CN104234626B - 钻井对接方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井对接方法和装置。所述钻井对接方法包括：步骤A：直井按设计钻至距离井下巷道一定距离处，停止钻进，起钻；步骤B：将探管下至当前直井井深；步骤C：在巷道内设置水平轨道，将强磁接头和防爆直流电机运到所述巷道内，使得所述强磁接头能在所述水平轨道上移动设定距离；步骤D：开动所述防爆直流电机，使得所述强磁接头连续匀速旋转，直井中的探管与所述强磁接头进行信号通讯，根据探管的位置得到所述强磁接头的轨迹或位置。所述钻井对接装置包括：水平轨道相互连接的强磁接头和防爆直流电机和探管。本发明为煤矿打救援井，实现救援井与井下巷道的精准对接提供了技术保障，对使用中的井下巷道的生产的影响较小。

Description

钻井对接方法和装置

技术领域

本发明涉及钻井领域，具体涉及煤炭或石油钻井中的两口井的对接，即一种钻井对接方法和装置。

背景技术

在一些煤矿的开发生产过程中为了减少事故造成的人员和财产损失，需要在地面打一些直井作为救援井使用，所谓救援井就是在发生矿难是可以为井下运送食物或者直接把人救出的逃生救援通道，故此救援井在煤矿的安全生产中有着举足轻重的作用。但是在地面打直井的时候，钻进过程中怎么能够实现准确的与井下的巷道对接连通，从而达到作为救援井的目的。原来都是依靠经验或者MWD仪器的检测，但是这种方法实现对接的精准度不高，随机性很大。

随着煤炭生产中的各种安全通道(救援井)的建设以及为了降低井下安全采用的地面打孔输送电缆的方式，要求点对点的精准度越来越高。

所以在煤矿的实际施工过程中还存在地面打直井与现存的使用中井下煤矿巷道对接连通的问题，或者为了进行电缆孔的输送实现点对点钻孔的要求。常规的连通方式为：在巷道内放置探管，正在钻进的直井放入强磁接头(也称为强磁短接)，使用强磁接头做引导钻头朝探管的位置移动，实现钻头轨迹的控制，从而实现直井与现存的井下煤矿巷道对接连通。

目前，现有的对接方式存在以下问题：

由于现存的使用中的井下煤矿巷道中，布置有许多电缆，已经使用的井下煤矿巷道容易出现电缆对探管产生较强的电磁干扰，而且，井下煤矿巷道中，传送带等许多生产运输都要正常运转使用，煤矿巷道内震动较大，而探管对工作环境的要求非常严格，首先放置的地方要求不能有震动，其次要求仪器周围5米之内无电磁干扰，所以，使用中的井下煤矿巷道很难通过探管和强磁接头实现与救援井的对接。要实现使用中的井下煤矿巷道与救援井的对接，只能凭经验，通过多钻孔，多打眼的方式试探进行，浪费大量时间和增加了许多成本。

综上所述，现有技术中存在以下问题：使用中的井下煤矿巷道与救援井难以实现准确的对接。

发明内容

本发明提供一种钻井对接方法和装置，以解决使用中的井下煤矿巷道与救援井或直井难以实现准确的对接的问题。

为此，本发明提出一种钻井对接方法，所述钻井对接方法包括：

步骤A：直井按设计钻至距离井下巷道一定距离处，停止钻进，起钻；

步骤B：直井起钻后，将探管下至当前直井井深；

步骤C：在巷道内设置水平轨道，将强磁接头和防爆直流电机运到所述巷道内，将强磁接头和防爆直流电机连接起来并放置到所述轨道上，使得所述强磁接头能在所述水平轨道上移动设定距离。

步骤D：开动所述防爆直流电机，使得所述强磁接头连续匀速旋转，并且同时使得所述强磁接头在水平轨道上平稳匀速的移动，在所述强磁接头匀速旋转和在水平轨道上同时平稳匀速的移动时，直井中的探管与所述强磁接头进行信号通讯，所述探管将从所述强磁接头处接受的信号传递到地面，从而得到探管的位置，在地面上对所述传递的信号进行处理，根据探管的位置得到所述强磁接头的轨迹或位置；

进一步地，所述钻井对接方法还包括：步骤E：在步骤D后后起出所述探管，下钻并下入定向仪器随钻测量仪，进行直井钻井，使随钻测量仪按照得到的所述强磁接头的轨迹或位置对钻井轨迹进行修正；

