一种分支井结构及其形成工艺的制作方法

本发明涉及一种分支井的结构与及施工方法，属于石油天然气、煤层气、页岩气等地下矿藏开发过程中的钻井方法或设备。

背景技术：

在石油天然气等地下矿藏开发过程中，常规钻井方法是一个井口一个地下井眼，分支井指的是在一个井口中完成两个或两个以上的地下井眼。该特殊井型具有节省地面投资、节省分叉点以上井段的钻井投资等优点，在多种类型油气藏中显示了良好的应用效果，是一项钻井领域的前沿技术。

按照井筒完整性以及作业难易程度，将分支井技术分为六个级别，其中四级及以上的分支井，需要在套管内实现侧钻，需要专门的完井装置来实现分支井眼的机械连接、可重入性和水力密封性，此专门的工具和工艺称为分支井系统。此前分支井系统存在结构层序多导致内径损失大的问题，机械连接强度低，连接缝隙大，坐挂可靠度及灵活度差的问题，导致常出现井下复杂情况的现象。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种新型的以三维空间两管自动相交、相贯后自动坐挂啮合技术为核心的四级分支井系统实现方法，分支井眼可以实现固井、半程固井、分段压裂完井等不同的完井方式需求，并可以在此基础上通过增加井下装置的方法直接升级为六级。

本发明提供一种分支井的结构，包括：

主井眼，开设在地下，其内部设有套管；

分支井眼，从主井眼套管侧钻而形成，主井眼与分支井眼之间具有一角度；

空心导向套，其插设在所述主井眼的套管中；所述空心导向套为中空管体，其顶面为一向下倾斜的环形曲面，该环形曲面上对称设置有两凸出的定位锁块；

分支井眼尾管悬挂器，其自所述主井眼的套管插入到所述分支井眼中；所述分支井眼尾管悬挂器为中空管体，所述空心导向套的顶面贴合所述分支井眼尾管悬挂器的外壁面，所述分支井眼尾管悬挂器的外壁面与所述所述空心导向套的顶面贴合之处开设有侧壁孔，所述分支井眼尾管悬挂器与所述空心导向套通过侧壁孔连通；所述分支井眼尾管悬挂器的外壁面沿分支井眼尾管悬挂器的径向向外凸出形成有两个导向壁，该两个导向壁分别与空心导向套的两个定位锁块接触，接触的位置设有锁槽，定位锁块嵌卡在锁槽中，该两个导向壁在分支井眼尾管悬挂器底部交汇为一条垂直沿分支井眼尾管悬挂器径向的线，该两个导向壁基于该线对称；

分支井眼尾管，其连接在分支井眼尾管悬挂器的下端。

作为优选技术方案，所述分支井眼尾管悬挂器采用壁厚不同或外接的方式在其外壁面向外凸出形成一导向部，该导向部的两个侧壁面为两个导向壁，该导向部自设有锁槽的位置向下呈一箭头状。

作为优选技术方案，所述分支井眼尾管悬挂器采用壁厚不同或外接的方式在其外壁面向外凸出形成两条状的导向部，各导向部的与所述定位锁块接触的侧壁面为导向壁，两导向部在分支井眼尾管底部交汇形成v字形。

作为优选技术方案，所述主井眼的套管与所述空心导向套底面的外壁面之间设有密封环；所述分支井眼尾管悬挂器的下部与所述分支井眼的井壁之间设有密封环；所述分支井眼尾管悬挂器的上部与所述主井眼的套管之间设有密封环。

作为优选技术方案，主井眼与分支井眼之间的角度不大于10度。

作为优选技术方案，所述空心导向套与所述分支井眼尾管悬挂器形成的三通内设有人字形的密封管。

本发明还提供上述的分支井结构的形成工艺，包括如下步骤：

1）在地下开设主井眼，主井眼内设有套管，在主井眼及套管的侧面开设分支井眼；

2）空心导向套插入至主井眼的套管中，其顶面对应位于所述分支井眼的开口处；

3）分支井眼尾管连接在分支井眼尾管悬挂器上，分支井眼尾管顺着空心导向套的两个定位锁块向下插入分支井眼中，当空心导向套的其中一定位锁块与所述分支井眼尾管悬挂器的一导向壁接触后，导向壁发挥导引作用，分支井眼尾管悬挂器顺着该导向壁的导引下滑，直至空心导向套的两定位锁块与两导向壁的锁槽卡合定位。

优选地，所述空心导向套下部的外侧设有密封套；所述分支井眼尾管悬挂器的上部和下部的外侧均套设有密封套。

优选地，将人字形的密封管插设至所述空心导向套与所述分支井眼尾管悬挂器形成的三通内。

本发明能够达到以下技术效果：

空心导向套与分支井眼尾管悬挂器采用三维相贯曲线配合，实现了更好的机械支撑与连接性能。通过在分支井眼尾管悬挂器上设置导向壁形成尾管悬挂器的自动旋转与导向功能，无需转动管柱即可实现自动坐挂，该导向壁使用但不限于采用壁厚不同的方式形成导向壁的台阶，两侧各有一条。空心导向套相贯曲面上的定位锁块与分支井眼尾管悬挂器相贯曲面上的锁槽自动配合坐挂，实现井下三通的机械连接与支撑，该方式同时可以验证系统深度与方位的准确性。本发明定向定位结构简单，定向定位功能均在空心导向套与分支井眼尾管悬挂器上实现，工具结构管壁层数少，系统内通径大，与分支井眼能下入的最大尺寸套管内径相同。空心导向套下部可以预置重入导向指示装置，用于分支井眼的找眼重入。主井眼上下密封以及分支井眼环空密封可以是自膨胀式、压胀式等多种类型的封隔器。

