[0001] 本实用新型涉及一种用于
煤层气开采领域，具体涉及一种喷射钻进径向
水平井的井下定向和径向导向工具，该工具由油管传输到垂直井
煤层扩孔井段，地面旋转油管实现定向，通过地面持续
泵注清水
增压，使一组由水
力液压缸控制的中空球形关节连接体弯曲喷射造斜进入煤层，并能使连续油管或柔性高压管通过，实现煤层中径向导向喷射钻进水平孔，并能通过该工具下入高强度割缝PVC导流
支撑管的一种液控中空球形关节连接喷射钻进径向井导向工具。
背景技术
[0002] 在常规油气和
煤层气勘探开发领域，目前主要采用
钻头旋转方式钻进垂直井和水平井来开发油气田和煤层气田，少数井通过下入造斜器，采用柔性钻具在
套管上开窗造斜钻进或水力喷射钻进径向孔来试验性开采油气和煤层气。套管开窗造斜钻进径向孔是在套管内开窗
位置下入大
角度造斜器，用开窗钻头先开船位置开窗，然后下入柔性钻具旋转造斜钻进径向水平孔。水力喷射钻进径向孔同是下入造斜器同样用套管开窗钻通对套管进行开窗后，下入柔性水力喷射钻进工具喷射钻进径向孔。另一种喷射钻进径向孔是在套管井内用油管下入径向导向工具，通过油管和径向导向工具，用直径为25mm的连续油管，下入柔性旋转开窗工具在套管上开窗后，再用直径为25mm的连续油管下入带有
喷嘴的直径为25mm柔性高压管，通过地面泵入高压水流实现喷射钻进径向孔。前两种径向井钻进工具，是通过造斜器和柔性钻具共同作用实现开窗造斜和径向水平孔钻进，这些工具操作简单，使用可靠，而且所钻进孔眼直径较大。但是，造斜器定向、
定位、换向、换位和打捞等都需要起
下管柱来实现，同样，开窗后也需要起下钻更换钻头钻进，频繁起下管柱，既费时间，又费人工，更浪费钱财，尤其是长时间钻进煤层时，煤层易垮塌埋卡工具。后者导向工具设计精巧，能够在套管井内极有限的空间里实现90°径向导向。但是，该工具在套管井内极有限的空间里实现喷射作业高压管弯曲90°并能顺利通过其复杂结构，限制了较大管径的作业管通过，造成作业管柱(25mm)直径较小，，喷射
排量过小，
地层岩屑不能及时返排到地面，导致污染堵塞地层(超压喷射钻进)。同时，由于工具内径较小，导致径向孔直径较小，不能在径向孔内下入导流支撑管，地层垮塌容易堵塞径向孔。尤其是渗透 性较差、易垮塌的煤层，污染堵塞更为严重。
实用新型内容：
[0003] 为了克服定开窗造斜频繁起下管柱导导致作业既浪费时间，又劳费人工，更耗费钱财，尤其是长时间钻进煤层时，煤层易垮塌埋卡工具；为了克服小井眼导向工具结构复杂，高压喷射作业管(25mm)直径较小，施工压力过大，喷射排量过小，地层岩屑不能及时返排到地面，容易导致污染储层等缺点；也为了克服该定向导向工具内径较小，所喷射的径向孔直径较小，不能在径向孔内下入导流支撑管等缺点，本实用新型提供了一种用于煤层气开采领域，一种液控中空球形关节连接喷射钻进径向井导向工具。该工具由油管传输到垂直井煤层扩孔井段，地面旋转油管实现定向，通过地面持续泵注清水并增压，使一组由水力液压缸推动的中空球形关节连接体弯曲喷射造斜进入煤层，并能使连续油管或柔性高压管通过，实现煤层中径向导向喷射钻进水平孔，并能通过该工具下入高强度的PVC导流支撑管的一种液控中空球形关节连接喷射钻进径向井导向工具。
[0004] 为了实现上述之目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0005] 一种由水力液压缸控制(液控)的中空球形关节连接径向井喷射钻井定向导向工具，其特征是由连接头单元、一组带水力液压缸中空球形关节连接单元和可丢手喷射枪单元组成。上连接头单元上端通过丝扣与3 1/2”油管管柱连接，下端通过中空球形体与可丢手喷射枪总成连接。
[0006] 本实用新型是用3 1/2”油管作为工作管柱传输到垂直井扩孔(直径500mm)煤层井段，通过地面旋转工作管柱实现定向和通过地面泵注清水加压推动液压缸内的环形
活塞和与之相连的楔形键运动使工具单向弯曲，并喷射进入煤层进而实现径向井水平导向喷射钻进。
[0008] 所述一种液控中空球形关节连接喷射钻进径向井导向工具，该工具由油管传输到垂直井煤层扩孔(直径500mm)井段，地面旋转油管实现定向，通过地面持续泵注清水增压，使一组由水力液压缸控制的中空球形关节连接体弯曲喷射造斜进入煤层，并能使连续油管或柔性高压管通过，实现煤层中径向导向喷射钻进水平孔，并能通过该工具下入高强度割缝PVC导流支撑管的一 种液控中空球形关节连接喷射钻进径向井导向工具。 [0009] 所述连接头单元，主要由接头和中空球体组成，上端通过丝扣与3 1/2”油管连接，下端通过中空球体与水力液压缸中空球形关节连接单元的球窝连接。
[0010] 所述水力液压缸中空球形关节连接单元主要由缸体(缸体端和半球窝端)、缸体盖、环形活塞、
弹簧、活塞缸腔体、楔形键、楔形键限位销、活塞
