[發(fā)明專利]一種破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合及定向鉆進(jìn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110292087.4
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113047774B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張杰;黃寒靜;姚寧平;王建強(qiáng);田宏亮;王常委;管強(qiáng)盛;王力
• 申請（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/00;E21B17/22;E21B10/43
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 趙中霞

1.一種破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合，其特征在于，包括依次連接的定向鉆頭（1）、外螺旋液動螺桿鉆具（2）、泥漿脈沖隨鉆測量裝置（3）以及依次重復(fù)交替連接的偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）和整體螺旋鉆桿（5）；

偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）包括中空的鉆具本體（41）、設(shè)在鉆具本體（41）外壁的偏心正向螺旋翼片（42）和偏心反向螺旋翼片（43）以及分別位于鉆具本體（41）兩端的公接頭（44）和母接頭（45）；

所述偏心正向螺旋翼片（42）的螺旋方向?yàn)轫槙r針方向，偏心反向螺旋翼片（43）的螺旋方向?yàn)槟鏁r針方向；偏心正向螺旋翼片（42）和偏心反向螺旋翼片（43）均為兩個，兩個偏心正向螺旋翼片（42）之間的周向夾角為90°，兩個偏心反向螺旋翼片（43）之間的周向夾角為90°；兩個偏心正向螺旋翼片（42）分別與兩個偏心反向螺旋翼片（43）軸向位置相對應(yīng)；偏心正向螺旋翼片（42）和偏心反向螺旋翼片（43）與鉆具本體（41）中心軸線夾角均為15-30°；偏心正向螺旋翼片（42）和偏心反向螺旋翼片（43）的翼片高度均大于20mm；

偏心正向螺旋翼片（42）和偏心反向螺旋翼片（43）的一側(cè)邊緣均設(shè)置復(fù)合片切削齒（46），偏心正向螺旋翼片（42）和偏心反向螺旋翼片（43）的另一側(cè)均設(shè)置保徑齒（47），偏心正向螺旋翼片（42）和偏心反向螺旋翼片（43）的保徑齒（47）相鄰，偏心正向螺旋翼片（42）和偏心反向螺旋翼片（43）的切削齒（46）分別靠近鉆具本體（41）的兩端；

所述鉆具本體（41）的中空結(jié)構(gòu)；所述公接頭（44）外壁和母接頭（45）內(nèi)壁均設(shè)有螺紋；

所述外螺旋液動螺桿鉆具（2）包括螺旋外管體及其連接的彎外管，還包括設(shè)在螺旋外管體和彎外管內(nèi)且依次連接的轉(zhuǎn)子、傳動軸和主軸；所述主軸伸出彎外管并與所述定向鉆頭（1）連接；

所述泥漿脈沖隨鉆測量裝置（3）包括無磁螺旋外管以及設(shè)在無磁螺旋外管內(nèi)的泥漿脈沖裝置，通過泥漿脈沖裝置發(fā)送和傳輸數(shù)據(jù)信號；所述無磁螺旋外管一端與所述螺旋外管體連通；無磁螺旋外管的另一端和其相鄰的偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）連接；

多個偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）與多個整體螺旋鉆桿（5）依次重復(fù)交替連接；所述整體螺旋鉆桿（5）為中空結(jié)構(gòu)；

所述偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）回轉(zhuǎn)時，偏心反向螺旋翼片（43）和偏心正向螺旋翼片（42）旋轉(zhuǎn)所形成的圓形軌跡的直徑略大于外螺旋液動螺桿鉆具（2）、泥漿脈沖隨鉆測量裝置（3）以及整體螺旋鉆桿（5）的外徑；偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）的偏心反向螺旋翼片（43）或偏心正向螺旋翼片（42）與鉆具本體（41）的徑向尺寸不大于定向鉆頭（1）的外徑，偏心反向螺旋翼片（43）和偏心正向螺旋翼片（42）旋轉(zhuǎn)所形成的圓形軌跡的直徑接近定向鉆頭（1）外徑從而具有孔壁修復(fù)作用。

2.如權(quán)利要求1所述的破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合，其特征在于，所述偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）中，靠近鉆孔底的一端為鉆具本體下部，靠近鉆孔口的一端為鉆具本體上部，每個偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）的偏心反向螺旋翼片（43）設(shè)在鉆具本體下部，偏心正向螺旋翼片（42）設(shè)在鉆具本體上部。

