深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺制造技术

本发明专利技术公开深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，包括如下步骤：(a)安装反井钻机；(b)导孔开孔钻进；(c)安装导孔旋转导向井底钻具组合；(d)导孔定向施工；(e)布置扩孔井下钻具组合；(f)扩孔开孔；(g)扩孔钻进；(h)拆除反井设备。本发明专利技术的施工工艺具有导孔开孔精度高、可以精确控制井筒偏斜角度、钻井效率高且操作简便的优点。效率高且操作简便的优点。效率高且操作简便的优点。

【技术实现步骤摘要】
深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺


[0001]本专利技术涉及钻井施工
更具体地，涉及一种深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺。

技术介绍

[0002]反井钻井工艺是先将反井钻机安装在上水平巷道(或地面)，采用小直径导孔钻头(多采用三牙轮钻头)从上向下钻进导孔，用清水或泥浆作循环洗井液，当导孔钻透以后，在下水平巷道中将导孔钻头卸下，装上扩孔钻头，然后沿导孔自下而上扩孔，破碎下来的钻屑从工作面靠自重自由下落至下水平，由装运设备将岩渣从下水平巷道运出。
[0003]反井导孔施工是反井钻机施工，尤其是深(斜)反井施工的关键工序，导孔的偏斜率往往决定了整个反井施工的偏斜率。由于反井钻杆直径比较大，没有专业纠偏功能，主要采用满眼钻进保证偏斜。在施工时虽然可以通过优化稳定钻杆布置、提高开孔精度、合理控制钻进参数等手段提高导孔施工的偏斜率。但对于较深或斜井井筒，尤其遇到倾角较大的岩层，导孔的偏斜率随深度呈几何倍数增长，甚至超过5％，造成导孔施工失败。随着国内外测斜与纠偏技术的发展，偏斜率要求较高的导孔可以采用定向钻具进行施工。
[0004]目前国内较为常用的定向技术为第一代定向钻井技术，即利用螺杆钻具等造斜器纠偏，实现钻进方向的调整。螺杆钻具是利用钻井液在马达的进出口形成的压差，驱动转子带动钻头旋转，而带有弯角的钻具外壳不旋转，从而实现纠偏的目的。目前螺杆钻具在反井施工中应用的限制：螺杆钻具长度通常为7m左右，而反井钻机动力头的最大行程一般只有2m，不能直接在反井钻机上使用，施工定向孔时仍然需要钻探机、泥浆泵等常规钻探装备。装备多，工艺复杂。
[0005]旋转导向钻井可以在钻柱旋转状态下实现井眼轨迹的随钻导向控制，可以克服滑动导向作业中摩阻过大，岩屑沉积的问题。它通过闭环钻井实现闭环控制，被认为是现代导向钻井技术的发展方向。
[0006]旋转导向钻井系统执行机构主要由泥浆涡轮发电机、逆变模块、无线通讯模块、旋转变压器、电子测量控制单元(包含电源模块、主控制模块、近钻头测斜仪、电机驱动模块)、微型电动液压模块、地面测控箱(用于地面测试及钻井过程中的地面控制)等部分构成。其由不旋转的外套和旋转的驱动轴组成，不旋转外套通过上下两个轴承对旋转驱动轴提供旋转支撑。旋转驱动轴上接稳定钻杆，下接钻头，起传递钻压、扭矩和输送钻井液的作用；不旋转外套上设置有井下CPU、测量控制部分、液压系统和偏置执行机构。
[0007]其工作原理，利用近钻头测斜仪随时测量井下钻具组合的钻进方向，经过电子测量控制单元进行计算，通过微型电动液压模块分别控制3个导向执行机构翼板的伸缩，与井壁相互作用产生，从而实现钻进方向的调整。在稳斜或垂直井筒钻进时，可以直接设置角度，通过井下闭环控制系统，可实现井下自动纠偏，也可通过泥浆脉冲与地面通讯，对钻进方向进行干预。但是，反井导孔旋转速度较低，从而导孔效率低。

