一种水平井用定向射孔结构的制作方法

本发明涉及油气钻井作业，具体提出了一种水平井用定向射孔结构。

背景技术：

1、在油气开采领域，当针对页岩气、致密油等非常规油气资源以及针对薄层油气、稠油油藏等复杂常规油气藏开采时，通常钻取水平井进行油气开采；钻井开发施工时，先竖直向下钻取竖直井，达到油气储层上方位置后，接着通过拐弯造斜将钻进方向调整至接近水平方向，最后在油气储层中水平钻井钻取水平井；完成整个油井通道钻取后，需要通过套管对油井通道进行支撑加固，然后通过桥塞射孔装置对水平井进行逐段坐封，而后逐段射孔打穿套管，并通过泵入压裂液对该段内的射孔孔道进行压裂，从而最大程度地将油气藏引入井内以便开采。

2、在施工过程中，射孔方向决定了射孔孔道的位置，更决定了后续压裂的走向；为了让更多油气能够沿压裂通道流出，获得最大开采量，射孔方向应该沿着油气储层的延伸分布方向；当射孔方向较偏时，既会浪费压裂液的压裂能量，降低压裂能效；当油气储层为薄层分布时，射孔偏向时，存在射穿上方岩土层以及下方水层的风险，岩土层进入孔道会堵塞井内通道，而水渗入会混入油气中；此外，非定向射孔还增大了套管射穿后因受力不均而破裂的风险。

3、现有技术下，在水平井内，基本采用重力自定向的方法实现定向射孔；一般在射孔枪内将弹架旋转安装在枪筒内，并在弹架上安装配重块使得弹架形成重心偏心结构，从而通过重力作用使得弹架自旋转以实现定向；以上方法通常具备稳定的可靠性，但依然存在以下问题。

4、1、桥塞射孔装置通常为包含多个射孔枪串连的工具串，工具串通过井内通道的单边间隙通常均在毫米级，工具串因重力会下垂，井内通道内壁通常存在焊渣碎屑等凸起障碍物，且水平井一般呈蛇形弯曲钻进，另外，当水平井为超短半径水平井时，虽然单边间隙适当增大，但造斜段的拐弯半径小，因此，工具串在井内通过时，尤其是穿过造斜段时，射孔枪容易与井内通道内壁抵紧而造成挤压变形，继而射孔枪外筒与弹架存在较大的摩擦接触并形成卡滞，极易造成弹架重力自定向失效。

5、2、油气储层在地下并非一定呈水平分布，大多情况下存在地层倾角，采用现有的重力自定向的结构进行定位时，重力定位方向总为固定角度，无法应对底层倾角进行精准定向，使得实际射孔方向并非最佳角度，当油气储层为薄油层时，增大了射穿油气储层的风险。

6、3、现有技术下，还存在将电子陀螺仪等设备与重力自定向结构相结合，以实现高精度定位的定向射孔方法，但极大增加了工具串的整体成本。

7、此外，射孔枪完成射孔后，射孔弹产生的爆炸能会导致射孔枪外部整体膨胀变形，等于缩小了工具串通过井内通道的单边间隙，使得工具串退出时通过阻力大，易卡滞。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种水平井用定向射孔结构，用于解决上述背景技术中提到的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种水平井用定向射孔结构，包括牵引头、定位器、驱动器、两个旋转连接件、多个射孔枪、止转球铰以及坐封组件；定位器固定于牵引头，用于在水平井内定位；驱动器固定于牵引头；两个旋转连接件均能够旋转且能够制动；射孔枪在其同一径向上的两侧设有射孔端；射孔枪重心偏离其中心轴，且射孔枪重心相对两侧射孔端处于居中位置；止转球铰绕其自身轴线禁止转动；多个射孔枪之间通过止转球铰依次串连，且整串中位于两端的射孔枪通过止转球铰与两个旋转连接件固定连接；当多个射孔枪处于共轴状态时，多个射孔枪的重心沿射孔枪轴向共线；坐封组件用于对水平井进行分段密封；两个旋转连接件分别与驱动器和坐封组件固定连接；多个射孔枪在两个旋转连接件之间通过重力自平衡调节射孔端的射孔方向，驱动器通过两个旋转连接件带动多个射孔枪主动旋转调节射孔方向；通过重力自平衡调节和主动旋转调节确定射孔方向后，两个旋转连接件同步旋转制动。

3、优选的，所述射孔枪包括呈圆筒结构的外筒，外筒内固定有弹架筒，弹架筒内固定有用于固定射孔弹的弹架。

4、优选的，所述弹架筒在其同一径向上的两侧设有射流罩，单侧的射流罩沿弹架筒轴向排列，两侧射流罩在弹架筒轴向上错位分布；外筒上开设有与每个射流罩对应的射流孔，射流罩端口与外筒内壁抵接且与对应的射流孔对准；射孔弹与射流罩一一对准，且相应对准的射流罩和射流孔构成射孔端，射孔弹从对应的射孔端射出。

