[發明專利]一種水平鉆進自動水力糾偏方法及專用鉆具

有效

• 申請號: 201010189061.9
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN101871320A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 文國軍;徐林紅;許超;李磊明;王玉丹;蔡記華
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(武漢)
• 主分類號: E21B7/10
• 分類號: E21B7/10;E21B44/00;E21B7/18
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 劉榮

技術領域

本發明涉及一種水平鉆進自動水力糾偏方法及專用鉆具，屬于煤層氣近水平孔鉆進與定向孔鉆進等技術領域。

背景技術

眾所周知，煤層氣是環保優質的新型能源，而隨著定向鉆進技術的不斷發展，利用近水平孔以及水平分支孔鉆進以探明煤田具體儲量、排放瓦斯以及開發煤層氣是目前廣泛采用的技術，而在煤層中鉆進幾百米甚至上千米的水平鉆孔發生鉆孔偏斜是必然的，因此，多種糾偏技術得到了研究與應用，水力糾偏技術就是其中一種可保證煤層氣抽采的的經濟實惠的新型專用糾偏技術。同時，從施工工藝的角度而言，在鉆進過程中不提鉆的前提下實現水平孔糾偏是最理想的工藝，也就是需要實現隨鉆糾偏。隨鉆糾偏可以節省許多非鉆進時間，簡化操作工藝，在保證鉆孔糾偏質量的同時不影響工程進度。因此，隨鉆自動水力糾偏技術的研究與應用勢在必行。目前在煤層氣水平定向鉆進中實現隨鉆自動水力糾偏還是一技術難題。

發明內容

本發明的目的是解決在煤層氣水平定向鉆進中實現隨鉆自動水力糾偏的技術問題，主要解決在糾偏過程中由于多次提下鉆具而增加非鉆進時間和操作繁瑣的技術難題，使水力糾偏過程趨于簡化，保證鉆進過程的連續性。

實現本發明目的的技術方案如下：根據所檢測到的鉆孔的傾角與方位角參數，微處理器自動運算出射流的方向，并通過旋轉控制盤控制具有多個方向射流孔的水力糾偏鉆具向所計算出的方向進行射流，實現鉆孔自動水力糾偏，所采用的具體步驟如下：傾角傳感器與方位角傳感器對鉆具姿態進行檢測得到鉆孔的實際傾角α和方位角β，然后將所得α和β與在孔口所獲得的初始值對應進行比較得到傾角偏差Δα和方位角偏差Δβ，當Δα和/或Δβ超過設定閾值時，微處理器根據射流方向確定算法計算出射流的方向，并發出指令給步進電機使其轉動旋轉控制盤，通過控制旋轉控制盤的旋轉角度使旋轉控制盤的通孔A旋轉至微處理器系統所計算出的射流方向，并與環形分布于射流控制盤上的若干通孔A中的一個貫通，構建該射流方向上水力糾偏的水流通道，實現停鉆自動水力糾偏。微處理器計算射流方向的射流方向確定算法是指根據Δα和Δβ的正負確定射流區間，根據Δα與Δβ比值的反正切值確定步進電機的區間內旋轉角度，根據區間的奇偶性決定區間內旋轉角度的正負，其中確定射流區間具體如下表：

旋轉角度計算公式如下：

Δα與Δβ比值的反正切值t＝actan(|Δα/Δβ|)；

在偶數象限區間中，旋轉角度：

在奇數象限區間中，旋轉角度：

各式中是步進電機的旋轉角度，Q為象限號。

本發明還提供了用于上述水鉆自動水力糾偏方法的專用鉆具，該鉆具至少包括外殼，外殼的一端固定連接有鉆桿接頭，另一端安裝有PDC鉆頭，外殼的內腔設有自動糾偏裝置，自動糾偏裝置包括水流方向控制機械部分和安裝有檢測與計算控制程序的射流方向檢測與控制的微處理器部分，水流方向控制機械部分至少包括軸承座和通過軸芯、軸承座安裝于外殼上的旋轉控制盤和射流控制盤，射流控制盤上設有若干環形分布的通孔A，且軸承座的通孔、外殼的內腔、旋轉控制盤的通孔A、射流控制盤上環形分布的通孔A與PDC鉆頭的若干環形分布的射流孔貫通，構成水射流通道，射流控制盤上的若干環形分布的通孔A與PDC鉆頭的若干射流孔一一對應。

由上述技術方案可知本發明提供的方法以旋轉控制射流水力糾偏鉆具為載體，以微處理器控制系統為控制中樞，通過對各傳感器所檢測到的數據進行對比分析與計算，自動確定出水力糾偏高速射流的方向，并通過步進電機實現對水力糾偏鉆具射流方向的控制，在不提鉆的前提下定向破碎煤巖以實現隨鉆自動水力糾偏。所用的專業糾偏鉆具的內腔設有自動糾偏裝置，自動糾偏裝置包括水流方向控制機械部分和安裝有計算軟件的射流方向檢測與控制的微處理器部分。

本發明與現有技術相比，其主要的效果是：結合經濟型的水力糾偏技術，實現隨鉆自動水力糾偏，省卻了糾偏過程中的提下鉆具的操作過程，既節省非鉆進時間，又保證鉆孔的連續性，工作效率也得到提高。

同時，相比較其他隨鉆糾偏鉆具，本發明成本低，且操作簡單、易學易用。

該發明利用水力糾偏機理，由微處理器系統控制整個糾偏過程，是一個集機械與電子于一體的自動化系統，解決了在煤層氣水平定向鉆進中實現隨鉆自動水力糾偏的技術難題。

附圖說明

圖1是本發明提供的專用鉆具的整體結構示意圖。

圖2是圖1的A-A視圖。

圖3是專用鉆具的射流通道的局部結構示意圖。