[发明专利]径向水平井定向装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种径向水平井定向装置及其操作方法，属于石油钻井开采技术领域。

背景技术

径向水平钻井又被称为超短半径水平井，最早产生于20世纪80年代，该技术在连续油管技术基础上提出，配备专用的关键钻井工具(主要包括射流钻头、轨迹控制装置、转向器等)，可以在已钻成井眼的主井眼的储层段，钻出一层至多层辐射状分支微小井眼。它可在0.3m或更小半径的垂直井眼中由垂直转向水平，可避免常规大、中、小曲率半径钻水平井工艺所需要的频繁造斜、定向和复杂的井眼轨迹控制等工艺过程，保证水平井准确地进入油气层，且其水平井段长度可达100m，直径可达50mm以上，因此能增大泄油面积，提高油井产量、油气采收率和井控制储量。径向水平井作业效率高、成本低，非常适合老油田挖潜、断块和边际油藏开发，以及低渗特低渗油藏、煤层气藏增产作业。

传统的径向水平井作业主要由以下四步组成：1)转向器上端与油管连接，下端连接油管锚，通过修井机被下入作业井段；2)过油管下入陀螺仪测方位，通过转动地面油管而带动转向器旋转，以达到径向井设计钻孔方位，然后利用油管锚锁紧转向器，以防止其转动和滑动；3)连续油管依次与井下马达、柔性杆和钻头连接，从油管中下入，通过转向器到达套管内壁，启动地面高压泵，进行套管开窗，而后起出井下工具；4)高压软管上端连接连续管，下端连接喷射钻头，经油管内部下入，通过转向器进入已开好的套管窗口，再启动地面高压泵，进行水力喷射破岩，完成径向水平段钻井作业。

这种技术的主要缺点是：完成一个井眼后需要解锚，通过地面转动油管为井下转向器定向，由于地面至井下转向器间油管长度上千米甚至几千米，方向很难控制，旋转角度难以把握(实际作业中往往以误差不超过5°为准)，而且每次转动都要下入陀螺仪测定方位，工序繁琐，定向不准确，作业效率低。

近年来，随着径向水平井技术的发展，其作业方式和钻井工具均有较大改进，如下电缆方式，通过控制井下马达旋转定方位，但这些装置结构复杂，制作成本高，稳定性差，在井下复杂的环境中容易失效，而且，下电缆增加了作业工序，降低了效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种径向水平井定向装置及其操作方法，其能实现一次下井、一次测方位完成多方位径向水平井眼定向，减少作业工序，提高作业效率。

本发明的具体技术方案如下：

径向水平井定向装置：

转向筒底面设有中心孔，孔表面设有均布的径向导向销。转向筒顶端连接油管柱，筒内壁上端镶嵌引导套，筒内连接设有中心孔的阶梯圆柱形转向杆，转向杆缩径柱表面设有插入导向销的导向滑槽，缩径柱底端从转向筒中心孔穿出连接转向器。转向器内设有连通转向杆中心孔的转向弯道，转向器底端通过轴承连接油管锚。

径向水平井定向装置的操作方法如下：

1)用通径规通井，确保油管及井下定向工具顺利下入预定位置，即待开窗钻孔层位；

2)井下工具下到指定位置后，锁紧油管锚，以确保径向井定向工具不会上下移动；

3)过油管下入陀螺仪，测量定向工具转向器末端开孔方向，如开孔方向与预定方向不符，则可通过地面转动油管来调整，直至满足要求；

4)定向工具初始方位定好后，将陀螺仪起出井筒，利用连续油管携带井下套管开窗装置经由油管内部下入预定层位。当开窗装置下入到转向器位置时，在其转向弯道的导引下，指向开窗预定方向，开动地面高压泵驱动井下马达，带动开窗磨铣工具旋转实施套管开窗；

5)完成一个方向套管开窗后，上提开窗工具至转向器上端直管段中，上提和下放油管，使转向器沿预定方向转动；转向完成后，再重复步骤4)完成第二个方向套管开窗，其它方向开窗照此方法依次进行；

6)当最后一个方向套管开窗作业完成后，上提连续油管起出套管开窗工具，换为径向井喷射钻进装置，过油管下入到定向装置，当径向井喷射钻进软管到达转向器位置时，将在转向弯道的导引下，直接进入套管窗口，然后开动地面高压泵，进行第一个径向井眼钻进；

7)当第一个径向井眼钻成后，将径向井喷射钻进装置退至转向器上端直管段，上提和下放油管使转向器沿预定方向转动；转向完成后，重复步骤6)完成第二个方向径向井眼的钻进，其它方向照此方法依次进行。至最后一个井眼钻成后，起出井下工具，即完成多方位径向井的钻井操作。