5、优选的，所述弹架筒在与两侧射流罩所在径向相垂直的径向两侧，分别开设有溃缩窗口和多个溃缩孔，多个溃缩孔沿弹架筒轴向分布；弹架筒重心偏向设有溃缩孔的一侧。

6、优选的，所述弹架筒位于设有射流罩的两侧对称设有弧形凹陷结构，且凹陷结构的内凹深度从弹架筒两端向中部逐渐加深。

7、优选的，所述弹架包括两个端夹块以及多个用于定位安装射孔弹的弹座；两个端夹块与多个定位块插接串连，两个端夹块位于两端且一一对应固定在弹架筒的两个端口内。

8、优选的，所述止转球铰包括铰座块、球铰轴和连接块；球铰轴一端与铰座块球铰安装，另一端与连接块固定；铰座块内设有止转槽，球铰轴的球头部设有配合安装在止转槽内的止转键。

9、优选的，所述旋转连接件包括固定套、转轴、轴承和制动器，固定套与止转球铰固定；转轴固定在固定套一端，且转轴与轴承的内圈固定；轴承的外圈与制动器固定连接；一个旋转连接件的制动器与牵引头固定，且转轴与驱动器输出端固定；另一个旋转连接件的制动器与坐封组件固定连接。

10、优选的，所述牵引头包括电缆头和固定在电缆头一端的圆筒座，定位器和驱动器均固定在圆筒座内；圆筒座端部与制动器固定。

11、优选的，所述坐封组件包括坐封工具和桥塞；坐封工具两端分别与制动器和桥塞固定。

12、上述技术方案具有如下优点或者有益效果：本发明提供了一种水平井用定向射孔结构，多个射孔枪通过止转球铰与两个旋转连接件配合串连，在不牺牲工具串沿造斜段以及蛇形走向的水平井的井内通道穿行通过性的基础上，保证了多个射孔枪通过重力自平衡实现初步自定向角度的一致性；通过驱动器可主动带动多个射孔枪同步旋转，既能通过驱动力的介入解决射孔枪因卡滞造成自定向失效的问题，还能在初步自定向的基础上，结合逐段对应的地层倾角数据可逐段对射孔角度进行对应的高精度调节，并可配合旋转连接件进行定向角度锁定，继而可以最佳方位完成射孔，尤其可避免在薄层油气储层中射穿油层，也便于后续高效压裂，提高产油量；射孔枪采用射孔同步内向溃缩结构设计，有效解决了工具串退出卡滞不畅的问题；此外，工具串整体结构简单且未装配高成本的定向调角设备，亦能达到逐段精确调角定向的目的，具备更高的实用性和工作可靠性；综上所述，本发明提供的水平井用定向射孔结构能够在通过重力自平衡初步自定向、基于初步定向主动介入调角以及调角后定向锁定的方式，可配合油气储层每段地层倾角精确定向，并能以最佳方位角度进行稳定定向射孔。

1.一种水平井用定向射孔结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述射孔枪包括呈圆筒结构的外筒，外筒内固定有弹架筒，弹架筒内固定有用于固定射孔弹的弹架。

3.根据权利要求2所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述弹架筒在其同一径向上的两侧设有射流罩，单侧的射流罩沿弹架筒轴向排列，两侧射流罩在弹架筒轴向上错位分布；外筒上开设有与每个射流罩对应的射流孔，射流罩端口与外筒内壁抵接且与对应的射流孔对准；射孔弹与射流罩一一对准，且相应对准的射流罩和射流孔构成射孔端，射孔弹从对应的射孔端射出。

4.根据权利要求3所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述弹架筒在与两侧射流罩所在径向相垂直的径向两侧，分别开设有溃缩窗口和多个溃缩孔，多个溃缩孔沿弹架筒轴向分布；弹架筒重心偏向设有溃缩孔的一侧。

5.根据权利要求3所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述弹架筒位于设有射流罩的两侧对称设有弧形凹陷结构，且凹陷结构的内凹深度从弹架筒两端向中部逐渐加深。

6.根据权利要求3所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述弹架包括两个端夹块以及多个用于定位安装射孔弹的弹座；两个端夹块与多个定位块插接串连，两个端夹块位于两端且一一对应固定在弹架筒的两个端口内。

7.根据权利要求1所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述止转球铰包括铰座块、球铰轴和连接块；球铰轴一端与铰座块球铰安装，另一端与连接块固定；铰座块内设有止转槽，球铰轴的球头部设有配合安装在止转槽内的止转键。

8.根据权利要求1所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述旋转连接件包括固定套、转轴、轴承和制动器，固定套与止转球铰固定；转轴固定在固定套一端，且转轴与轴承的内圈固定；轴承的外圈与制动器固定连接；一个旋转连接件的制动器与牵引头固定，且转轴与驱动器输出端固定；另一个旋转连接件的制动器与坐封组件固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述牵引头包括电缆头和固定在电缆头一端的圆筒座，定位器和驱动器均固定在圆筒座内；圆筒座端部与制动器固定。

10.根据权利要求8所述的一种水平井用定向射孔结构，其特征在于：所述坐封组件包括坐封工具和桥塞；坐封工具两端分别与制动器和桥塞固定。