一种可控轨迹侧向钻井工具及方法技术

本发明专利技术公开了一种可控轨迹侧向钻井工具及方法，其包括高通过性侧向钻井区段和钻井动力传递区段，其中，所述高通过性侧向钻井区段能够通过自主井眼侧向延伸的短‑极短半径井段实现所述短‑极短半径井段的延伸井段的钻探。本发明专利技术设计的可控轨迹侧向钻井工具，使井眼可以自原有井眼轨迹末端或中间任意位置以短‑极半径造斜钻进继而沿侧向延伸钻进，同时，本发明专利技术装置对薄储层开发、剩余油挖潜、盐下储层水平井开发、多层系合并开发、煤层气开发、煤矿地下气化开发、非常规油气开发、浅层水平井钻井、海底浅层水平井钻井以及其他种类矿物的开发具有工程可行性和实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种可控轨迹侧向钻井工具及方法
本专利技术涉及钻探技术和油气开采领域，具体是一种可控轨迹侧向钻井工具及方法。
技术介绍
开采成本的控制一直以来都是石油天然气钻探所追求的目标，随着非常规油气田的开发等对钻井装备的要求越来越高，自动化、智能化的高效钻井技术已成为降低成本，提高效率主流；此外，钻探技术在地质工程领域、矿产开发领域也有大量的应用。本技术的应用背景在于，在既有的主井眼中任意位置以短-极短半径侧钻分支井，继而在与主井眼井轴不同的方向继续延伸分支井眼或在既有的井眼的末端通过短-极短半径造斜技术使井眼超向与主井的眼井轴不同的方向延伸；一般而言，短半径的范围是10～60米。本专利技术将米级范围定义为极短半径的尺度范围，可以理解为极短半径井的造斜段转弯半径小于10米。目前采用连续油管传输弯接头螺杆马达可实现中短半径可控轨迹侧钻钻井，但定向方式为滑动导向，整个钻柱不作旋转运动，由钻井循环介质驱动螺杆带动钻头做旋转运动，并通过弯接头工具面角的变化来改变钻具的井斜和方位性能，存在定向作业期间钻具不旋转、无法完成短半径定向钻井作业等限制，井眼轨迹精度差；且由于连续油管具有不可旋转、强度低等先天劣势，管柱容易破损和断裂，不适合承担高扭矩，所钻井眼直径过小，无法达到油气藏开发对油气井导流能力的基本需求，故几乎无法胜任短半径侧向钻井，在超短半径和极短半径侧向钻井的范畴内更无法工作。另外一种可实现短-极短半径侧向钻井的方法是通过柔性钻杆驱动钻头钻进实现短-极短半径侧向钻井，即采用单节长度小于1.5米的短钻杆串联为柔性钻柱，短钻杆之间依靠球头和球碗传拉力，依靠在球头和球碗间设置的花键传递扭矩，通过所述柔性钻柱驱动底部的钻头旋转实现破岩；该方法可以依靠斜向器的造斜作用实现短-极短半径侧钻，然而进一步的井眼延伸过程中无法实现井眼轨迹控制并取得具有一定精度的井眼轨迹，井眼屈曲严重，阻碍钻头的钻进，且扭曲不可控的经验轨迹也难以达到现场需求。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提供一种可控轨迹侧向钻井工具及方法，用于通过主井眼底部或任意其他位置侧向钻出的短-极短半径井段，使其继续向侧向钻进，以实现可控轨迹的延伸；本专利技术装置通过钻井动力传递区段驱动高通过性侧向钻井区段实现短-极短短半径井眼内的钻压扭矩传输，为钻头传递旋转动力，并通过在高通过性侧向钻井区段前部设置高通过性导向执行短节实现侧向延伸井段的轨迹控制，此外，通过中继通讯的方式，实现了井下与地面之间的信息交互，增加了系统的可控性，使稳定可靠的短-超短半径可控轨迹侧向钻井技术成为可能；本专利技术的重点应用范围在于造斜半径为1～30米范围内的短半径井及其延伸井眼的钻探。所述高通过性侧向钻井区段(b)的轴线长度大于所述侧向井段的轴线长度，即所述高通过性侧向钻井区段(b)的轴线长度大于所述短-极短半径井段及其延伸井段的轴线长度。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种可控轨迹侧向钻井工具，其包括高通过性侧向钻井区段和钻井动力传递区段，其中，所述高通过性侧向钻井区段能够通过自主井眼侧向延伸的短-极短半径井段实现所述短-极短半径井段的延伸井段的钻探，所述高通过性侧向钻井区段自前至后依次包括钻头、高通过性导向执行短节以及高通过性传动短节阵列，所述高通过性传动短节阵列由若干个用于承担扭矩的传动短节构成，所述传动短节能够为所述钻头传递旋转钻进的动力，且相邻的所述传动短节之间预设有偏转极限，所述预设偏转极限角度设为0.5°～8°；当所述各个相邻传动节间的转角达到偏转极限时，所述高通过性侧向钻井区段能形成的最小曲率半径应当大于或等于所述预设短-极短半径井段。