一种径向水平井钻井用定向装置

摘要

本发明涉及一种径向水平井钻井用定向装置，主要包括壳体、导向块、心轴、顶盖、旋转接头等。其技术特征是：壳体为中空圆柱体，内壁面均匀分布有相同的轴向凸台，且每个轴向凸台的上端面加工成相同的螺旋状光滑弧面；壳体内部装有心轴，心轴上加工有和壳体轴向凸台相配合的凹槽，槽体下端面为斜面，且沿该斜面加工有T型槽，导向块放置在T型槽内且能自由滑动，心轴上端通过转向器接头刚性连接转向器，转向器通过旋转接头连接上部管柱；顶盖通过螺栓连接在壳体上端。本发明结构简单、操作方便，可在径向水平井钻井作业中准确快速定向。

权利要求

1.一种径向水平井钻井用定向装置，主要包括壳体（1）、导向块（2）、心轴（3）、顶盖（4）、旋转接头（5）；其技术特征是：壳体（1）为中空圆柱体，内壁面均匀分布有相同的轴向凸台（13），且每个轴向凸台（13）的上端面加工成相同的螺旋状光滑弧面（14）；壳体（1）内部装有心轴（3），心轴（3）上加工有和壳体轴向凸台（13）相配合的凹槽（18），槽体（19）下端面加工成沿相同方向倾斜15°~20°的斜面（15），且沿该斜面加工有T型槽（16），导向块（2）放置在T型槽（16）内且能自由滑动，心轴（3）上端通过转向器接头（10）刚性连接转向器（9），转向器（9）通过旋转接头（5）连接上部管柱；顶盖（4）通过螺栓连接在壳体（1）上端，顶盖（4）和壳体（1）之间有垫片（11）。

2.根据权利要求1所述的一种径向水平井钻井用定向装置，其特征在于：导向块（2）上端加工有与T型槽（16）相配合的T型块（22）结构，上表面为粗糙面，两侧面与T型槽（16）两侧壁有间隙，T型槽（16）下端加工有导向块限位台阶（17），槽底面为粗糙表面，T型槽（16）槽底面与导向块（2）上表面接触，导向块（2）侧端加工有弹簧卡柱（20），弹簧（21）一端安装在弹簧卡柱（20）上，另一端压紧在挡板（12）上，挡板（12）通过小螺钉固定在心轴（3）上。

3.根据权利要求1所述的一种径向水平井钻井用定向装置，其特征在于：旋转接头（5）包括座圈（6）、钢球（7）和轴圈（8），轴圈（8）加工成倒“T”结构，座圈（6）加工成法兰结构，座圈（6）通过螺栓与转向器（9）刚性连接，钢球（7）均匀布置在两圈之间。

说明书

一种径向水平井钻井用定向装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于石油钻探技术领域的高效快速定向工具，特别是一种径向水平井钻井用定向装置。

背景技术

[0002] 随着石油勘探开发的不断深入，国内大部分油田已进入生产中后期，油井产能下降，开采难度大，采收率低，开发成本高。目前所用常规侧钻水平井技术，由于存在所需钻机等地面设备多，钻井周期长，设备费用高的缺点，使老油田开发综合经济效益受到严重影响，急待用一种更加高效经济的技术手段来解决这些问题。

[0003] 针对采用现有侧钻方式进行老井开窗侧钻水平井费用高，经济性差的问题，提出一种采用高压水力射流为破岩主要动力的径向水平井技术，可在同一个储层面钻出多个径向水平井眼，在钻孔时采用高压射流破岩方式取代传统的机械破岩方式，避免了传统方式的施加钻压和旋转钻杆带来的一系列问题，提高了钻井效率。

[0004] 目前，径向水平井技术在径向喷射钻井作业中，均采用在射孔管柱内焊接有一个方位键，在下入陀螺测斜仪时，通过射孔管柱内的定向方位短节，将陀螺测斜仪末端的方位导向槽自动导入方位键上，使陀螺测斜仪同射孔管柱构成一个整体，处于联动状态，然后通过在地面转动油管，调整转向器的方位，使其与设定的射孔方向一致，再进行喷射钻孔，当完成一个钻孔之后，需要重新陀螺定向，按设计方向进行下一个喷射钻孔，因此完成一口井的喷射钻孔需要反复运用陀螺定向，而一次陀螺定向至少用1个小时，按一个储层径向喷射钻进四个孔眼，就需要至少四个小时用来陀螺定向，大大延长钻井工期，提高钻井成本，同时通过地面转动油管，调整转向器的方位，存在转动角度有偏差、油管容易疲劳损坏等一系列问题，急待用一种更加高效经济的定向装置来解决这些问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是：为了解决径向水平井钻井技术在施工中需要反复陀螺定向存在不易操作，精度低，耗费时间长等问题，特别提出一种结构简单、操作方便和定向准确的径向水平井钻井用定向装置。

