定向开窗水平钻孔装置及工艺方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种定向开窗水平钻孔装置，钻头和柔性钻杆之间连接有多个柔性变直单元，柔性变直单元中的主体套装在内芯上，内芯为中空，中央形成过水通道，内芯外壁上设有球形突起，球形突起表面装有多个小钢球，多个小钢球沿着球形突起的圆周表面平均排列，球形突起的底部收缩成直面，直面与主体之间能够形成紧密配合；主体顶端套装有压帽，主体和压帽的内壁上有和球形突起相配合的弧形凹面，球形突起正好位于弧形凹面内，弧形凹面中央开有条状凹槽，小钢球正好位于条状凹槽内，条状凹槽的长度与球形突起底部直面的长度相等；主体和压帽外部用大备帽压紧，主体底端用小备帽压紧。本发明专利技术在钻进过程中，能保证水平井眼的轨迹保持平直。

【技术实现步骤摘要】
定向开窗水平钻孔装置及工艺方法
本专利技术属于油田装备领域，涉及定向开窗水平钻孔装置及工艺方法。
技术介绍
油气田在开发过程中，由于油藏形成的特性，会有近30%剩余油藏在断层后或驱替不到的油层内，这些油藏是利用常规技术开采不到的，这些油藏被地质人称作侧机体、土豆层等等。随着油田开采技术的不断升级，对于此类油藏，出现了诸如体积压裂、T型钻井、径向钻孔、超短半径水平钻井等技术，但上述技术存在开采方向不确定、水平钻进达不到剩余油藏深度等缺点。因为目前所使用的柔性钻杆在斜向器的引导下，水平钻进地层，但是由于柔性钻杆的坚硬度不够，水平钻进一段距离后，如果碰到坚硬的岩层等情况，容易造成柔性钻杆偏离原来轨道。因此需要设计一种钻具，具有柔性钻具的特性，可以转弯，但在水平钻进时保持平直，不会偏离原来的轨道。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种定向开窗水平钻孔装置，克服目前柔性钻杆如果碰到坚硬的岩层等情况，容易偏离原来轨道的问题。本专利技术的第二目的是提供上述定向开窗水平钻孔装置的工艺方法。本专利技术通过以下技术方案来实现：一、一种定向开窗水平钻孔装置，包括钻头和柔性钻杆，所述的钻头和柔性钻杆之间连接有多个柔性变直单元，每个柔性变直单元包括内芯、主体、压帽、大备帽和小备帽，主体套装在内芯上，内芯为中空，中央形成过水通道，内芯外壁上设有球形突起，球形突起表面装有多个小钢球，多个小钢球沿着球形突起的圆周表面平均排列，球形突起的底部收缩成直面，直面与主体之间能够形成紧密配合；主体顶端套装有压帽，主体和压帽的内壁上有和球形突起相配合的弧形凹面，球形突起正好位于弧形凹面内，弧形凹面中央开有条状凹槽，小钢球正好位于条状凹槽内，条状凹槽的长度与球形突起底部直面的长度相等；所述的主体和压帽外部用大备帽压紧，主体底端用小备帽压紧。进一步的，所述的小钢球为8个。二、一种根据上述的定向开窗水平钻孔装置的工艺方法，该方法包括以下步骤：（1）首先在套管内锚定斜向器，然后在斜向器的对侧套管上开窗；（2）利用斜向器和柔性钻杆在短距离内完成90°转弯，再利用柔性水平钻具沿目的层水平方向延伸钻进至进尺极限，钻头带动多个柔性变直单元和柔性钻杆进行水平延伸钻进，水流通过过水通道直达钻头，然后通过钻头上的出水口喷出，此过程中主体从内芯的底部脱出，柔性变直单元能够发生弯曲，因此在斜向器的作用下进行转弯，钻头带动多个柔性变直单元和柔性钻杆水平进入油层；（3）在钻进的过程中，由于钻头受到岩层的阻力，使得主体沿着内芯产生了相对滑动，多个柔性变直单元变成直钻杆，保证水平井眼的轨迹保持平直。采用上述技术方案的积极效果：本专利技术钻进到水平井眼后，与钻头附近连接的柔性变直单元会变成直钻杆（相当于钻铤），能按照地质提供的剩余油方向精准钻进，且钻进距离可超越现有技术的2倍以上，能够直接钻进到剩余油藏深度，使剩余油得到更大程度的挖潜；整个钻进过程中采用的柔性钻具没有扶正装置，却能保证水平井眼的轨迹保持平直，以达到远距离水平钻进的目的。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1中柔性变直单元的放大图；图3是钻头的放大示意图。图中，1钻头，2柔性钻杆，3柔性变直单元，4内芯，5主体，6压帽，7大备帽，8小备帽，9过水通道，10球形突起，11小钢球。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本专利技术的限制：实施例1图1是本专利技术的结构示意图，图2是图1中柔性变直单元的放大图，图3是钻头的放大示意图，如图所示，一种定向开窗水平钻孔装置，包括钻头1和柔性钻杆2，所述的钻头1和柔性钻杆2之间连接有多个柔性变直单元3，每个柔性变直单元3包括内芯4、主体5、压帽6、大备帽7和小备帽8，主体5套装在内芯4上，内芯4为中空，中央形成过水通道9，钻进时高压水流从过水通道通过，然后从钻头的出水口喷出。