需要说明的是，所述动力传动区段可以是任意形式的钻杆，包括连续金属钻杆串接而成的钻柱、柔性钻杆、挠性连续钻杆。所述高通过性传动短节阵列沿其轴线方向延伸有贯通结构，所述贯通结构形成供钻井循环介质流通的主流道。进一步，作为优选，所述高通过性侧向钻井区段和钻井动力传递区段之间设有中继通讯装置，所述中继讯通装置的一端电连接位于所述高通过性传动短节阵列内的电气线路，所述中继通讯装置的另一端能够与井口端进行远距离通讯。所述钻井动力传递区段包括外直径大于钻头直径50％的钻柱，主要指由丝扣相互连接的常规钻杆或常规钻铤做成的钻柱，由于常规钻柱由3-15米的连续金属管柱支撑，以丝扣作为连接方式相互连接，因此可以很好的将井口处的动力传递到井下，驱动高通过性侧向钻井区段钻进。所述中继通讯装置可以是任意一种泥浆脉冲器或者电磁波信号遥传装置。进一步，作为优选，每个所述传动短节的内部设有至少一个用于可变角度的实现旋转钻井动力传递万向节，所述高通过性传动短节阵列中相邻的万向节之间的距离小于1米；所述高通过性传动短节阵列中相邻的传动短节偏转中心之间的最小距离小于钻头直径的5倍。进一步，作为优选，所述高通过性导向执行短节内设有测量装置，所述测量装置包括地层信息测量模块，所述地层信息测量模块中至少包含伽马传感器，所述伽马传感器固定设置于任意所述传动短节的内部，且所述伽马传感器与中继通讯装置之间采用电性连接，以便于所述测量装置将测得的地层信息经由所述中继通讯装置传递给地面显示设备。进一步，作为优选，所述高通过性导向执行短节包括内部贯通的承载结构，液压分流器、电气执行器以及若干组液压活塞组件，所述若干组液压活塞组件沿所述高通过性导向执行短节的圆周方向固定连接于所述高通过性导向执行短节的承载结构上；所述电气执行器能够驱动所述液压分流器为液压活塞组件配液，并向各个液压活塞组件可控的分配液压流体，从而控制各个液压活塞组件受液压力状态。需要说明的是，电气执行器和液压分流器不局限于附图中所示的形式。电气执行器也可以是电磁铁、液压分流器也可以是由所述电磁铁驱动的阀，由电磁铁的运动驱动电磁阀的开/合，驱动所述高压钻井液周期性驱动液压活塞组件抵推井壁，以产生导向所需的导向力。进一步，作为优选，所述液压活塞组件包括相互配合的活塞缸、活塞和推靠件，所述活塞和推靠件在液压分流器的配液作用下，受到液压流体的推动沿所述高通过性导向执行短节的径向推靠井壁，使得多组所述活塞组件分别沿其径向推靠井壁产生的合力使所述钻头发生偏转。进一步，作为优选，所述液压分流器设置于所述高通过性导向执行短节(1)的端部，且位于多组所述液压活塞组件靠近钻头的一侧。进一步，作为优选，位于所述高通过性传动短节阵列的后方还设有电力供应短节，所述电力供应短节包括电池和井下发电机，所述电力供应短节通过所述电气线路与所述高通过性导向执行短节之间采用电连接，以实现为所述高通过性导向执行短节中的电气执行器供电。进一步，作为优选，还包括短-极短半径造斜工具和保直装置，所述保直装置能够使高通过性导向执行短节与其后方连接的高通过性传动短节阵列进行弹性连接。所述保直装置是任意弹性结构，所述保直装置的两端分别与所述高通过性导向执行短节和其后方连接的高通过性传动短节阵列中的任意传动短节固定连接。当所述高通过性侧向钻井区段发生弯曲时，所述保直装置能够提供使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控轨迹侧向钻井工具，其包括高通过性侧向钻井区段(b)和钻井动力传递区段(a)，其特征在于：所述高通过性侧向钻井区段(b)能够通过自主井眼(c)侧向延伸的短-极短半径井段(d)实现所述短-极短半径井段(d)的延伸井段(e)的钻探，其中：所述高通过性侧向钻井区段(b)自前至后依次包括钻头(3)、高通过性导向执行短节(1)以及高通过性传动短节阵列(2)；所述高通过性传动短节阵列(2)由若干个用于承担扭矩的传动短节(20)构成，所述传动短节(20)能够为所述钻头(3)传递旋转钻进的动力，且相邻的所述传动短节(20)之间预设有偏转极限；/n所述高通过性传动短节阵列(2)沿其自身轴线方向设有贯通结构，所述贯通结构形成供钻井循环介质流通的主流道。/n

