[發明專利]一種徑向水平井密封裝置、鉆井設備及鉆井方法

有效

• 申請號: 202110383738.0
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN112963110B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 劉永升;陳國強;豆子鈞;許智勇;孟慶生;陽志遠
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: E21B29/06
• 分類號: E21B29/06;E21B7/18;E21B7/04
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 梁亞靜

1.一種徑向水平井密封裝置，其特征在于，包括密封外殼、噴射管、密封元件、動力給進機構和旋轉鉆進機構；所述密封外殼上部可拆卸連接在油管上，下部可拆卸連接在轉向器上；所述噴射管穿設在所述密封外殼內，且頂部延伸到油管內，底部延伸到轉向器內與射流鉆頭連接；所述密封元件為主動型滾動式動密封結構，設置在所述密封外殼和所述噴射管之間；所述旋轉鉆進機構設置在所述噴射管頂部，所述動力給進機構設置在所述密封元件內與所述噴射管轉動連接；所述旋轉鉆進機構和所述動力給進機構均采用高壓噴射流體作為動力來源以向所述噴射管傳遞旋轉動力和給進動力；

所述噴射管為高壓噴射波紋管，所述旋轉鉆進機構包括進液管和第一渦輪葉片，所述進液管一端封閉，另一端與所述高壓噴射波紋管對接，所述進液管上設置有多個進液孔，所述第一渦輪葉片固定在所述進液管上；

所述密封元件包括上隔板、下隔板、循環滾珠組件和止推軸承，所述上隔板和所述下隔板間隔設置，二者之間形成給進腔；所述動力給進機構設置在所述給進腔內；所述循環滾珠組件設置在所述上隔板與所述高壓噴射波紋管之間、所述下隔板與所述高壓噴射波紋管之間、所述動力給進機構與所述高壓噴射波紋管之間；所述上隔板和所述下隔板上分別設置有上貫穿通孔和下貫穿通孔；所述止推軸承設置在所述動力給進機構頂部和底部且分別與所述上隔板和所述下隔板轉動連接；

所述循環滾珠組件包括螺旋槽、滾珠；螺旋槽規格與所述高壓噴射波紋管的波紋槽規格相適配；所述上隔板、所述下隔板、所述動力給進機構上與所述高壓噴射波紋管接觸位置均設置有螺旋槽；螺旋槽與所述高壓噴射波紋管的波紋槽對合起來形成循環通道；所述滾珠滾動設置在所述循環通道內；

所述動力給進機構包括套筒和第二渦輪葉片，螺旋槽設置在所述套筒內壁上；所述第二渦輪葉片與所述第一渦輪葉片的旋向相反，螺旋升角相等；第一渦輪葉片和第二渦輪葉片傾角方向相反，高壓噴射流體沖擊，所述高壓噴射波紋管與所述循環滾珠組件旋轉方向相反；

運行時，少部分高壓噴射流體被所述密封元件阻隔，高壓噴射流體流經所述上隔板的上貫穿通孔進入到給進腔內，高壓噴射流體作用在所述第二渦輪葉片上，推動所述第二渦輪葉片帶動所述套筒逆時針旋轉，由高壓噴射流體推動高壓噴射波紋管的鉆進。

2.根據權利要求1所述的徑向水平井密封裝置，其特征在于，還包括扶正裝置，所述扶正裝置設置在所述旋轉鉆進機構頂部，且與油管內壁滾動連接。

3.根據權利要求2所述的徑向水平井密封裝置，其特征在于，所述扶正裝置包括沿所述第一渦輪葉片邊緣延伸出去的管柱和套在所述管柱末端的滾動輪；所述滾動輪傾斜設置，在水平方向上具有與所述高壓噴射波紋管螺紋升角相同角度的傾角，所述滾動輪滾動連接在油管內壁上。

4.根據權利要求1所述的徑向水平井密封裝置，其特征在于，所述上貫穿通孔和所述下貫穿通孔錯位設置。

5.根據權利要求1所述的徑向水平井密封裝置，其特征在于，所述密封外殼頂部和底部分別設置有外螺紋段，所述密封外殼與油管和轉向器之間通過螺紋可拆卸連接。

6.一種鉆井設備，其特征在于，用于鉆進水平徑向井，包括油管、轉向器、射流鉆頭和如權利要求1-5中任一所述的密封裝置。

7.一種使用如權利要求6中所述鉆井設備鉆進水平徑向井的鉆進方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟a、準備工作：徑向水平井鉆進施工時，首先進行井筒清潔，開窗工具下到設計深度后進行測井，測開窗位置深度，計算該深度與設計深度之間的距離，調節開窗深度至設計深度，開窗完成后，起出開窗工具；

步驟b、鉆進工具組裝下放：將密封裝置下部連接徑向水平井轉向器，上部連接油管，地面增壓泵與油管連接，向豎直井內下放鉆進工具，調整徑向水平井轉向器內的導向工具位置，使鉆進工具下行直至到達水平徑向井開窗位置；

步驟c、向井內注入高壓噴射流體，地面工作臺啟動地面增壓泵，高壓噴射流體經地面增壓泵進行增壓，經井內油管注入井內，高壓噴射流體打在第一渦輪葉片上使其順時針旋轉，第一渦輪葉片帶動高壓噴射波紋管順時針旋轉；高壓噴射流體對第一渦輪葉片做功后被分為兩部分，大部分高壓噴射流體通過進液管周側的進液孔流入高壓噴射波紋管內，供給射流鉆頭進行打鉆，少部分高壓噴射流體被密封元件阻隔，高壓噴射流體流經上隔板的上貫穿通孔進入到給進腔內，高壓噴射流體作用在第二渦輪葉片上，推動第二渦輪葉片帶動套筒逆時針旋轉，由高壓噴射流體推動高壓噴射波紋管的鉆進，從而使高壓噴射波紋管旋轉下行，在高壓噴射流體的作用下，高壓噴射波紋管液壓旋轉進入徑向水平井轉向器，在徑向水平井轉向器內不斷變形，不斷送進，不斷噴射，在曲率半徑0.3m內完成由垂直到水平方向的轉向，高壓噴射波紋管和射流鉆頭穿過徑向水平井轉向器和套管窗口進入油層，鉆出連續的水平井眼，直至完成該水平井眼鉆進；高壓噴射波紋管旋轉時循環滾珠組件中每個滾珠都受到滾動摩擦力進行周期性循環運動，由于滾珠與接觸面間緊密貼合，接觸壓力較大，高壓噴射流體無法透過，達到密封的目的；

步驟c、完成徑向水平井眼的鉆進，起出鉆進工具，然后調節開窗位置至下一水平井眼，重復開窗鉆進步驟，全部設計水平孔眼完成后，起出工具，施工結束。