[发明专利]步进式喷射钻进井下控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种水射流钻径向水平井技术领域，特别是一种步进式喷射钻进井下控制系统。

背景技术

水射流径向钻井是一种零转向半径的水平钻井技术，该钻井技术的主要工序包括：1、套管开窗；2、钻水泥环；3、地层钻进。通过在油气井内沿井筒径向钻出一个或多个清洁的流体孔道，以新增和拓展泄油区域，从而改善油气流入井筒的特性，实现增产、增注和提高采收率。该技术具有以下特点：穿透距离深；孔径大、孔壁清洁、流通能力强；对井身结构损害小，对地层无污染；不易堵塞、坍塌，有效期长久；作业风险小。

目前国内外钻径向水平井喷射软管的送进动力主要有两大类。一类是在喷射软管前端安装牵引喷嘴，利用水射流的喷射反力来提供牵引力，牵引喷射软管在已钻成的孔道中前行。这种方式的不足之处是，受射流水功率的限制，喷射反力有限，长距离钻进喷射软管在孔道中所受阻力较大，易导致钻进受阻。另一类是在喷射软管末端施加一定推力。施加推力的方式一般有两种，一种是利用液压缸液力推进，推力大小容易控制，不足之处是，软管的送进距离受限制于液压缸的单次行程，无法长距离送进。另一种是利用管柱重力，长距离送进容易，但受井筒因素影响，力传递情况复杂，地面难以实现井下准确控制。

喷射钻进送进速度控制是制约地层长距离钻进的难题之一。现有地面设备长距离下放管柱的速度比较快(大于0.01m/s)，而且波动大，不能满足井下低速平稳喷射钻进(0.002m/s)速度控制要求。过快送进易造成喷射软管前端喷嘴冲顶紧贴孔道底端，丧失射流破岩钻孔最佳喷距，导致钻进卡钻，喷射软管易因受压在孔眼中发生折弯损伤，最终使喷射软管无法继续向前送进。

发明内容

为了克服现有技术中喷射钻进送进速度控制及喷射软管送进距离的问题，本发明提供了一种步进式喷射钻进井下控制系统，通过采用液压缸液力推进机构和锚定机构相结合的方式进行驱动，不仅能够通过液压缸控制推力在喷射钻进送进过程中控制速度，而且能够通过锚定机构使液压缸推进机构在推动过程中进行步进，从而实现喷射软管的长距离送进。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种步进式喷射钻进井下控制系统，包括速度控制器和锚定机构，速度控制器包括节流筒、节流柱塞和活塞杆，节流筒套设于所述活塞杆外，且节流筒的上、下两端分别与所述活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒与所述活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞设置于所述液压腔内并固定套设于所述活塞杆外，节流柱塞将所述液压腔分为节流柱塞以下的压缩腔以及节流柱塞以上的回弹腔，节流柱塞的外壁与节流筒的内壁之间形成节流间隙，所述压缩腔和所述回弹腔之间通过所述节流间隙连通，所述活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，所述活塞杆和节流柱塞能够相对于节流筒沿节流筒的轴向移动，当所述活塞杆沿轴向下行后，所述活塞杆能够撑开锚定机构。

节流柱塞包括筒状的柱塞本体，柱塞本体的侧壁上设置有轴向通孔，轴向通孔的上端设置有仅允许液体自轴向通孔的上端的所述回弹腔向轴向通孔的下端的所述压缩腔流通的单向阀。

所述单向阀包括阀座和钢球，阀座的底部具有密封锥面，阀座通过外螺纹固定在轴向通孔的顶部内，且阀座的下方设有空腔，所述空腔的底部设有十字形通道，钢球能在所述空腔中沿柱塞本体的轴向往复移动；当钢球位于所述空腔的上端时，钢球与阀座的所述密封锥面密封接触；当钢球位于所述空腔的下端时，所述空腔通过该十字形通道与轴向通孔连通。

所述节流间隙为0.0125毫米至0.05毫米，当所述活塞杆轴向下行时，所述压缩腔内的液体流经所述节流间隙流至所述回弹腔能够降低所述活塞杆的速度。

所述活塞杆包括上活塞杆和下活塞杆，上活塞杆的外壁与节流筒的上端密封连接，上活塞杆的下端与节流柱塞的上端密封固定连接，下活塞杆的外壁与节流筒的下端密封连接，下活塞杆的上端与节流柱塞的下端密封固定连接，且上活塞杆、节流柱塞与下活塞杆内设有依次连通的密封通道。

节流筒的上、下两端分别设置有筒形的上密封接头和筒形的下密封接头，上密封接头的上端密封固定连接有连接筒，连接筒的上端设置有能连接工作管柱的内螺纹，上密封接头的内壁与上活塞杆的外壁密封固定连接，上密封接头的下端与节流筒的上端密封固定连接，下密封接头的内壁与下活塞杆的外壁密封固定连接，下密封接头的上端与节流筒的下端密封固定连接，下密封接头的下端与锚定机构固定连接。