【技术特征摘要】
20201019 CN 20201111960691.一种可控轨迹侧向钻井工具，其包括高通过性侧向钻井区段(b)和钻井动力传递区段(a)，其特征在于：所述高通过性侧向钻井区段(b)能够通过自主井眼(c)侧向延伸的短-极短半径井段(d)实现所述短-极短半径井段(d)的延伸井段(e)的钻探，其中：所述高通过性侧向钻井区段(b)自前至后依次包括钻头(3)、高通过性导向执行短节(1)以及高通过性传动短节阵列(2)；所述高通过性传动短节阵列(2)由若干个用于承担扭矩的传动短节(20)构成，所述传动短节(20)能够为所述钻头(3)传递旋转钻进的动力，且相邻的所述传动短节(20)之间预设有偏转极限；
所述高通过性传动短节阵列(2)沿其自身轴线方向设有贯通结构，所述贯通结构形成供钻井循环介质流通的主流道。


2.根据权利要求1所述的一种可控轨迹侧向钻井工具，其特征在于：所述高通过性侧向钻井区段(b)和钻井动力传递区段(a)之间设有中继通讯装置(4)，所述中继讯通装置(4)的一端与位于所述高通过性传动短节阵列(2)内的电气线路(7)电连接，所述中继通讯装置(4)的另一端能够与井口端进行远距离通讯；所述钻井动力传递区段(a)包括钻柱(6)，所述钻柱外直径为于钻头外直径的50％～100％。


3.根据权利要求1所述的一种可控轨迹侧向钻井工具，其特征在于：每个所述传动短节(20)的内部设有至少一个用于可变角度的实现旋转钻井动力传递万向节(21)，所述高通过性传动短节阵列(2)中相邻的万向节(21)之间的距离小于钻头(3)直径的5倍。


4.根据权利要求2所述的一种可控轨迹侧向钻井工具，其特征在于：所述高通过性导向执行短节(1)内设有测量装置(12)，所述测量装置(12)包括地层信息测量模块，所述地层信息测量模块中至少包含伽马传感器，所述伽马传感器固定设置于任意所述传动短节(20)的内部，且所述伽马传感器与中继通讯装置(4)之间采用电性连接，以便于所述测量装置(12)将测得的地层信息经由所述中继通讯装置(4)传递给地面显示设备。


5.根据权利要求1所述的一种可控轨迹侧向钻井工具，其特征在于：所述高通过性导向执行短节(1)包括内部贯通的承载结构(10)、液压分流器(24)、电气执行器(25)以及若干组液压活塞组件(13)，若干组所述液压活塞组件(13)沿所述高通过性导向执行短节(1)的圆周方向固定连接于所述高通过性导向执行短节(1)的承载结构(10)上；
所述电气执行器(25)能够驱动所述液压分流器(24)为液压活塞组件(13)配液，并向各个液压活塞组件(13)可控的分配液压流体，从而控制各个液压活塞组件(13)受液压力状态。


6.根据权利要求5所述的一种可控轨迹侧向钻井工具，其特征在于：所述液压分流器为钻井液分流阀，所述液压活塞组件(13)包括相互配合的活塞缸(13-1)、活塞(13-2)和推靠件(13-3)，所述活塞(13-2)和推靠件(13-3)在液压分流器(24)的配液作用下，周期性受到工具主流道内的高压钻井液的推动，沿所述高通过性导向执行短节(1)的径向推靠井壁，使得多组所述活塞组件(13)分别沿其径向推靠井壁产生的合力使所述钻头(3)发生偏转。


7.根据权利要求6所述的一种可控轨迹侧向钻井工具，其特征在于：所述液压分流器(24)设置于所述高通过性导向执...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐梓辰，杨忠华，万晓跃，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：万晓跃，
类型：发明
国别省市：北京;11