一种一体式导斜器及其分离方法

技术领域

本发明涉及石油分支井钻井技术领域，具体的，涉及一种一体式导斜器。

背景技术

定向井、水平井技术已日益完善，然而由于地面井网的限制，便不可能部署更多的调整井，分支井作为定向井技术的延伸和发展，利用老井套管进行开窗侧钻，可以有效的对其进行二次利用，其越来越受重视。导斜器又叫斜向器，用于老井套管进行开窗侧钻时的开窗铣锥进行导向，是分支井钻井技术的关键工具，对分支井的在钻井和完井起着至关重要的作用。

根据导斜器是否和铣锥开窗铣锥一体连接，导斜器分为一体式导斜器和分体式导斜器，如图1、图2所示，为一个一体式导斜器，此相关技术中，导斜体和开窗铣锥通过几个螺钉连接。对于螺钉的连接形式，由于井下复杂的实际情况，在下井过程中螺钉所受到的剪切强度十分不易控制，会面临的问题是，当螺钉设计为强度高即能承受剪切力较大时，在座封后，螺钉剪断很不容易，导斜体和开窗铣锥的分离就很困难；当螺钉设计为强度即能承受的剪切力较小时，在下井过程中发生遇阻或由于井斜较大产生附加弯矩，造成螺钉提前断裂，即发生提前“丢手”的现象，因此无法保证一体式导斜器安全下井、可靠座封、开窗铣锥顺利脱离，此问题已经成为困扰井下作业的一个技术难题。

发明内容

本发明提出一种一体式导斜器，解决了相关技术中一体式导斜器下井及座封过程中，无法同时保证既能顺利下井、又能螺钉方便截断的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种一体式导斜器，包括，

座封体，

导斜体，设置在所述座封体上，具有导斜面，

开窗铣锥，位于所述导斜面的一侧，

螺钉，连接所述导斜体和所述开窗铣锥，

其中，所述导斜面和所述开窗铣锥，一个上面形成有卡槽，一个上面形成有凸起，所述凸起用于卡入所述卡槽内。

作为进一步的技术方案，所述凸起和所述卡槽一个为内螺纹，一个为外螺纹。

作为进一步的技术方案，且所述内螺纹的中心轴、所述外螺纹的中心轴均与所述开窗铣锥的中心轴共轴所述导斜面远离所述座封体的一端形成有开口套，

所述内螺纹形成于所述开口套上，所述外螺纹形成于所述开窗铣锥上。

作为进一步的技术方案，所述凸起为弧形凸起，且为依次并列的若干个，所述卡槽为弧形卡槽，且为依次并列的若干个。

作为进一步的技术方案，所述开窗铣锥上形成有配合圆柱面，所述外螺纹位于所述配合圆柱面旁，且所述内螺纹与所述外螺纹连接后，所述配合圆柱面与开口套相贴合。

作为进一步的技术方案，所述开窗铣锥包括依次连接的前端开窗铣锥部、变径部、后端开窗铣锥部，所述外螺纹设置在所述变径部的外壁上，且所述前端开窗铣锥部最大直径大于所述外螺纹的外径，所述后端开窗铣锥部的最大直径大于所述前端开窗铣锥部的最大直径。

