自推式径向水平井转向装置.pdf

1、10申请公布号CN102704840A43申请公布日20121003CN102704840ACN102704840A21申请号201210156454922申请日20120515E21B7/04200601E21B44/0020060171申请人中国石油大学华东地址266580山东省青岛市青岛经济技术开发区长江西路66号72发明人周卫东王瑞和师伟李罗鹏54发明名称自推式径向水平井转向装置57摘要本发明涉及一种自推式径向水平井转向装置，适用于石油、天然气和煤层气钻井以及储层改造领域；包括换向阀、行程开关、活塞缸体组件、自动夹紧机构、接头以及转向轨道。其特征在于所述换向阀由阀体、阀芯组成；所述行程

2、开关包括位于活塞杆上端的流道和填块；所述活塞缸体组件主要由缸体、活塞、翼板和限位槽组成；所述自动夹紧机构包括弹簧、小活塞、橡胶块以及压帽，在活塞下行送进时，自动抱紧高压钻管，反之则松开；所述接头的作用是连接活塞和自动夹紧机构所处的高压腔室，其上面的两个流道控制送进速度；所述转向轨道为高压钻管在套管内转向提供通道，避免了套管段铣和扩孔的复杂工艺，降低作业风险，可有效增加水平段长度。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页1/1页21一种自推式径向水平井转向装置，包括换向阀、行程开关、活塞缸体组件、自动夹紧机构、

3、接头以及转向轨道。其特征在于所述换向阀由阀体、阀芯组成；所述行程开关包括位于活塞杆上端的流道和填块；所述活塞缸体组件主要由缸体、活塞、翼板和限位槽组成；所述自动夹紧机构包括弹簧、小活塞、橡胶块以及压帽，在活塞下行送进时，自动抱紧高压钻管，反之则松开；所述接头的作用是连接活塞和自动夹紧机构所处的高压腔室，其上面的两个流道控制送进速度；所述转向轨道为高压钻管在套管内转向提供通道。2根据权利要求1所述的行程开关上的环形流道，使换向阀的出口与活塞上下端面所在腔室有选择地连通。3根据权利要求1所述的自动夹紧机构，利用液压力和弹簧弹力完成对高压钻管的抱紧和松开动作。权利要求书CN102704840A1/3

4、页3自推式径向水平井转向装置技术领域0001本发明涉及一种自推式径向水平井转向装置，适用于石油、天然气和煤层气钻井以及储层改造，提高油气和煤层气产量领域。背景技术0002老油田进入开发后期，开采稠油、薄油层以及低渗透油层等难动用储量是挖潜、稳产的关键；另外，由于我国煤层气储层的低压、低渗和低吸附气饱和度的特性，煤层气井的日产量低、递减速度快也已成为亟待解决的问题。径向水平井技术是水平井提高原油和煤层气采收率和产量深入发展的产物。其显著特点在于有效增加油气和煤层气储层的泄露面积，单井产量高；同时，径向水平段长度大，扩大油气和煤层气的渗流面积，降低油气和煤层气的渗流阻力，大大提高单井产量和最终采收

5、率。传统的径向水平井技术需要套管段铣和大直径扩孔等复杂工艺，导致作业成本增加；在径向水平钻进过程中，高压钻管弯曲转向困难，水平段长度达不到预定深度，增产效果不明显。发明内容0003本发明的目的提供一种自推式径向水平井转向装置，用于将高压钻管在套管内实现由垂直到水平的顺利转向，同时提供高压钻管水平段前进所需的动力，实现径向水平段的不断延伸，达到设计深度。0004本发明的特征一种自推式径向水平井转向装置，包括换向阀1A、行程开关2B、活塞缸体组件3C、自动夹紧机构4D、接头5E以及转向轨道6F。其特征在于所述换向阀1A由阀体3、阀芯4组成，对活塞9上下端面的高压和低压进行实时切换；所述行程开关2B

6、包括两个位于活塞杆上端的流道5和流道6、填块17以及填块28，实现对孔N2、孔A2、孔O2以及孔D2两两之间有选择地连通；所述活塞缸体组件3C主要由缸体11、活塞12和限位槽13组成；所述自动夹紧机构4D包括弹簧14、小活塞15、橡胶块18以及压帽19，在活塞将要下行送进时，自动抱紧高压钻管，活塞将要恢复原来位置时，松开高压钻管；所述接头5E的作用是连接活塞10和自动夹紧机构4D所处的腔室，其上面的两个流道16的直径大小控制着高压钻管的送进速度；所述转向轨道6F为高压钻管的顺利弯曲转向提供通道，并保证高压钻管水平进入油气或煤层气储层。0005本发明的优点使高压钻管可以直接在套管内完成由垂直方向