3.如權(quán)利要求1所述的破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合，其特征在于，相鄰所述偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具（4）之間的間距為20-80m。

4.如權(quán)利要求1所述的破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合，其特征在于，所述外螺旋液動螺桿鉆具（2）的外螺旋管體上的螺旋槽深度為5mm。

5.一種破碎地層定向鉆進(jìn)方法，其特征在于，該方法采用權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

一、當(dāng)鉆進(jìn)孔段位于穩(wěn)定地層時：

步驟a1，破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合中的所有外管均不回轉(zhuǎn)，調(diào)整外螺旋液動螺桿鉆具的彎外管控制定向鉆頭的鉆孔軌跡，中心流道的沖洗液驅(qū)動外螺旋液動螺桿鉆具帶動定向鉆頭進(jìn)行滑動定向鉆進(jìn)；

步驟a2，每當(dāng)滑動定向鉆進(jìn)6-12m后，慢速回轉(zhuǎn)破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合進(jìn)行來回回轉(zhuǎn)掃孔，偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具對孔壁起到刮削作用實(shí)現(xiàn)對孔壁修復(fù)，同時，孔內(nèi)沉積鉆渣被偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具充分碾壓和研磨后隨著沖洗液排出孔外；

二、當(dāng)鉆遇破碎地層時，采用滑動定向鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)掃孔鉆進(jìn)：

采用滑動定向鉆進(jìn)方式每鉆進(jìn)一行程或一根鉆桿后，后退一行程或一根鉆桿來回回轉(zhuǎn)掃孔，通過鉆具組合回轉(zhuǎn)使孔內(nèi)塌孔或切削鉆渣充分排出，鉆進(jìn)參數(shù)正常后繼續(xù)下一行程滑動定向鉆進(jìn)，如此反復(fù)，逐段鉆進(jìn)；

三、當(dāng)鉆遇破碎地層無法定向鉆進(jìn)時，采用回轉(zhuǎn)掃孔鉆進(jìn)：

通過鉆具組合來回的回轉(zhuǎn)掃孔，偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具對破碎地層孔壁來回磨削修復(fù)，并將破碎煤巖塊體充分?jǐn)嚢琛⒛雺汉湍ニ椋偻ㄟ^添加沖洗液提高沖洗介質(zhì)的排渣能力，實(shí)現(xiàn)破碎地層正常鉆進(jìn)；每鉆進(jìn)一行程后，來回回轉(zhuǎn)掃孔，充分排渣后繼續(xù)下一行程鉆進(jìn)；

四、當(dāng)鉆遇塌孔憋壓段時：

回轉(zhuǎn)鉆具組合，鉆孔逐段前后來回反復(fù)掃孔，通過偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具回轉(zhuǎn)作用下偏心反向螺旋翼片和偏心正向螺旋翼片掃孔排渣并對鉆孔修復(fù)；

鉆遇壓力異常時緩慢退鉆，直到鉆孔內(nèi)鉆具退出至上一段破碎區(qū)域且鉆進(jìn)參數(shù)正常后，用多個偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具實(shí)現(xiàn)全孔段掃孔，再重新通水并回轉(zhuǎn)鉆具掃孔下鉆；

通過多根偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具逐級接替掃孔，無須整個鉆孔全孔段提鉆掃孔即可保證整個鉆孔通暢，壓力正常即可重新掃孔下鉆；

采用回轉(zhuǎn)掃孔鉆進(jìn)時，通過調(diào)整鉆具組合的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、泥漿泵排量大小和鉆進(jìn)時給進(jìn)速度實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡傾角的增加或減小來實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡的控制；

若需增加傾角，則采用小的泥漿泵排量，并增加鉆進(jìn)給進(jìn)速度，由于切削破碎及坍塌垮落煤巖塊和顆粒未及時排出造成堆積，對前端外螺旋液動螺桿鉆具起到支撐或墊起作用，傾角逐漸產(chǎn)生增加趨勢；若需要減小傾角，則增大鉆具組合回轉(zhuǎn)速度、降低鉆進(jìn)速度，同時增大泥漿泵排量，在慢速鉆進(jìn)中孔底鉆渣充分排出，鉆具組合自重作用下對地層充分起到向下的切削作用，傾角產(chǎn)生逐漸降低趨勢。