自定向一體式開窗側鉆工具的制作方法

本發明屬于修井工具，特別涉及一種自定向一體式開窗側鉆工具。

背景技術：

開窗側鉆工具包括用于在井內進行開窗側鉆的導斜器和銑錐。傳統的開窗側鉆工具的導斜器和銑錐是兩套獨立的工具，而一體式開窗側鉆工具就是將安裝在傳統的導斜器上的送入器換成了可以進行開窗磨銑作業的銑錐，即將導斜器和銑錐組合在一起的側鉆開窗工具。

由于絕大多數側鉆井都需要定向，因此一體式開窗側鉆工具在下井前必須在銑錐上安裝一個定位接頭，借助該定位接頭和陀螺儀來確定導斜器斜鐵斜面在井內的方位。該定位接頭是由用于連接鉆具和銑錐的接頭主體，同軸嵌套在接頭主體內的空心活塞體，沿徑向插入到活塞體內的定位鍵，安裝在空心活塞體上的兩組密封圈，垂直分布在接頭主體上的兩個用于固定活塞體的固定螺栓，以及用于調整活塞體角度的專用套筒組成。

作業時，需要將定位接頭接在銑錐上并用人力旋緊后再用專用套筒調整活塞體角度使定位鍵正對導斜器斜鐵斜面中心線，然后旋緊固定螺栓使活塞體固定在接頭主體內從而固定定位鍵，由于受到現場施工條件和人力限制，上述操作不僅費工費力，而且定向誤差較大；此外在該工具下井前在井口還要用液壓大鉗將銑錐與定位接頭加力旋緊，這樣又使定位鍵與導斜器斜面的相對位置發生了改變，因此還需要矯正，既增加了作業成本，也降低了作業效率。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是要提供一種無需定位接頭便可實現導斜器斜鐵斜面精準定向，工作可靠，能夠降低材料成本和作業成本，提高作業效率的自定向一體式開窗側鉆工具。

為解決上述問題，本發明采用如下技術方案：

一種自定向一體式開窗側鉆工具，包括依次同軸連接的空心銑錐、導斜器斜鐵和坐封錨定裝置，其特殊之處是：在銑錐上沿徑向固設有一個定位鍵，該定位鍵凸出銑錐內壁且與導斜器斜鐵的斜面中心線對正；所述定位鍵與用于確定導斜器斜鐵斜面方位的陀螺儀上的鍵槽相匹配。

作為進一步優選，銑錐內孔對應定位鍵處的一段孔徑大于所述陀螺儀直徑2毫米，所述定位鍵凸出銑錐內壁3毫米。

作為進一步優選，所述銑錐下部壓在導斜器斜鐵的上部斜面上，在導斜器斜鐵上端與銑錐之間設有定位螺栓，在銑錐上對應定位螺栓處沿徑向設有副水孔，在定位螺栓上設有與副水孔連通的盲孔，在導斜器斜鐵與銑錐未脫開時所述的定位螺栓將副水孔堵死，在導斜器斜鐵與銑錐脫開時即定位螺栓被剪斷后，銑錐內孔通過副水孔和定位螺栓的盲孔與外部導通，用于避免因銑錐的噴嘴孔被地層或水泥封堵而導致的憋泵，確保開窗時可以加足鉆壓。

作為進一步優選，所述導斜器斜鐵通過一個定位塊卡在設置于銑錐下部外緣的弧形燕尾槽內，在定位塊上設有與所述弧形燕尾槽相匹配的弧形卡沿，所述定位塊通過弧形卡沿卡入弧形燕尾槽內；所述定位塊和定位鍵分別位于銑錐軸線的兩側。

作為進一步優選，在導斜器斜鐵內設有連通銑錐下端的噴嘴孔和坐封錨定裝置內腔的導液管，導液管下端與坐封錨定裝置內的射流管相連接，在所述射流管內孔下端設有一個坐封球，坐封球上部卡在設于射流管上的環形上卡沿處，在射流管內下端設有一個限位結構或限位膠帶，使下鉆時該坐封球卡在所述上卡沿處；在坐封錨定裝置的下錐形體內孔下端設有一個環形下卡沿，所述坐封球坐封時在高壓鉆井液的推動下突破限位結構或限位膠帶而下落并卡在下卡沿處實現坐封，以避免誤坐封。