作为进一步的技术方案，所述开口套为弧形，且围住所述开窗铣锥的变径部大于一半。

作为进一步的技术方案，所述外螺纹为整圈螺纹，所述内螺纹为大于半圈螺纹，所述开口套为半圆弧形，且两端还具有延长边。

作为进一步的技术方案，所述导斜体具有导斜体空腔，

还包括中心管，设置在所述导斜体上，其伸入至所述导斜体空腔内，

所述开窗铣锥具有开窗铣锥空腔，所述开窗铣锥空腔具有连接口，所述中心管的一端伸入至所述连接口与所述开窗铣锥空腔连通，所述中心管相对所述连接口滑动设置。

本发明还提出一种一体式导斜器分离方法，包括以下步骤，

S1、所述座封体座封于井筒内，

S2、所述开窗铣锥转动后，所述螺钉截断，

S3、所述开窗铣锥继续转动，所述凸起从所述卡槽中转出，

S4、所述开窗铣锥上提，所述开窗铣锥与中心管脱离，

S5、所述开窗铣锥中，建立钻井液循环，

S6、所述开窗铣锥上提并转动，所述导斜面上的所述凸起被磨削一部分，

S7、所述开窗铣锥下降并转动，所述导斜面上的所述凸起继续被磨削一部分，使整个开窗铣锥可以通过所述凸起，从而实现所述开窗铣锥与所述导斜体的分离。

本发明的工作原理及有益效果为：

本实施例中，为了实现相关技术中一体式导斜器下井及座封过程中，同时保证既能顺利下井、又能螺钉方便截断的技术问题发明人专门设计了一种一体式导斜器，其中在导斜面和开窗铣锥上设计有卡槽和凸起，一个设计有卡槽一个设计有凸起，由于二者是从开窗铣锥径向插入或沿周向转入实现连接，因此并不能限制二者沿径向方向的移动分离或并不能限制绕轴向的转开分离，只限制二者沿开窗铣锥轴向方向的相对移动，卡槽和凸起的配合，使得螺钉可以设计为更方便截断的结构和尺寸，设计的更细一些，同时数量也可减少，并且即使采用更易截断的铜制螺钉不选用钢制螺钉也可保证不会提前丢手，因此有效的解决了螺钉剪断难的问题，螺钉配合卡槽和凸起一起应用，避免了在工作过程中，导斜体和开窗铣锥其中一个相对另外一个出现晃动，避免螺钉被提前截断从而提前丢手。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为现有技术中一体式斜向器结构示意图；

图2为图1中A局部放大图；

图3为本发明中一体式斜向器结构示意图；

图4为图3中B局部放大图；

图5为本发明中开窗铣锥一实施方式结构示意图；

图6为本发明中开窗铣锥又一实施方式结构示意图；

图中：1-座封体，2-导斜体，201-导斜面，202-卡槽，203-开口套，204-延长边，3-开窗铣锥，301-凸起，302-配合圆柱面，303-前端开窗铣锥部，304-后端开窗铣锥部，305-变径部，4-螺钉，5-内螺纹，6-外螺纹，8-导斜体空腔，9-中心管，10-开窗铣锥空腔，11-连接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

如图1～图2所示，为相关技术中一体式导斜器，相关技术中对于分支井钻井所用的一体式导斜器，通常通过几个螺钉4连接，这种方式存在的问题已在背景技术详细记载，总之，设计为螺钉4粗一些强度大一些或细一些强度低一些，会存在各自的问题，或者螺钉4不方便剪断，或者容易出现提前丢手无法座封，为此发明人进行了以下技术方案的改进。

实施例1

如图3～图5所示，本实施例提出了一种一体式导斜器，包括，

座封体1，

导斜体2，设置在座封体1上，具有导斜面201，

开窗铣锥3，位于导斜面201的一侧，

螺钉4，连接导斜体2和开窗铣锥3，

其中，导斜面201和开窗铣锥3，一个上面形成有卡槽202，一个上面形成有凸起301，凸起301用于卡入卡槽202内，

本实施例中，为了实现螺钉4更方便截断且能够同时避免提前丢手的问题，发明人专门设计了一种一体式导斜器，其中在导斜面201和开窗铣锥3上设计有卡槽202和凸起301，一个设计有卡槽202一个设计有凸起301，由于二者是从开窗铣锥3径向插入或沿周向转入实现连接，因此并不能限制二者沿径向方向的移动分离或并不能限制绕轴向的转开分离，只限制二者沿开窗铣锥3轴向方向的相对移动，卡槽202和凸起301的配合，使得螺钉4可以设计为更方便截断的结构和尺寸，设计的更细一些，同时数量也可减少，并且即使采用更易截断的铜制螺钉不选用钢制螺钉也可保证不会提前丢手，因此有效的解决了螺钉4剪断难的问题，螺钉4配合卡槽202和凸起301一起应用，避免了在工作过程中，导斜体2和开窗铣锥3其中一个相对另外一个出现晃动，避免螺钉4被提前截断从而提前丢手。

其中，在整体下井至预定位置，在座封体1进行座封后，通过钻杆带动开窗铣锥3开窗铣锥可实现将螺钉4截断，对于卡槽202、凸起301之间的分离，一方面可以通过绕轴向的转动实现分离，也可以通过开窗铣锥3与导斜体2的径向相对移动实现分离，总之，设计为卡槽202和凸起301并不限制开窗铣锥3与导斜体2的相对转动，保证螺钉4能够通过开窗铣锥3与导斜体2的相对转动实现被截断即可，之后，可再进行卡槽202、凸起301的分离。