密封圈、活塞缸进水孔和泄压孔、中空
活塞杆和中空球形体上的密封圈等构成水力液压缸总成，水力液压缸总成在水压的作用下推动环形活塞和楔形键沿中空活塞杆运动并插入楔形
键槽中，使中空球形关节连接体弯曲，当压力低于到弹簧的弹力时，弹簧反向作用推动环形活塞沿中空活塞杆反向运动使楔形键脱离键槽并使活塞缸中空球形关节连接体恢复直线形态。水力液压缸中空球形关节连接单元球窝端通过丝扣与球窝盖连接形成球窝体，其上的球形键起限位和定位的作用，使工具单向弯曲并保持弯曲状态。球窝盖上的楔形槽和环形活塞上的楔形键配合作用，撬动中空球形关节连接体弯曲。
[0011] 所述液控中空球形关节连接单元体是由两个液控中空球形关节连接单元通过其上的球窝和中空球形体连接而成，当环形活塞和楔形键运动下行时，楔形键撬动另一个液控中空球形关节连接单元弯曲一定角度。若干个液控中空球形关节连接单元相互连接在一起，在液压的作用下共同弯曲，进而实现径向井导向工具弯曲导向。
[0012] 所述水力液压缸控制的中空球形关节连接体是由若干个水力液压缸中空球形体关节单元连接而成，水力液压缸控制的中空球形关节连接体上端通过球窝与上连接头单元上的中空球形体1连接，连接体下端通过中空球形体与可丢手喷射枪单元上的球窝连接，通过水力液压缸总成的推动作用使工具弯曲成90°或恢复直线状态。
[0013] 所述可丢手喷射枪单元主要由球窝盖、喷射腔体、可丢手喷嘴总成(
流体腔，喷嘴、密封圈)和球形键构成。喷射枪单元上端通过球窝体与水力液压缸中空球形体关节连接体下端的中空球形体连接。可丢手喷嘴总成流体腔具
涡流形态，使水流从喷嘴喷孔喷射出呈环形切割状态，能在煤层中切割出一较规则的孔眼。球窝体上的球形键和喷嘴总成上的小球窝形成丢手结构，在丢手压力的作用下实现喷嘴总成脱离定向导向工具，进而实现高压喷射管和支撑管得以穿越通过，并通过丢手功能可以连续喷射多只径向水平孔。
附图说明
[0014] 图1为本实用新型现井下工状态示意图；
[0015] 图2本实用新型液控中空球形关节连接单元结构示意图；
[0016] 图3为本实用新型连接单元结构示意图；
[0017] 图4为本实用新型可丢手喷射抢单元结构示意图；
[0018] 图5为实用新型液控中空球形关节连接单元体工作原理图；
具体实施方式
[0019] 如图1所示，所述水力液压缸控制的中空球形关节连接体是由若干个水力液压缸中空球形体关节单元20连接而成，水力液压缸控制的中空球形关节连接体上端通过球窝2与上连接头单元27上的中空球形体1连接，连接体下端通过中空球形体1与可丢手喷射枪单元28上的球窝2连接，通过水力液压缸总成的推动作用使工具弯曲成90°或恢复直线状态。
[0020] 如图2所示，所述水力液压缸中空球形关节连接单元20主要由缸体3(缸体端和半球窝端)、缸体盖8、环形活塞5、弹簧9、活塞缸腔体15、楔形键12、楔形键限位销10、活塞密封圈18、活塞缸进水孔14和泄压孔13、中空活塞杆7和中空球形体1上的密封圈17等构成水力液压缸总成，水力液压缸总成在水压的作用下推动环形活塞5和楔形键6沿中空活塞杆7运动并插入楔形键槽12中，使中空球形关节连接体弯曲，当压力低于弹簧9的弹力时，弹簧9反向作用推动环形活塞5沿中空活塞杆反向运动使楔形键6脱离键槽12并使活塞缸15中空球形关节连接体恢复直线形态。水力液压缸中空球形关节连接单元20球窝端通过丝扣与球窝盖4连接形成球窝体2，其上的球形键16起限位和定位的作用，使工具单向弯曲并保持弯曲状态。球窝盖4上的楔形槽12和环形活塞5上的楔形键6配合作用，撬动中空球形关节连接体弯曲。
[0021] 如图5所示，所述液控中空球形关节连接单元体是由两个液控中空球形关节连接单元20通过其上的球窝2和中空球形体1连接而成，当环形活塞5和楔形键6运动下行时，楔形键6撬动另一个液控中空球形关节连接单元20弯曲一定角度。若干个液控中空球形关节连接单元20相互连接在一起，在液压的作用下共同弯曲，进而实现径向井导向工具弯曲导向。
[0022] 如图3所示，所述连接头单元27，主要由丝扣接头21和中空球体1组成，上端通过丝扣21与3 1/2”油管连接，下端通过中空球体1与水力液压缸中空球形关节连接单元20的球窝2连接。
[0023] 如图4所示，所述可丢手喷射枪单元28主要由球窝盖4、喷射腔体22、可丢手喷嘴总成23(流体腔29，喷嘴24、密封圈25)和球形键26构成。 喷射枪单元28上端通过球窝体2与水力液压缸中空球形体关节连接体下端的中空球形体1连接。可丢手喷嘴总成23流体腔29具涡流形态，使水流从喷嘴喷孔喷射出呈环形切割状态，能在煤层中切割出一较规则的孔眼。球窝体2上的球形键26和喷嘴总成23上的小球窝形成丢手结构，在丢手压力的作用下实现喷嘴总成23脱离定向导向工具，进而实现高压喷射管和支撑管得以穿越通过，并通过丢手功能可以连续喷射多只径向水平孔。
