本发明专利技术公开了一种零半径井下套管开孔的装置，包括测量短节、定位短节、支撑短节、开孔短节、转向短节和锚定短节，其中开孔短节和锚定短节为必备功能短节，不同短节具有不同功能，实际井下作业中可以根据实际需要进行组装，该装置集成化程度高，地面操控性强，能同时实现测深、定方位、套管开孔、锚定等功能，定位准确，不需多次起下钻，操作成本低，耗时短，钻孔效率高，作业精度高，一次下钻就能在套管多个方位上钻出孔眼。本发明专利技术还提供了一种零半径井下套管开孔的方法，使用该方法在井下作业中可以在同层套管圆周上侧向钻出多个孔眼。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油、天然气开采和油气田增产作业装置领域，特别是涉及一种零半径井下套管开孔的装置及开孔方法。
技术介绍
径向水平井技术是指利用高压水射流喷射方法在一口井的同一个产层或不同产层内沿径向钻出一个或多个水平井眼，达到增加油气通道，提高油气藏动用程度的一种高效的油气井增产技术。该技术既可以在新井中实施，又可以在老井中应用，非常适合于开发低渗透油层、薄油层、裂缝性油层以及岩性圈闭油藏，特别适用于煤层气和页岩气开采。其中如何经济有效的在目标层部位的套管上侧向开孔，使得高压喷射喷头和软管能顺利的进入地层是径向水平井技术的关键技术之一。目前国内常用的井下套管开孔方式有侧钻开窗、段铣开窗以及柔性轴带动钻头开孔。前面两种开窗方式都会对目的层套管和水泥环产生损害，后一种开孔方式速度慢，效率较低，需要多次起下钻并更换各种测量装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种该装置集成化程度高，地面操控性强，能同时实现测深、定方位、套管开孔、锚定等功能的零半径井下套管开孔的装置。本专利技术还提供了一种零半径井下套管开孔的方法，使用该方法在井下作业中可以完成沿侧壁圆周方向上的多个钻孔工作。为此，本专利技术的技术方案如下:一种零半径井下套管开孔装置，可根据实际井下作业需求与工况由多个具有不同功能的短节(以下简称为功能短节)组合而成。其中，开孔短节和锚定短节为该装置必选的功能短节。进行开孔作业时，所述锚定短节连接到所述开孔短节下端组成零半径井下套管开孔装置。所述开孔短节包括涡轮马达、第一锥齿轮、第二锥齿轮、开孔钻头、第一压力管、推进活塞、第一弹簧和钻孔缸体，所述钻孔缸体为一封闭缸体，缸体内部包含左、右两个腔室，所述左腔室与第一压力管连通，所述右腔室内包括水平设置的所述第一锥齿轮和竖直设置的所述第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合并传递扭矩，所述推进活塞为T形，包括活塞头和活塞杆，所述活塞头位于左腔室内，所述活塞杆连通左、右腔室并与所述第二锥齿轮连接，所述第一弹簧套装在所述推进活塞的活塞杆上且位于所述活塞头与左、右腔室间隔壁之间以保持所述开孔钻头的伸缩运动，位于所述钻孔缸体外部的所述涡轮马达与所述第一锥齿轮连接并带动第一锥齿轮转动同时通过传递扭矩带动所述第二锥齿轮以及与所述第二锥齿轮连接的所述开孔钻头转动。所述开孔短节具有套管磨铣开孔功能。涡轮马达在流体作用下带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮通过机械传动作用带动第二锥齿轮转动，开孔钻头随第二锥齿轮转动而旋转，同时钻井液经第一压力管进入钻孔缸体左腔室，在钻井液压力作用下推动推进活塞向右运动使得开孔钻头在推进活塞作用下对套管侧壁方向磨铣钻孔。所述锚定短节为中空圆柱管状，沿圆周方向均匀分布有多个锚定爪，所述锚定短节下端向内收缩并延伸形成一个截面积略小的圆柱且在所述圆柱的侧面和底面上均匀分布有多个水眼。所述锚定短节上部圆柱直径大于下部圆柱直径，使所述水眼孔径与钻井液循环流速相适应。所述锚定短节具有锚定功能。当零半径井下套管开孔装置下入井内至适当的作业深度时，启动钻井液泵向该装置内循环加压，锚定短节功能启动，在钻井液压力作用下，锚定短节上部节面上的锚定爪在其表面凸起，锚定爪“抓住”套管内壁，使整段管柱固定在适当的位置；下部水眼则用于钻井液循环，由水眼排出的钻井液经由零半径井下套管开孔装置和套管之间的缝隙循环回地面的钻井液泵中。除开孔短节和锚定短节外，测量短节，定位短节、支撑短节和转向短节为可选的功能短节，可根据实际井下作业需求与工况进行添加组装。所述测量短节内设有电磁-伽马组合测井工具；该测量短节具有精确深度测量功能，用于精确测量管柱下入深度。所述定位短节内设有陀螺定位仪；该定位短节具有方位角定向功能，用于精确定位套管开孔方位角。所述支撑短节包括支撑缸体、第二压力管、支撑活塞和第二弹簧，所述支撑缸体为一封闭缸体，所述第二压力管与支撑缸体内腔连通，所述支撑活塞为T形，包括活塞杆和活塞头，所述支撑活塞的活塞杆能够穿过支撑缸体侧壁与井壁接触，所述第二弹簧穿装在所述支撑活塞的活塞杆上且位于所述支撑活塞的活塞头与活塞杆所穿过的侧壁之间。