实施例2

如图3、图4、图6所示，在实施例1的基础上，其中，设计凸起301和卡槽202一个为内螺纹5，一个为外螺纹6，即内螺纹5、外螺纹6为凸起301和卡槽202更具体的一种方式，因为螺纹本身为更特殊的一种凹槽和凸起。

本实施例中，发明人具体设计导斜面201和开窗铣锥3采用内螺纹5和外螺纹6相连接，多圈螺纹能够承受较大的轴向力，使轴向固定结构更加稳定，且能够很好保证开窗铣锥3和导斜体2的更方便分离，螺钉4截断过程也能够很顺利，保证座封后螺钉4容易截断。具体的，在需要开窗铣锥3和导斜面201进行分离时，只需转动开窗铣锥3现将螺钉4截断，然后继续转动所需的圈数，使得其从螺纹连接中转出，从而实现二者分开及分离，相比于实施例1中更基础的凸起301、卡槽202方式，因此不仅连接更稳定，而且分离也很方便，能更很好的避免提前丢手且同时满足方便分离。

其中，可以设计为内螺纹5的中心轴、外螺纹6的中心轴均与开窗铣锥3的中心轴共轴，从而更好的保证转动开窗铣锥3即能实现开窗铣锥3与导斜体2的螺纹旋拧后的分离。其中螺纹方向根据需要进行设计即可，以能够实现开窗铣锥3与导斜体2的分开即可。

实施例3

如图5所示，在实施例1的基础上，其中，设计凸起301为弧形凸起301，且为依次并列的若干个，卡槽202为弧形卡槽202，且为依次并列的若干个。

本实施例中，导斜面201和开窗铣锥3，一个上面形成有卡槽202，一个上面形成有凸起301，凸起301用于卡入卡槽202，此种方式设计的目的也是为了实现限制导斜面201和开窗铣锥3之间沿轴向的相对位移，从而避免螺钉4提前发生截断，本实施例中，可以将凸起301设计为弧形凸起301，卡槽202设计为弧形卡槽202，一方面可以很好的限制导斜面201和开窗铣锥3之间轴向的相对位移，另一方面，设计为弧形，可以通过开窗铣锥3转动可以实现弧形凸起301从弧形卡槽202中转出，因此很好的提高了分离的便捷性，且能很好的保证一体式导斜器下方过程中的稳定性，避免提前丢手。其中弧形凸起301、弧形卡槽202可以设计为半圈或更短，只需能够实现转动后的分离即可。

实施例4

如图3～图4、图6所示，在实施例2基础上，进一步，导斜面201远离座封体1的一端形成有开口套203，内螺纹5形成于开口套203上，且螺钉4具有若干个，其中一个螺钉4穿过开口套203与开窗铣锥3连接，外螺纹6形成于开窗铣锥3上。

本实施例中，为了进一步保证导斜体2和开窗铣锥3之间的相对稳定性，避免发生晃动造成螺钉4提前截断，发明人专门设计了开口套203，用于形成内螺纹5与开窗铣锥3的杆体部位上的外螺纹6相连接，因此使得开口套203还有能够很好的起到支撑开窗铣锥3的作用。

进一步，开窗铣锥3上还形成有配合圆柱面302，外螺纹6位于配合圆柱面302上，且内螺纹5与外螺纹6连接后，配合圆柱面302与开口套203相贴合。

本实施例中，为了实现螺纹与螺钉4能够同时应用，且限制导斜体2和开窗铣锥3之间发生晃动，专门设计了配合圆柱面302，为一个环形的凸沿，在内螺纹5和内螺纹5连接后，配合圆柱面302能够和开口套203相贴合，内外螺纹6连接的支撑作用和配合圆柱面302的支撑作用相互配合，使得开窗铣锥3与导斜体2的连接更加稳定。

进一步，开窗铣锥3包括依次连接的前端开窗铣锥部303、变径部305、后端开窗铣锥部304，外螺纹6设置在变径部305的外壁上，且前端开窗铣锥部303最大直径大于外螺纹6的外径，后端开窗铣锥部304的最大直径大于前端开窗铣锥部303的最大直径，