内芯4外壁上设有球形突起10，球形突起10表面装有多个小钢球11，多个小钢球11沿着球形突起10的圆周表面平均排列，球形突起10的底部收缩成直面，直面与主体5之间能够形成紧密配合。直面的作用当直面和主体形成紧密配合时，多个柔性变直单元无法弯曲；当主体从直面脱开时，多个柔性变直单元在球形突起和弧形凹面的作用下，可以产生一定角度的弯曲。主体5顶端套装有压帽6，主体5和压帽6的内壁上有和球形突起10相配合的弧形凹面，球形突起10正好位于弧形凹面内，弧形凹面中央开有条状凹槽，小钢球11正好位于条状凹槽内，条状凹槽的长度与球形突起10底部直面的长度相等。条形凹槽和直面的长度相等，此设计保证小钢球发生位移，即球形突起发生位移，主体和直面正好发生紧密配合，让柔性变直单元变成直钻杆，防止柔性变直单元之间产生扭动。所述的主体5和压帽6外部用大备帽7压紧，主体5底端用小备帽8压紧。具体的，所述的小钢球11为8个。实施例2一种定向开窗水平钻孔装置的工艺方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：（1）首先在套管内锚定斜向器，然后在斜向器的对侧套管上开窗；（2）利用斜向器在短距离内完成90°转弯，再利用柔性水平钻具沿目的层水平方向延伸钻进至进尺极限，钻头带动多个柔性变直单元和柔性钻杆进行水平延伸钻进，水流通过过水通道直达钻头，然后通过钻头上的出水口喷出，钻头的出水口和内径之间有面积差，导致水流产生压差，在压差的作用下，主体从内芯的底部脱出，柔性变直单元能够发生弯曲，因此在斜向器的作用下进行转弯，钻头带动多个柔性变直单元和柔性钻杆水平进入油层；（3）在钻进的过程中，由于钻头受到岩层的阻力，使得主体沿着内芯产生了相对滑动，多个柔性变直单元变成直钻杆，保证水平井眼的轨迹保持平直，由于水平钻孔装置的创新结构及抗扭力的增大，使得水平钻进距离提升了3倍以上。试验例12017年在吉林油田致密油区块乾188-10C井，目的层深度约1800m，目的层厚度5.5m，应用本专利技术进行超短半径水平钻井，水平钻进长度达到101.3m，而未改进前水平钻进长度最多30m，水平钻进距离提升了3倍以上，得到了用户的一致好评。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定向开窗水平钻孔装置，包括钻头（1）和柔性钻杆（2），其特征在于：所述的钻头（1）和柔性钻杆（2）之间连接有多个柔性变直单元（3），每个柔性变直单元（3）包括内芯（4）、主体（5）、压帽（6）、大备帽（7）和小备帽（8），主体（5）套装在内芯（4）上，内芯（4）为中空，中央形成过水通道（9），内芯（4）外壁上设有球形突起（10），球形突起（10）表面装有多个小钢球（11），多个小钢球（11）沿着球形突起（10）的圆周表面平均排列，球形突起（10）的底部收缩成直面，直面与主体（5）之间能够形成紧密配合；主体（5）顶端套装有压帽（6），主体（5）和压帽（6）的内壁上有和球形突起（10）相配合的弧形凹面，球形突起（10）正好位于弧形凹面内，弧形凹面中央开有条状凹槽，小钢球（11）正好位于条状凹槽内，条状凹槽的长度与球形突起（10）底部直面的长度相等；所述的主体（5）和压帽（6）外部用大备帽（7）压紧，主体（5）底端用小备帽（8）压紧。

【技术特征摘要】
1.一种定向开窗水平钻孔装置，包括钻头（1）和柔性钻杆（2），其特征在于：所述的钻头（1）和柔性钻杆（2）之间连接有多个柔性变直单元（3），每个柔性变直单元（3）包括内芯（4）、主体（5）、压帽（6）、大备帽（7）和小备帽（8），主体（5）套装在内芯（4）上，内芯（4）为中空，中央形成过水通道（9），内芯（4）外壁上设有球形突起（10），球形突起（10）表面装有多个小钢球（11），多个小钢球（11）沿着球形突起（10）的圆周表面平均排列，球形突起（10）的底部收缩成直面，直面与主体（5）之间能够形成紧密配合；主体（5）顶端套装有压帽（6），主体（5）和压帽（6）的内壁上有和球形突起（10）相配合的弧形凹面，球形突起（10）正好位于弧形凹面内，弧形凹面中央开有条状凹槽，小钢球（11）正好位于条状凹槽内，条状凹槽的长度与球形突起（10）底部直面的长度相等；所述的主体（5）和压帽（...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚胜，
申请(专利权)人：大庆井泰石油工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23