作為進一步優選，所述限位結構為設置在射流管內下端的環形槽及設在環形槽內的o型橡膠圈構成。

作為進一步優選，所述的坐封錨定裝置包括分別固接在導斜器斜鐵下端外緣和中心處的缸套和射流管，在缸套內設有空心的上、下錐形體，在上、下錐形體上分別均布連接有可由缸套外壁伸出的卡瓦，在上、下錐形體之間連接有限位管，所述射流管上、下端分別與導液管和上錐形體插接，在限位管上均布有條形孔。

本發明的有益效果是：

1、由于在銑錐上沿徑向固設有一個定位鍵，該定位鍵凸出銑錐內壁且與導斜器斜鐵的斜面中心線對正，通過定位鍵便可實現陀螺儀的定位，因此無需再使用定位接頭便可實現導斜器斜鐵斜面精準定向，可節省定位接頭的加工制造成本和材料成本，也避免了因為定位接頭出問題而引起的井內復雜情況。

2、由于定位鍵是在工具出廠前直接固定在銑錐上，即定位鍵與導斜器斜鐵斜面的相對位置是機械固定的，不僅定向精準，工作可靠，而且到現場就可以直接下井使用，不需要再進行安裝調試工作，避免了很多耗時費力且定向精度較低的操作，顯然降低了作業成本，提高了工作效率。

3、該工具下到井內預定位置便可直接下入陀螺儀定向并坐封導斜器，起出陀螺儀測井人員便可離開，無需再等候側鉆結束取定位接頭，這樣就大大縮短了測井人員在現場的停留時間。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2是圖1的a-a剖視圖。

圖中：銑錐1，銑錐內孔101，副水孔102，環形凹槽2，弧形燕尾槽201，梯形槽202，銑錐頭3，噴嘴孔301，導液管4，導斜器斜鐵5，射流管6，上卡沿601，缸套7，剪切螺釘8，徑向卡瓦9，上錐形體10，限位管11，條形孔1101，密封圈12，下錐形體13，下卡沿1301，縱向卡瓦14，引鞋管15，進液孔1501，坐封球16，定位塊17，弧形卡沿1701，緊固螺釘18，定位螺栓19，盲孔1901，限位結構或限位膠條20，定位鍵21。

具體實施方式

如圖1-圖2所示，該自定向一體式開窗側鉆工具包括依次同軸連接的空心銑錐1、導斜器斜鐵5和坐封錨定裝置。在銑錐1上沿徑向插入并焊接有一個定位鍵21，該定位鍵21凸出銑錐1內壁且與導斜器斜鐵5的斜面中心線對正；所述定位鍵21與用于確定導斜器斜鐵5斜面方位的陀螺儀上的鍵槽相匹配。銑錐1上的銑錐內孔101為由上至下依次遞減的階梯孔，銑錐內孔101上端為用于連接鉆具的連接螺孔，銑錐內孔101對應定位鍵21處的一段孔徑大于所述陀螺儀直徑2毫米，所述定位鍵21凸出銑錐1內壁3毫米。

在導斜器斜鐵5內設有連通銑錐1內孔與坐封錨定裝置內腔的導液管4，在銑錐1下端固接有銑錐頭3，在銑錐頭3上設有與銑錐內孔101連通的噴嘴孔301，所述導液管4上端由導斜器斜鐵5的斜面上部引出并插入焊接到所述噴嘴孔301內。

所述銑錐1下部壓在導斜器斜鐵5的上部斜面上，在銑錐1下部沿圓周方向加工有環形凹槽2，環形凹槽2對應導斜器斜鐵5一側為一段里寬外窄的弧形燕尾槽201、其余大部分為里窄外寬的梯形槽202，在導斜器斜鐵5的斜面上對應環形凹槽2處固設有定位塊17，定位塊17對應導斜器斜鐵5的一側為圓柱形并插入焊接在導斜器斜鐵5上，在定位塊17上設有與導斜器斜鐵5和銑錐1同軸線且與弧形燕尾槽201相配合的弧形卡沿1701，定位塊17通過弧形卡沿1701卡入弧形燕尾槽201內，在定位塊17與銑錐1之間設有緊固螺釘18。

在導斜器斜鐵5上端與銑錐1之間設有定位螺栓19。在銑錐1上對應定位螺栓19處沿徑向設有副水孔102，在定位螺栓19上設有與副水孔102連通的盲孔1901，在導斜器斜鐵5與銑錐1未脫開時所述的定位螺栓19將副水孔102堵死，在導斜器斜鐵5與銑錐1脫開時即定位螺栓19被剪斷后，所述銑錐內孔101通過副水孔102和盲孔1901與銑錐1外部導通，用于避免因銑錐的噴嘴孔301被地層或水泥封堵而導致的憋泵，確保開窗時可以加足鉆壓。