步骤F：直井钻井中，续接钻杆时重复上述步骤，以再一次获得所述强磁接头的轨迹或位置，引导后续的直井轨迹，直至后续的直井轨迹确定不变后，则无需换探管，直接钻进；

步骤G：当直井钻至距离巷道3-5米时，直井停止钻进，巷道内收拾好所述强磁接头和防爆直流电机，人员躲到相对安全的地方，然后直井继续钻进，直至直井成功与巷道对穿。

进一步地，步骤A中，直井按设计钻至距离井下巷道小于等于100米处，停止钻进，起钻。

进一步地，所述水平轨道为直线形。

进一步地，步骤F中，重复起钻、换探管，以再一次获得所述强磁接头的轨迹或位置的次数为3至4次。

进一步地，步骤A中，钻头先在直井钻进300米，然后至距离井下巷道80米处，停止钻进，起钻。

进一步地，所述强磁接头在水平轨道上平稳匀速的移动的距离为3至5米。

本发明还提出一种钻井对接装置，所述钻井对接装置包括：

水平轨道，设置在井下巷道中；

相互连接的强磁接头和防爆直流电机，能移动的设置在所述轨道上；

探管，设置在直井中的钻杆上，所述探管与所述强磁接头进行信号通讯。

进一步地，所述水平轨道为直线形。

进一步地，所述钻井对接装置还包括：滑动底座，所述强磁接头和防爆直流电机设置在所述滑动底座上。

进一步地，所述钻井对接装置还包括：设置在地面的数据分析处理系统，所述数据分析处理系统接收探管传递的信号，得到探管的位置，并根据探管的位置得到所述强磁接头的轨迹或位置。

本发明采用了与常规连通完全相反的模式即反演对穿方式，反演对穿就是把强磁接头放在巷道内，仪器放在直井，通过探管的位置推算或确定强磁接头的位置，来进行轨迹控制的新的方式。正演就是由原因推测结果，而反演与正演正好相反就有已知结果去推测过程或者原因。

本发明的反演对穿方式使得探管的工作环境位于条件比较稳定的直井中，没有震动，电缆少，电磁以及震动干扰较小，因而，探管能够在较近的距离内引导直井钻进，另外，为了配合探管工作，本发明将强磁接头在巷道内的水平轨道上平稳匀速的移动，通过探管与强磁接头的互动，以及在强磁接头的平稳匀速的移动过程中，探管向地面发出的信号，在地面人员通过对信号的计算处理，可以将探管发出的信号反演或转换为强磁接头的位置或轨迹，并可以不断修正靶点(强磁接头的位置)数据。

进而，本发明可以在每打完一根单根钻杆(或者每接一根单根钻杆)后，再使探管与强磁接头进行通信或信号联系，再确定一次强磁接头的位置，以不断修正数据，为下一步的直井轨迹控制提供准确的轨迹数据，经过几次修正数据后，就能得到直井轨迹，然后无需换探管，直接钻进。

附图说明

图1为根据本发明实施例的钻井对接方法的工作原理示意图；

图2为根据本发明的实施例的位于井下巷道中的钻井对接装置的主视结构示意图；

图3为根据本发明的实施例的位于井下巷道中的钻井对接装置的俯视结构示意图。

附图标号说明：

1直井(救援井)11钻杆13探管3(井下)巷道31水平轨道33强磁接头35防爆直流电机5地面

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。

如图1所示，本发明提出一种钻井对接方法或钻井连通作业方法，所述钻井对接方法包括：

步骤A：直井1按设计钻至距离井下巷道一定距离处，例如，距离100米处，停止钻进，起钻；

步骤B：直井起钻后，将探管下至当前直井井深(例如，距离100米处)，即将钻杆上的钻头换为探管；

步骤C：在井下巷道(简称巷道)3内设置水平轨道31，将强磁接头33和防爆直流电机35运到所述巷道3内，将强磁接头和防爆直流电机连接起来并放置到所述轨道31上，使得所述强磁接头和防爆直流电机能在所述水平轨道上移动设定距离；

由于在连通作业过程中，必须有交变磁场发射源，才可以实现数据的分析，从而做出对轨迹的调整，所以实现强磁接头在井下连续匀速旋转才是本发明的关键，但是在煤矿的巷道内，实现强磁接头连续匀速旋转，要比直井中实现强磁接头连续匀速旋转难度增加许多，要使强磁接头连续匀速旋转具有防爆保证，为此，本发明为强磁接头在井下连续匀速旋转特地配置了防爆直流电机；

