以沿承扭套筒31滑動，承扭套筒31的側壁上設置有沿承扭套筒31的軸向方向延伸的鍵槽以及螺旋滑槽12，鍵槽與螺旋滑槽12連接，當送入機構向下送入承扭機構和鑽具組件時，承扭短節32上固定的平鍵首先滑入螺旋滑槽12，平鍵在螺旋滑槽12內滑動，帶動承扭短節32轉動，當平鍵有螺旋滑槽12滑入鍵槽時，完成承扭短節32與承扭套筒31的安裝，工作時，承扭短節32和承扭套筒31周向位置固定，承扭短節32隻可沿鍵槽相對承扭套筒31滑動，不可以相對承扭套筒31轉動。承扭短節32和承扭套筒31的安裝方式，可以限制動力鑽具21的轉動，銑鞋22切削時產生的反扭矩由動力鑽具21傳遞至承扭套筒31和承扭短節32，防止反扭矩繼續向上傳遞，避免連續管41破損，提高連續管41的使用壽命。

承扭機構還包括相互連接的防扭短節33和油管34，防扭短節33連接送入機構，油管34連接承扭短節32。在承扭機構和鑽具組件下入井底的過程中，鑽具組件和承扭短節32等會旋轉，防扭短節33用於阻止鑽具組件和承扭短節32在下入過程中將扭矩傳遞至連續管41，進一步避免連續管41破損，提高連續管41的使用壽命。此外，防扭短節33中還設置有密封裝置，可以防止鑽井液洩漏。

本發明中送入機構包括連續管41及井下牽引器42，連續管41和井下牽引器42通過連續管接頭43連接，井下牽引器42通過安全接頭44與防扭短節33連接。安全接頭44可以在緊急情況下斷開與防扭短節33的連接，井下牽引器42在銑鞋22開窗過程中支撐在井壁上，給銑鞋22提供鑽壓，推動鑽具組件沿井眼軸線方向移動；在側鑽的窗口完成後，井下牽引器42向上提起連續管41，從而起出連續管開窗工具，結束側鑽開窗。

本發明提供的連續管開窗工具的具體工作過程如下：

(1)將承扭套筒31和由斜向器1和錨定短節6組成的錨定機構下入井內，並固定在需要開窗的位置處；

(2)將送入機構、承扭機構以及鑽具組件依次連接，連接完畢後送入機構將鑽具組件通過進口平穩的進入井眼中，當鑽具組件的底部即銑鞋22靠近開窗位置時，降低下入速度，並控制在0.5m/s，以便將銑鞋22送入承扭套筒31內；

(3)承扭短節32上的平鍵進入承扭套筒31上的螺旋滑槽12後，通過旋轉將平鍵送入鍵槽內，完成承扭短節32與承扭套筒31的安裝；

(4)井下牽引器42支撐在井壁上，推動鑽具組件沿井眼軸線方向移動並為鑽具組件提供鑽壓，動力鑽具21通過偏心結構23帶動銑鞋22沿斜向器1的造斜面11滑動，銑鞋22與套管5接觸，井上的泥漿泵開始向井內循環通入鑽井液，動力鑽具21輸出扭矩，帶動銑鞋22切削套管5；

(5)當銑鞋22完全移出套管5後，套管5的側部開窗完成，井下牽引器42向上提起連續管41，從而起出連續管開窗工具，結束側鑽開窗。

本發明提供的連續管開窗工具可以避免銑鞋22切削套管5時切削斜向器1，避免斜向器1損壞，減少部件浪費；同時，可以減少銑鞋22的磨損，提高銑鞋22的使用壽命，降低套管5側開窗的成本；通過調整偏心結構23的在動力鑽具21的安裝位置，還可以調整銑鞋22的力學特性；通過承扭機構可以避免連續管41承受切削時的方扭矩，避免連續管41損壞；在側鑽開窗過程中，連續管開窗工具的工作阻力小、銑鞋22力學特性可控、工作性能可靠。

以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。