[0006] 为了达到上述目的，本发明解决此技术问题采用的技术方案是：一种径向水平井钻井用定向装置，主要包括壳体1、导向块2、心轴3、顶盖4、旋转接头5等。其技术特征是：壳体1为中空圆柱体，内壁面均匀分布有相同的轴向凸台13，且每个轴向凸台13的上端面加工成相同的螺旋状光滑弧面14，壳体1下端螺纹连接锚定器，锚定器固定在套管上，使壳体1在工作中固定不动；壳体1内部装有心轴3，心轴3上加工有和壳体轴向凸台13相配合的凹槽18，槽体19下端面加工成沿相同方向倾斜15°~20°的斜面15，且沿该斜面加工有T型槽16，导向块2放置在T型槽16内且能自由滑动，其中导向块2上端加工有与T型槽16相配合的T型块22结构，上表面为粗糙面，两侧面与T型槽16两侧壁有间隙，T型槽
16下端加工有导向块限位台阶17，槽底面为粗糙表面，T型槽16槽底面与导向块2上表面接触，导向块2侧端加工有弹簧卡柱20， 弹簧21一端安装在弹簧卡柱20上，另一端压紧在挡板12上，挡板12通过小螺钉固定在心轴3上；心轴3上端通过转向器接头10刚性连接转向器9，转向器9通过旋转接头5连接上部管柱，该旋转接头包括座圈6、钢球7和轴圈
8，其中轴圈8加工成倒“T”结构，座圈6加工成法兰结构，座圈6通过螺栓与转向器9刚性连接，钢球7均匀布置在两圈之间；顶盖4通过螺栓连接在壳体1上端，顶盖4和壳体1之间有垫片11。

[0007] 本发明的优点：①同一油层只需一次使用陀螺定向即可完成多次准确定向喷射钻孔工作，大大缩短钻井工期；②只需通过地面对管柱上提下放即可准确定位下一个钻孔方向，操作方便，定向准确；③消除多次陀螺定向由于灵敏度、漂移、恶劣环境等因素造成的误差；④本发明结构简单、操作方便，能够准确定位径向水平井钻井方向，应用前景广阔。

附图说明

[0008] 图1是本发明一种径向水平井用定向装置的结构示意图；

[0009] 图2是本发明一种径向水平井用定向装置的壳体示意图；

[0010] 图3是本发明一种径向水平井用定向装置的心轴槽体的剖视图；

[0011] 图4是本发明一种径向水平井用定向装置的导向块伸出状态示意图；

[0012] 图5是本发明一种径向水平井用定向装置的导向块示意图。

[0013] 图中：1.壳体，2.导向块，3.心轴，4.顶盖，5.旋转接头，6.座圈，7.钢球，8.轴圈，9.转向器，10.转向器接头，11.垫片，12.挡板，13.壳体轴向凸台，14. 螺旋状光滑弧面，15.斜面，16. T型槽，17.导向块限位台阶，18.凹槽，19.槽体，20.弹簧卡柱，21.弹簧，22. T型块。

具体实施方式

[0014] 一种径向水平井钻井用定向装置，主要包括壳体1、导向块2、心轴3、顶盖4、旋转接头5等。其技术特征是：壳体1为中空圆柱体，内壁面均匀分布有相同的轴向凸台13，且每个轴向凸台13的上端面加工成相同的螺旋状光滑弧面14，壳体1下端螺纹连接锚定器，锚定器固定在套管上，使壳体1在工作中固定不动；壳体1内部装有心轴3，心轴3上加工有和壳体轴向凸台13相配合的凹槽18，槽体19下端面加工成沿相同方向倾斜15°~20°的斜面15，且沿该斜面加工有T型槽16，导向块2放置在T型槽16内且能自由滑动，其中导向块2上端加工有与T型槽16相配合的T型块22结构，上表面为粗糙面，两侧面与T型槽16两侧壁有间隙，T型槽16下端加工有导向块限位台阶17，槽底面为粗糙表面，T型槽16槽底面与导向块2上表面接触，导向块2侧端加工有弹簧卡柱20， 弹簧21一端安装在弹簧卡柱20上，另一端压紧在挡板12上，挡板12通过小螺钉固定在心轴3上；心轴3上端通过转向器接头10刚性连接转向器9，转向器9通过旋转接头5连接上部管柱，该旋转接头包括座圈6、钢球7和轴圈8，其中轴圈8加工成倒“T”结构，座圈6加工成法兰结构，座圈
6通过螺栓与转向器9刚性连接，钢球7均匀布置在两圈之间；顶盖4通过螺栓连接在壳体
1上端，顶盖4和壳体1之间有垫片11。

[0015] 在径向水平井钻井作业中，只需在钻第一个径向井眼时进行陀螺定向来确定一个参考方向，当完成第一个径向钻孔后，通过地面上提管柱带动心轴3向上运动，当心轴3碰到顶盖4时将不能再向上运动，此时斜面15上升到螺旋状光滑弧面14以上，压紧在挡板12上的弹簧21将复位，在弹簧回复力和导向块2自身重力的双重作用下，导向块2自动从T型槽16内伸出，且通过导向块限位台阶17进行限位；当下放管柱时，在下压力的作用下，伸出的导向块2上表面和T型槽16槽底面摩擦接触，两表面倾斜角度为15°~20°，小于摩擦角，两者实现自锁，导向块2不能缩回T型槽16内，而导向块2下表面和螺旋状光滑弧面14光滑接触，在下压力的作用下，导向块2将沿螺旋状光滑弧面14向下滑动，心轴3在导向块2的引导作用下一起滑动，心轴3上的凹槽18将和下一个壳体轴向凸台13相配合，从而带动与心轴3上端相连的转向器9准确旋转到下一个开孔方向，而不需要测量任何数据，同时避免了通过地面转动油管带来的一系列问题。