步骤D：开动所述防爆直流电机，使得所述强磁接头连续匀速旋转，以在井下为探管提供交变磁场发射源，并且同时使得所述强磁接头在水平轨道上平稳匀速的移动，以获得井下巷道的线形轨迹，为直井1与井下巷道(简称巷道)3实现线形连通提供保证，为直井1的后续钻井方向通过引导；

在所述强磁接头匀速旋转和在水平轨道上同时平稳匀速的移动时，直井中的探管13与井下巷道(简称巷道)3中的所述强磁接头33进行信号通讯，所述探管13将从所述强磁接头33处接受的信号传递到地面5，从而得到探管13的位置，在地面上对所述传递的信号进行处理，例如通过计算机根据探管的位置通过勾股定理得到或推算出所述强磁接头的轨迹或位置；步骤E：然后起出所述探管13，下钻并下入定向仪器随钻测量仪MWD，进行直井钻井，使随钻测量仪按照得到的所述强磁接头的轨迹或位置对钻井轨迹进行修正；

步骤F：直井钻井中，每打完一根单根或续接钻杆时重复上述步骤，以再一次获得所述强磁接头的轨迹或位置，引导后续的直井轨迹，直至后续的直井轨迹确定不变后，即已经找准了强磁接头的轨迹或位置后，则无需换探管，直接钻进；

步骤G：当直井1钻至距离巷道3-5米时，直井停止钻进，巷道内收拾好所述强磁接头和防爆直流电机，人员躲到相对安全的地方，然后直井继续钻进，直至直井成功与巷道对穿。

进一步地，步骤A中，直井按设计钻至距离井下巷道小于等于100米处，停止钻进，起钻。这样，能够在定向仪器MWD的引导下，进行粗略的定位和钻进，当钻至距离井下巷道小于等于100米处，再采用探管提供精确的数据为MWD进行修正；

进一步地，所述水平轨道31为直线形，能够方便强磁接头和防爆直流电机的匀速移动，另外还可以简化强磁接头的轨迹的计算过程。

进一步地，步骤F中，重复起钻、换探管，以再一次获得所述强磁接头的轨迹或位置的次数为3至4次。经过3至4次的定位和修正数据，已经可以进行精确定位，后续钻进则可以连续进行，无需再进行修正。

进一步地，步骤A中，钻头先在直井钻进300米，这个过程中，一般是通过定向仪器MWD的引导下，实现的直井轨迹的控制，然后至距离井下巷道80米处，停止钻进，起钻，也就是，直井后续的钻进是通过探管的数据，推算出强磁接头的轨迹或位置实现定位和校正的，然后再通过MWD对井眼轨迹进行修正。而原有技术都是依靠经验或者MWD仪器的检测，但是这种方法实现对接的精准度不高，随机性很大。

进一步地，所述强磁接头在水平轨道31上平稳匀速的移动的距离为3至5米。这样，就可以得到靶点的轨迹为一条线，比单一的一个靶点的数据更多，更容易实现对接，为直井对接提供方向数据。由于强磁接头在水平轨道31上平稳匀速的移动的距离为3至5米即可，距离较短，所以，可以采用人力推拉强磁接头和防爆直流电机在轨道上即可实现强磁接头在水平轨道31上平稳匀速的移动，速度可以为人的步行速度，可以无需设置驱动强磁接头和防爆直流电机移动的动力装置，节省成本和安装时间。当然，也可以设置液压或电机驱动强磁接头和防爆直流电机移动，这样，强磁接头在水平轨道31上移动更为匀速。

如图1、图2和图3所示，本发明还提出一种钻井对接装置，所述钻井对接装置包括：

水平轨道31，设置在井下巷道3中；

相互连接的强磁接头33和防爆直流电机35，能移动的设置在所述轨道31上；

探管13，设置在直井1中的钻杆11上，所述探管13与所述强磁接头33进行信号通讯。

本发明的钻井对接装置采用反演对穿方式使得探管的工作环境位于条件比较稳定的直井中，没有震动，电缆少，电磁以及震动干扰较小，因而，探管能够在较近的距离内引导直井钻进。

进一步地，所述水平轨道31为直线形，以获得井下巷道的线性轨迹后形状。

进一步地，所述钻井对接装置还包括：设置在所述轨道31上的滑动底座，所述强磁接头和防爆直流电机设置在所述滑动底座上。通过滑动底座的移动，可以使得强磁接头和防爆直流电机共同移动。可以采用人力推拉强磁接头和防爆直流电机在轨道上即可实现强磁接头在水平轨道31上平稳匀速的移动，速度可以为人的步行速度，可以无需设置驱动强磁接头和防爆直流电机移动的动力装置，节省成本和安装时间。当然，也可以设置液压或电机驱动强磁接头和防爆直流电机移动，这样，强磁接头在水平轨道31上移动更为匀速。