技术实现思路

[0008]本专利技术的一个目的在于提供一种导孔开孔精度高、可以精确控制井筒偏斜角度、钻井效率高且操作简便的深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0010]深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，包括如下步骤：
[0011](a)安装反井钻机；
[0012](b)导孔开孔钻进；
[0013](c)安装导孔旋转导向井底钻具组合；
[0014](d)导孔定向施工；
[0015](e)布置扩孔井下钻具组合；
[0016](f)扩孔开孔；
[0017](g)扩孔钻进；
[0018](h)拆除反井设备。
[0019]上述深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，在步骤(a)中：将反井钻机L型钻架铰接安装在钻井平台上，反井钻机主机角度调整支撑油缸的一端铰接安装在所述钻井平台上、另一端与所述反井钻机L型钻架铰接连接，反井钻机固定安装在所述反井钻机L型钻架上，通过固定安装在所述反井钻机L型钻架上的液压马达驱动所述反井钻机的动力头正转或反转，开孔钻杆的上端与动力头驱动连接，开孔钻杆的下端穿过钻杆扶正装置与导孔钻头固定连接，所述钻杆扶正装置安装在所述反井钻机L型钻架底座的下表面上，按照设计角度通过所述反井钻机主机角度调整支撑油缸调试所述反井钻机的轴向倾角。
[0020]上述深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，在步骤(b)中：利用所述反井钻机的动力头驱动所述开孔钻杆带动所述导孔钻头转动进行导孔开孔，所述开孔钻杆由长开孔钻杆和短开孔钻杆组成，所述短开孔钻杆的长度为所述长开孔钻杆长度的二分之一；所述长开孔钻杆和所述短开孔钻杆交替使用进行导孔开孔钻进，具体步骤如下：
[0021](b1)安装第一根所述长开孔钻杆进行导孔开孔钻进，待钻进到所述动力头下行的行程距离为所述短开孔钻杆长度时，将所述第一根所述长开孔钻杆的上端与所述动力头拆卸开，所述动力头反转上行复位；
[0022](b2)将所述短开孔钻杆下端与第一根所述长开孔钻杆固定连接，并将所述短开孔钻杆上端与所述动力头驱动连接，启动所述动力头继续进行导孔开孔钻进；
[0023](b3)待钻进到所述动力头下行的行程距离为所述短开孔钻杆长度时，将所述短开孔钻杆上端与所述动力头拆卸开，所述动力头反转上行复位，拆卸所述短开孔钻杆下端与第一根所述长开孔钻杆的连接并取出所述短开孔钻杆；
[0024](b4)在所述动力头与第一根所述长开孔钻杆之间安装第二根所述长开孔钻杆，启动所述动力头继续进行导孔开孔钻进，重复上述步骤(b1)至步骤(b3)，直至导孔钻进至导孔深度能够直接安装导孔旋转导向井底钻具组合。
[0025]上述深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，在步骤(c)中：将所述开孔钻杆和所述导孔钻头提出导孔，安装所述导孔旋转导向井底钻具组合，所述导孔旋转导向井底钻具组合由导孔钻头、旋转导向钻具、直螺杆钻具和柔性短接组成；
[0026]当所述直螺杆钻具的长度大于所述动力头与导孔的距离时：利用反井钻机平移推
拉油缸，将反井钻机后退将井口让出，自下而上依次安装导孔钻头、旋转导向钻具、直螺杆钻具和柔性短接组成的导孔旋转导向井底钻具组合，反井钻机复位，自下而上依次安装反井稳定钻杆和反井普通钻杆；所述反井普通钻杆的上端与反井钻机的动力头驱动连接，所述反井稳定钻杆的下端与所述柔性短接的上端固定连接，所述柔性短接的下端与所述直螺杆钻具的上端固定连接，所述直螺杆钻具的下端与所述旋转导向钻具的上端固定连接，所述旋转导向钻具的下端与所述导孔钻头的上端固定连接；