附图说明

图1是本发明的分支井结构示意图。

图2是本发明的空心导向套与分支井眼尾管悬挂器结合的结构示意图。

图3是本发明的空心导向套的结构示意图。

图4是本发明的分支井眼尾管悬挂器的结构示意图一。

图5是本发明的分支井眼尾管悬挂器的结构示意图二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

结合图1~3所示，本发明的分支井的结构，包括：

主井眼（图中未具体示出），开设在地下，其内部设有套管10；

分支井眼11，从主井眼套管10侧钻而形成，主井眼与分支井眼11之间具有一角度；

结合图2~3所示，空心导向套1，其插设在主井眼的套管10中；空心导向套1为中空管体，其顶面为一向下倾斜的环形曲面，该环形曲面上对称设置有两定位锁块2；

分支井眼尾管悬挂器4，其自主井眼的套管10插入到分支井眼11中；分支井眼尾管悬挂器4为中空管体，空心导向套1的顶面贴合分支井眼尾管悬挂器4的外壁面，分支井眼尾管悬挂器4的外壁面与空心导向套1的顶面贴合之处开设有侧壁孔，分支井眼尾管悬挂器4与空心导向套1通过侧壁孔连通；分支井眼尾管悬挂器4的外壁面沿分支井眼尾管悬挂器4的径向向外凸出形成有两个导向壁5，该两个导向壁5分别与空心导向套4的两个定位锁块2接触，接触的位置设有锁槽3，定位锁块2嵌卡在锁槽3中，该两个导向壁5在分支井眼尾管悬挂器4底部交汇为一条垂直沿分支井眼尾管悬挂器径向的线，该两个导向壁基于该线对称；

分支井眼尾管（图中未具体示出），其连接在分支井眼尾管悬挂器的下端。

如图4所示，在本发明的一实施方式中，分支井眼尾管悬挂器4采用壁厚不同的方式在其外壁面向外凸出形成一导向部40，该导向部40的两个侧壁面为两个导向壁5，该导向部40自设有锁槽的位置向下呈一箭头状。

如图5所示，分支井眼尾管悬挂器4采用壁厚不同的方式在其外壁面向外凸出形成两条状的导向部40’，各导向部40’的与定位锁块接触的侧壁面为导向壁5，两导向部40’在分支井眼尾管底部交汇形成v字形。

结合图1所示，主井眼的套管10与空心导向套1底面的外壁面之间设有密封环7；分支井眼尾管悬挂器4的下部与分支井眼11的井壁之间设有密封环8；分支井眼尾管悬挂器4的上部与主井眼的套管10之间设有密封环6。

主井眼与分支井眼11之间的角度不大于10度。

空心导向套1与分支井眼尾管悬挂器4形成的三通内设有人字形的密封管

本发明的分支井结构的形成方法，包括如下步骤：

1）在地下开设主井眼，主井眼内设有套管10，在主井眼及套管10的侧面开设分支井眼11；

2）空心导向套1插入至主井眼的套管10中，其顶面对应位于分支井眼11的开口处；

3）分支井眼尾管连接在分支井眼尾管悬挂器4上，分支井眼尾管顺着空心导向套的两个定位锁块向下插入分支井眼11中，当空心导向套1的其中一定位锁块2与分支井眼尾管悬挂器的一导向壁5接触后，导向壁5发挥导引作用，分支井眼尾管悬挂器顺着该导向壁5的导引下滑，直至空心导向套1的两定位锁块2与两导向壁5的锁槽3卡合定位。

即，本发明开窗侧钻后，在主井眼中先下入空心导向套1，分支井眼尾管经过时空心导向套的外壁引导完井管柱进入分支井眼，尾管快到井底时，分支井眼尾悬挂装置到达空心导向套1，空心导向套1的的定位锁块2沿着分支井眼尾管悬挂装置的导向壁5滑动，使分支井眼尾管悬挂装置4自动旋转，伴随着下入的不断进行直至空心导向套1的定位锁块进入分支井眼尾管悬挂器的锁槽完成锁定，无法继续下放管柱，此时空心导向套1的环形曲面管口与分支井眼尾管悬挂器开口的三维曲线管壁恰好完成对接，窗口处的机械支撑三通的形成，管串上携带的主井眼窗口上下以及分支井井眼环空密封的共三处密封实现窗口处的水力密封，四级分支井系统形成。如需进一步提升完井级别至六级，通过在空心导向套和分支井眼尾管悬挂器形成的三通内下入薄壁人字型可膨胀内衬密封管来实现。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。