所述支撑短节具有反向支撑功能。当零半径井下套管开孔装置下入井内至适当的作业深度时，启动钻井液泵向该装置内循环加压，锚定短节功能启动的同时支撑短节功能也启动，该装置安装时要确保支撑短节T形支撑活塞活塞杆与T形开孔短节推进活塞活塞杆伸向套管侧壁方向不同，因此，当钻井液经第二压力管进入支撑缸体内腔时，支撑活塞在流体压力下其活塞杆向外伸出，将该开孔装置推向所需钻孔一侧。所述转向短节由两个完全相同的转向装置相互啮合而成，所述转向装置包括多个转向齿，每个转向齿均有滑动面和限位齿。所述转向短节具有转向定位功能。当一个开孔动作完成后，可上提管柱，此时限位齿起到制约管柱轴向移动的作用，当旋转上部管柱时，上部转向装置沿滑动面旋转，下部定位装置不动，转动至相应位置时，放下管柱，此时转向短节的两个转向装置重新相互啮合在一起，可进行下一个开孔动作。所述转向齿的个数可以为2、3或4个，分别对应可在180°、120°或90°的方向上定向，即可分别在同一层套管上开2、3或4个孔，井下作业时，可根据实际工况选择合适的转向齿个数。所述支撑活塞活塞头和推进活塞活塞头上均套有O型圈。所述O型圈起密封作用。所述支撑活塞活塞头上套有O型圈防止由第二压力管进入支撑缸体内腔室的钻井液渗入第二弹簧伸缩运动区域，降低流体压力对推动支撑活塞的作用；所述推进活塞活塞头上套有O型圈防止由第一压力管进入支撑缸体内腔室的钻井液渗入第一弹簧伸缩运动区域，降低流体压力对推进活塞的作用。优选地，所述零半径井下套管开孔装置包括测量短节，定位短节、支撑短节、开孔短节、转向短节和锚定短节，所述测量短节，定位短节、支撑短节、开孔短节、转向短节和锚定短节之间根据井下作业需要从上至下螺纹连接。所述支撑短节中的第二压力管、开孔短节中的第一压力管可以与钻井液泵为同一套压力系统，也可以分别采用独立的一套压力系统。一种使用该零半径井下套管开孔装置的开孔方法，包括下述步骤:I)下入通径规通井，通至人工井底后起出，同时记录井底深度，确保零半径井下套管开孔装置能够顺利下入到预定位置，并留有口袋；2)洗井直至反排出的水与进口水质一致；3)将零半径井下套管开孔装置连接到油管下端，通过油管将该装置下入井内，达到设计的作业深度，同时测量并记录入井的所有管柱长度；4)用测量短节测量该装置下入井内的精确深度；5)通过在油管上方添加井口油管短节微调油管深度至与设计深度吻合，确保误差不超过20cm ；6)用定位短节测定开孔钻头方位角；7)利用修井机旋转油管，直至达到设计的方位角，确保误差不超过5° ;8)打开钻井液泵循环加压，启动锚定短节和支撑短节，锚定整段管柱的同时将该段管柱推向套管开孔一侧的目的；9)加大钻井液排量，开孔短节中的开孔当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种零半径井下套管开孔装置，其特征在于，包括开孔短节(4)和与所述开孔短节(4)下端连接的锚定短节(6)，所述开孔短节(4)包括涡轮马达(16)、第一锥齿轮(17)、第二锥齿轮(18)、开孔钻头(19)、第一压力管(20)、推进活塞(21)、第一弹簧(22)和钻孔缸体(23)，所述钻孔缸体(23)为一封闭缸体，缸体内部包含左、右两个腔室，所述左腔室与第一压力管(20)连通，所述右腔室内包括水平设置的所述第一锥齿轮(17)和竖直设置的所述第二锥齿轮(18)，所述第一锥齿轮(17)与所述第二锥齿轮(18)啮合并传递扭矩，所述推进活塞(21)为T形，包括活塞头和活塞杆，所述活塞头位于左腔室内，所述活塞杆连通左、右腔室并与所述第二锥齿轮(18)连接，所述第一弹簧(22)套装在所述推进活塞(21)的活塞杆上且位于所述活塞头与左、右腔室间隔壁之间以保持所述开孔钻头(19)的伸缩运动，位于所述钻孔缸体(23)外部的所述涡轮马达(16)与所述第一锥齿轮(17)连接并带动第一锥齿轮(17)转动同时通过传递扭矩带动所述第二锥齿轮(18)以及与所述第二锥齿轮(18)连接的所述开孔钻头(19)转动；所述锚定短节(6)为中空圆柱管状，沿圆周方向均匀分布有多个锚定爪(24)，所述锚定短节(6)下端向内收缩并延伸形成一个截面积略小的圆柱且在所述圆柱的侧面和底面上均匀分布有多个水眼(29)。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴欣袁，付胜利，周俊然，冯强，范永涛，杨晓勇，魏臣兴，杨文领，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12
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