进一步地，所述钻井对接装置还包括：设置在地面的数据分析处理系统(图中未示出)，所述数据分析处理系统例如为计算机，接收探管传递的信号，得到探管的位置，并根据探管的位置得到所述强磁接头的轨迹或位置。

下面描述一下本发明一个实施例的工作过程：

1.直井按设计钻至距离巷道80m，停止钻进，起钻。

2.直井起钻后，在直井中按照定向对穿的准备将(连通仪器)探管下至现在钻进的现有深度位置(当前直井井深)。

3.在直井下入连通仪器即探管的同时，将强磁接头33和防爆直流电机35，运到巷道内，并通过全球定位系统在巷道内找到强磁接头需要平稳运行的起点和终点的坐标(X和Y以及当地的海拔高度H)。

4.在这些都做好准备的情况下，通过井下对讲机，所述强磁接头匀速旋转和在水平轨道上同时平稳匀速的移动，在地面人员通过计算机计算靶点(例如为，强磁接头)位置，并不断修正靶点(例如为，强磁接头)数据，为下一步的直井轨迹控制提供准确的轨迹数据。

5.然后起出连通仪器(探管)，下钻下入定向仪器MWD对井眼轨迹进行修正。每打完一根单根如此重复上述步骤引导直井轨迹，为其成功对穿巷道提供准确可靠的数据。

6.当直井钻至距离巷道3-5米时，直井停止钻进，巷道内收拾好定向接头，人员躲到相对安全的地方。然后直井继续钻进，直至直井成功与巷道对穿。对接点或对穿点的左右偏差不超过±50cm。

本发明为煤矿打救援井，实现救援井与井下巷道的精准对接提供了技术保障，对使用中的井下巷道的生产的影响较小。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种钻井对接方法，其特征在于，所述钻井对接方法包括：

步骤A：直井按设计钻至距离井下巷道一定距离处，停止钻进，起钻；

步骤B：直井起钻后，将探管下至当前直井井深；

步骤C：在巷道内设置水平轨道，将强磁接头和防爆直流电机运到所述巷道内，将强磁接头和防爆直流电机连接起来并放置到所述水平轨道上，使得所述强磁接头能在所述水平轨道上移动设定距离；

步骤D：开动所述防爆直流电机，使得所述强磁接头连续匀速旋转，并且同时使得所述强磁接头在水平轨道上平稳匀速的移动，在所述强磁接头匀速旋转和在水平轨道上同时平稳匀速的移动时，直井中的探管与所述强磁接头进行信号通讯，所述探管将从所述强磁接头处接受的信号传递到地面，从而得到探管的位置，在地面上对所述传递的信号进行处理，根据探管的位置得到所述强磁接头的轨迹或位置；

所述钻井对接方法还包括：步骤E：在步骤D后起出所述探管，下钻并下入定向仪器随钻测量仪，进行直井钻井，使随钻测量仪按照得到的所述强磁接头的轨迹或位置对钻井轨迹进行修正；

步骤F：直井钻井中，续接钻杆时重复使随钻测量仪按照得到的所述强磁接头的轨迹或位置对钻井轨迹进行修正，并再一次获得所述强磁接头的轨迹或位置，引导后续的直井轨迹，直至后续的直井轨迹确定不变后，则无需换探管，直接钻进；

步骤G：当直井钻至距离巷道3-5米时，直井停止钻进，巷道内收拾好所述强磁接头和防爆直流电机，人员躲到相对安全的地方，然后直井继续钻进，直至直井成功与巷道对穿。

2.如权利要求1所述的钻井对接方法，其特征在于，步骤A中，直井按设计钻至距离井下巷道小于等于100米处，停止钻进，起钻，步骤C中，所述水平轨道为直线形。

3.如权利要求1所述的钻井对接方法，其特征在于，步骤F中，重复起钻、换探管，以再一次获得所述强磁接头的轨迹或位置的次数为3至4次。

4.如权利要求1所述的钻井对接方法，其特征在于，步骤A中，钻头先在直井钻进300米，然后至距离井下巷道80米处，停止钻进，起钻。

5.如权利要求2所述的钻井对接方法，其特征在于，所述强磁接头在水平轨道上平稳匀速的移动的距离为3至5米。