所述的坐封錨定裝置包括固接在導斜器斜鐵5下端外緣的缸套7和插入并固定在導斜器斜鐵5下端中心孔內的射流管6，該射流管6上端與所述導液管4下端相互插接。在缸套7內設有空心的上錐形體10和下錐形體13，射流管6下端與上錐形體10的中心孔插接，在射流管6與上錐形體10之間以及在上、下錐形體與缸套7之間分別設有密封圈12。在上錐形體10外壁通過剪切螺釘8圓周均布連接有徑向卡瓦9，在下錐形體13外壁通過剪切螺釘8圓周均布連接有縱向卡瓦14，所述徑向卡瓦9和縱向卡瓦14在上錐形體10和下錐形體13的推動下可由設置在缸套7外壁上的矩形開口伸出，在下錐形體13的中心孔內設有連接上、下錐形體的限位管11，限位管11上端與上錐形體10通過粗牙螺紋連接，限位管11與下錐形體13通過細牙鋸齒形螺紋連接且限位管11上的細牙鋸齒形螺紋牙尖朝下，在限位管11的管壁上對應下錐形體13處圓周均布有沿縱向布置的條形孔1101。在缸套7下端通過螺紋連接有引鞋管15，在引鞋管15下端的堵頭上沿徑向設有與其內孔連通的進液孔1501。

在射流管內孔下端設有一個坐封球16，坐封球16上部卡在設于射流管6內孔下部的環形上卡沿601處，在射流管6內下端設有一個限位結構或限位膠條20，使下鉆時該坐封球16卡在所述上卡沿處。在所述下錐形體13內孔下端設有一個環形下卡沿1301，所述坐封球16坐封時在打入的高壓鉆井液的推動下會突破限位結構或限位膠條20的限位而下落并卡在下卡沿1301處實現坐封。所述上卡沿601和下卡沿1301均為圓錐面，以提高密封效果。所述限位結構為彈性限位，本實施例中所述限位結構為o型橡膠圈，使坐封球卡在所述上卡沿處。

工作時，將銑錐1上端與鉆具連接，用鉆具將該工具下到井下預定位置，從井口將與電纜連接好的陀螺儀放入鉆具內，下放電纜使陀螺儀在自身重力作用下到達銑錐1內腔，當陀螺儀引子經過定位鍵21繼續下行時，因為受到銑錐1內腔尺寸和定位鍵21限制以及自身重力作用，迫使陀螺儀筆尖導引自身鍵槽坐在定位鍵21上，繼續下放電纜磁定位信號為直線，說明坐鍵成功，根據讀取的測井數據，再通過旋轉鉆具將導斜器斜鐵5斜面的方位角調整到設計的方位，便可完成導斜器斜鐵定向工作。

然后起出陀螺儀，連接上方鉆桿即可開泵打壓，高壓鉆井液依次通過銑錐內孔101、導液管4、射流管6推動坐封球16脫開限位結構或限位膠條20的限位，坐封球16通過上錐形體10內孔和限位管11落在下卡沿1301上將下錐形體13下端口封閉，從而將循環通道堵死。因此高壓鉆井液最終通過條形孔1101進入上、下錐形體之間。當上、下錐形體之間充滿鉆井液時，由于限位管11上均布有條形孔1101而具有一定的彈性，鉆井液便會推動上錐形體10并帶動限位管11使其與下錐形體13發生“滑扣”現象，最終上、下錐形體將剪切螺釘8剪斷并迫使徑向卡瓦9和縱向卡瓦14卡到井壁上，當泵壓達到預定值時，停泵穩壓30秒。然后正轉鉆具，通過銑錐1將緊固螺釘18和定位螺栓19剪斷，從而打開銑錐副水孔102，定位塊17從弧形燕尾槽201中旋出，繼續旋轉鉆具，導液管4在噴嘴孔301出口處被擰斷而使噴嘴孔301自然形成銑錐噴嘴，此時導斜器斜鐵5和銑錐1完全脫開，這時便可開泵循環鉆井液，旋轉鉆具并施加鉆壓進行開窗側鉆。開窗過程中，一旦銑錐噴嘴孔301被地層或水泥憋堵，通過銑錐副水孔102便會釋放一部分高壓鉆井液，從而避免了因憋壓而引起的憋泵。

盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。