7、到水平方向的弯曲转向，避免了传统径向水平井所需的套管段铣和扩孔等复杂工艺，降低了作业成本；同时，为高压钻管的弯曲转向以及径向水平段的延伸提供持续的动力，使其顺利通过转向器，并且有效增加径向水平段长度。附图说明0006图1为本发明的结构示意图。说明书CN102704840A2/3页40007图2为本发明AA向剖视图。0008图3为本发明换向阀的剖视图。0009图4为本发明自动夹紧机构的剖视图。0010图5为本发明换向阀中阀芯的剖视图。具体实施方式0011在附图中，转向装置通过接头2与油管进行连接。在装置本体上开有长方形的深槽20，以安放换向阀和连接孔A1和孔A2、出口B1和孔B2、出口C1、孔C

8、2和孔C3、孔D1和孔D2、进口N1和孔N2的高压软管。在活塞缸体组件3C中，迷宫密封9保证流道6和流道7在分别连通孔N2和孔D2、孔A2和孔O2时相互之间不产生干扰。位于活塞杆下端的三个翼板和缸体内壁上对应的三个限位槽，保证活塞在往复运动过程中，不发生旋转，使活塞杆上端的流道5和流道6与孔N2、孔A2、孔O2、孔D2在活塞的往复运动中始终处于同一平面内，而不发生旋转。其中，孔C3和孔C2同时与换向阀的出口C1相连通。当自动夹紧机构4D处于高压腔室时，液压力推动小活塞15克服弹簧14的弹力，挤压橡胶18发生弹性变形抱紧高压钻管1，在活塞10向下移动的同时，实现对高压钻管1的送进；当自动夹紧机构

9、4D处于低压腔室时，六个小活塞15在弹簧14的作用下使橡胶18松开高压钻管1，并随活塞10复位至初始位置。接头5E上的两个流道16控制着自动夹紧机构4D向下移动过程中的送进速度。0012当进行径向水平钻进作业时，通过接头2上端的油管扣与油管连接后下入到预定位置。然后在油管内部下入高压钻管1至转向轨道入口处，同时向高压钻管1和高压钻管1与油管之间的环空泵入高压流体。流体先进入进口N1，然后通过孔N1和孔N2之间的高压软管，在填块1上的半环形流道的作用下，使A2与N1相通，从而换向阀的上端处于高压状态；同时，通过孔D1和D2之间的高压软管和填块2上的半环形流道的连通作用下，使换向阀的下端与装置和套

10、管之间的环空相通，而处于低压状态。此时，阀芯4在其两端压差的作用下向下移动。当阀芯4移动至换向阀的下端时，出口C1和进口M、出口B1和O2相互连通，在B1和B2、C1和C2之间高压软管的作用下，使活塞10的上端面压力升高，而活塞10下端面的压力降低。此时，活塞在上下端面压差的作用下，推动活塞10向下移动。同时，由于孔C3和出口C1也相互连通，使自动夹紧机构4D也处于高压的环境中，六个小活塞15挤压橡胶18抱紧高压钻管1实现对高压钻管1的送进。当活塞10运动至最下端时，位于活塞杆上端的流道5和流道6自动与孔N2、孔A2、孔O2以及孔D2对正并连通，分别使孔N2和孔D2、孔A2和孔O2相互连通。此

11、时，换向阀的阀芯4的两端的高压和低压进行调换，推动阀芯4向上移动。当阀芯4移动至换向阀的上端时，出口B1和M进口相通，出口C1通过阀芯4内部的空腔与O1相通，使活塞10的下端面的压力升高，而上端面处于低压环境，在压差的作用下活塞上移。与此同时，自动夹紧机构4D也处于低压环境中，橡胶18也自动松开对高压钻管1的抱紧，随活塞10复位至初始位置，如此交替进行，可实现对高压钻管1的往复送进，使其顺利通过转向轨道，并不断地向地层水平延伸，直至达到预定深度。0013接头5E上的流道16的直径大小决定着自动夹紧机构4D向下的移动速度，通过调节流道16的直径，可以对活塞10的送进速度进行控制。0014自推式转向装置可以对高压钻管1在转向轨道的入口的近距离处进行往复送进，说明书CN102704840A3/3页5可以避免了高压钻管1由于长距离送进带来的屈曲问题，为径向水平钻进，特别是长距离水平延伸提供了必要的设备。0015以上所述仅为本发明最具代表性的实施方式，凡依据本发明申请专利范围内所做的均等变化与修饰，均应属于本发明的涵盖范围。说明书CN102704840A1/3页6图1说明书附图CN102704840A2/3页7图2图3图4说明书附图CN102704840A3/3页8图5说明书附图CN102704840A