其中，开口套203为弧形，且围住开窗铣锥3的变径部305大于一半。

本实施例中，为了进一步提高一体式导斜器在下送过程中的稳定性和可靠性，增加了进一步的结构进行提升，使得即使在座封体1未到达既定目标时，如果第一道防线的螺钉4提前截断，如果第二道防线的凸起301从卡槽202中提前脱出，还能有第三道防线保证导斜体2和开窗铣锥3不会完全分开；具体的第三道防线，可以设计为开窗铣锥3包括依次连接的前端开窗铣锥部303、变径部305、后端开窗铣锥部304，并且将开口套203设计为弧形，从而形成一个半包围结构，围住变径部305的一半，从而使得即使前两道防线出现问题，前端开窗铣锥部303仍然能够卡在弧形的开口套203上，使得导斜体2通过弧形的开口套203挂在前端开窗铣锥部303上，因此不会发生导斜体2与开窗铣锥3分离而下落至井底的严重事故，很好的提高了作业的稳定性和安全性。

需要说明的是，虽然一体式导斜器下送过程中，需要有三道防线作为座封体1与开窗铣锥3之间的连接，但是座封体1座封后，此三道防线的连接需要全部去除，前两道防线的连接具体的去除过程为：座封体1在井筒内完成座封后，转动开窗铣锥3，使得穿过开口套203与开窗铣锥3连接的螺钉4被截断，从而去掉第一道防线的连接，继续转动开窗铣锥3若干圈，使得外螺纹6从内螺纹5脱出，从而去掉第二道防线的连接。

前面已详细说明，去掉了螺钉4的第一道防线的连接、外螺纹6与内螺纹5的第二道防线的连接后，前端开窗铣锥部303仍然能够卡在弧形的开口套203上，导斜体2会通过弧形的开口套203挂在前端开窗铣锥部303上，因此需要将弧形的且带有内螺纹5的开口套203进行破坏掉，使半包围结构的开口套203不会影响开窗铣锥3的行进，特别是不会影响后端开窗铣锥部304的行进；具体的破坏过程可以是将开口套203从内壁上的内螺纹5开始破坏，直至其可以被后端开窗铣锥部304通过从而进行后续的沿导斜面201行进，由于作为开窗铣锥3主要工作部位的后端开窗铣锥部304直径通常较大，比内螺纹5大较多，因此很难通过后端开窗铣锥部304将其直接破坏，但其又影响后端开窗铣锥部304的行进。

为此，特别设计了前端开窗铣锥部303，与后端开窗铣锥部304、连接部305均为圆柱状结构，且设计为前端开窗铣锥部303大于连接部305的直径，小于后端开窗铣锥部304的直径；一方面前端开窗铣锥部303其可以用于半包围结构的开口套203挂设在前端开窗铣锥部303上，避免导斜体2落入井底，另一方面，前端开窗铣锥部303还能用于上提转动后将半包围结构的开口套203从其上的内螺纹5开始进行磨削破坏，从而使得开口套203的内径更接近于后端开窗铣锥部304的直径；因此下一步可以进行后端开窗铣锥部304下移转动将开口套203的内壁进一步磨削破坏，从而实现在后端开窗铣锥部304可以下移并穿过半包围结构的开口套203从而实现第三道防线连接的破坏，之后再沿导斜面201导向行进，从而进行后续的开窗侧钻操作；因此整体很好的实现了下送过程所需的三道防线的连接，以及座封后所需的断开三道防线的连接，保证整体操作的稳定与可实现性。

进一步，外螺纹6为整圈螺纹，内螺纹5为大于半圈螺纹，开口套203为半圆弧形，且两端还具有延长边204。

本实施例中，为了保证在指定位置完成座封体1的座封后，开窗铣锥3能够更加高效的与导斜体2脱离，内螺纹5可以专门设计为半螺纹，从而保证螺钉4被截断后，外螺纹6与内螺纹5可以很好的分离，保证了后续开窗侧钻的进行，并且开口套203的结构为半圆弧形，开口套203的两端还具有延长边204，使得开窗铣锥3进入时更加便捷，并且保证了前端开窗铣锥部303在需要的情形下能够更好的挂在开口套203和其两侧的延长边204上，很好的提高了施工稳定性。需要说明的是，至少半圈螺纹不仅仅可以是整圈螺纹的二分之一或略大一些，也可以是整圈螺纹的的三分之二圈或者五分之三圈的螺纹，不同比例的螺纹可以满足多种连接强度需求下的选择适用。进一步，螺钉4为若干个，其中一个穿过开口套203且穿过配合圆柱面302，以实现更好的连接效果。