[0027]当所述直螺杆钻具的长度小于所述动力头与导孔的距离时：自下而上依次安装导孔钻头、旋转导向钻具、直螺杆钻具和柔性短接组成的导孔旋转导向井底钻具组合，反井钻机复位，自下而上依次安装反井稳定钻杆和反井普通钻杆；所述反井普通钻杆的上端与反井钻机的动力头驱动连接，所述反井稳定钻杆的下端与所述柔性短接的上端固定连接，所述柔性短接的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：(a)安装反井钻机；(b)导孔开孔钻进；(c)安装导孔旋转导向井底钻具组合；(d)导孔定向施工；(e)布置扩孔井下钻具组合；(f)扩孔开孔；(g)扩孔钻进；(h)拆除反井设备。2.根据权利要求1所述的深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，其特征在于，在步骤(a)中：将反井钻机L型钻架(1)铰接安装在钻井平台(2)上，反井钻机主机角度调整支撑油缸(3)的一端铰接安装在所述钻井平台(2)上、另一端与所述反井钻机L型钻架(1)铰接连接，反井钻机(19)固定安装在所述反井钻机L型钻架(1)上，通过固定安装在所述反井钻机L型钻架(1)上的液压马达(5)驱动所述反井钻机(19)的动力头(4)正转或反转，开孔钻杆(8)的上端与动力头(4)驱动连接，开孔钻杆(8)的下端穿过钻杆扶正装置(9)与导孔钻头(10)固定连接，所述钻杆扶正装置(9)安装在所述反井钻机L型钻架(1)底座的下表面上，按照设计角度通过所述反井钻机主机角度调整支撑油缸(3)调试所述反井钻机(19)的轴向倾角。3.根据权利要求2所述的深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，其特征在于，在步骤(b)中：利用所述反井钻机(19)的动力头(4)驱动所述开孔钻杆(8)带动所述导孔钻头(10)转动进行导孔开孔，所述开孔钻杆(8)由长开孔钻杆和短开孔钻杆组成，所述短开孔钻杆的长度为所述长开孔钻杆长度的二分之一；所述长开孔钻杆和所述短开孔钻杆交替使用进行导孔开孔钻进，具体步骤如下：(b1)安装第一根所述长开孔钻杆进行导孔开孔钻进，待钻进到所述动力头(4)下行的行程距离为所述短开孔钻杆长度时，将所述第一根所述长开孔钻杆的上端与所述动力头(4)拆卸开，所述动力头(4)反转上行复位；(b2)将所述短开孔钻杆下端与第一根所述长开孔钻杆固定连接，并将所述短开孔钻杆上端与所述动力头(4)驱动连接，启动所述动力头(4)继续进行导孔开孔钻进；(b3)待钻进到所述动力头(4)下行的行程距离为所述短开孔钻杆长度时，将所述短开孔钻杆上端与所述动力头(4)拆卸开，所述动力头(4)反转上行复位，拆卸所述短开孔钻杆下端与第一根所述长开孔钻杆的连接并取出所述短开孔钻杆；(b4)在所述动力头(4)与第一根所述长开孔钻杆之间安装第二根所述长开孔钻杆，启动所述动力头(4)继续进行导孔开孔钻进，重复上述步骤(b1)至步骤(b3)，直至导孔钻进至导孔深度能够直接安装导孔旋转导向井底钻具组合。4.根据权利要求3所述的深井及长斜井反井钻机旋转导向钻具定向施工工艺，其特征在于，在步骤(c)中：将所述开孔钻杆(8)和所述导孔钻头(10)提出导孔，安装所述导孔旋转导向井底钻具组合，所述导孔旋转导向井底钻具组合由导孔钻头(10)、旋转导向钻具(11)、直螺杆钻具(12)和柔性短接(13)组成；当所述直螺杆钻具(12)的长度大于所述动力头(4)与导孔的距离时：利用反井钻机平
移推拉油缸，将反井钻机后退将井口让出，自下而上依次安装导孔钻头(10)、旋转导向钻具(11)、直螺杆钻具(12)和柔性短接(13)组成的导孔旋转导向井底钻具组合，反井钻机复位，自下而上依次安装反井稳定钻杆(14)和反井普通钻杆；所述反井普通钻杆的上端与反井钻机的动力头驱动连接，所述反井稳定钻杆(14)的下端与所述柔性短接(13)的上端固定连接，所述柔性短接(13)的下端与所述直螺杆钻具(12)的上端固定连接，所述直螺杆钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆国业，程守业，刘志强，刘书杰，周明，宋朝阳，
申请(专利权)人：北京中煤矿山工程有限公司，
类型：发明
国别省市：