本实施例中，为了防止一体式斜向器在下井过程中震动造成螺纹松动，专门设计了螺钉4安装于导斜体2的开口套203和开窗铣锥3外螺纹6处，或安装于导斜体2的开口套203和开窗铣锥3的配合圆柱面302处，用于夹紧固定导斜体2和开窗铣锥3，使结构更加稳定。

进一步，导斜体2具有导斜体空腔8，

还包括中心管9，设置在导斜体2上，其伸入至所述导斜体空腔8内，

开窗铣锥3具有开窗铣锥空腔10，开窗铣锥空腔10具有连接口11，中心管9的一端伸入至连接口11与开窗铣锥空腔10连通，中心管9相对连接口11滑动设置。

导斜体空腔8通常为沿其轴向的中心贯穿孔，用于将钻井液输送至座封体1，以提供座封所需的液体压力，开窗铣锥空腔10也通常为沿其轴向的中心贯穿孔，其为使得钻井过程中能够顺利建立钻井液循环，此为现有技术，在此不做省略具体阐述。

本实施例中，导斜体2具有导斜体空腔8，开窗铣锥3具有开窗铣锥空腔10和连接口11，中心管9的一端设置在导斜体2上固定不动，伸入至导斜体空腔8内，中心管9的另一端伸入进连接口11与开窗铣锥空腔10连通，并且此端可相对开窗铣锥3相对滑动，开窗铣锥3能够完全从中心管9上拔出，当开窗铣锥3向上提拉时，开窗铣锥空腔10滑动至与中心管9脱离，使得开窗铣锥空腔10与中心管之间相距一定距离，钻井液从间隙内流出到井筒环腔内，从而建立起钻井液循环，从而使得能够进行后续所需的前端开窗铣锥部303上提后对于内螺纹5的磨削破坏，避免没有建立钻井液循环是，进行磨削而导致严重的工程事故。

实施例5

本实施例，提出一种一体式导斜器分离方法，包括以下步骤

S1、座封体1座封于井筒内，导斜面201上有凸起301，开窗铣锥3上有卡槽202内，凸起301卡在卡槽202内，

S2、开窗铣锥3转动后，螺钉4截断，

S3、开窗铣锥3继续转动，凸起301从卡槽202中转出，

S4、开窗铣锥3上提，开窗铣锥3与中心管9脱离，

S5、建立钻井液循环，

S6、开窗铣锥3上提并转动至导斜面201上，导斜面201上凸起301有，导斜面201上的凸起301或卡槽202被磨削一部分，

S7、开窗铣锥3下降并转动至导斜面201上，凸起301或卡槽202继续被磨削一部分，使整个开窗铣锥3可以通过凸起301或卡槽202，从而实现开窗铣锥3与导斜器的分离。

本实施案例中，为使导斜器在座封后开窗铣锥3能够顺利沿导斜面201脱离进行分支井的钻井，座封体1在井筒内的指定位置完成座封，需操作开窗铣锥3转动将螺钉4截断，并且通过转动将凸起301从凹槽中转出。当凸起301和卡槽202分别为外螺纹6和内螺纹5，为螺纹配合时，开窗铣锥3上升的方式可以是开窗铣锥3旋转沿螺纹旋向带动开窗铣锥3上升，转动时先将螺钉4截断，开窗铣锥3继续转动并沿螺纹上升的过程直至外螺纹6和内螺纹5相脱离；当凸起301和卡槽202分别为外螺纹6和内螺纹5，且螺纹足够细小时，开窗铣锥3转动将螺钉4截断后，之后只需简单转动或者无需转动只需上提，就能使得螺纹连接发生脱离。

之后可能会需要外螺纹6和内螺纹5进行破坏掉，因为其会影响开窗铣锥3的行进，首先需要建立钻井液循环，将开窗铣锥3继续上提，开窗铣锥3上的开窗铣锥空腔10脱离中心管9，开窗铣锥3转动并上提，前端开窗铣锥部303将导斜面201上的内螺纹5磨削一部分，进行扩大，之后开窗铣锥3转动并下降，后端开窗铣锥部3041将导斜面201继续磨削一部分，使整个开窗铣锥3可以通过半圆弧形的开口套203，从而实现开窗铣锥3与导斜器的分离。从而保证了整个一体式导斜器下送过程稳定性，也能很好的实现导斜体2和开窗铣锥3的分离。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。