CN110454086B - 一种大斜度井潜孔钻进控向的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种大斜度井潜孔钻进控向的方法及装置，其中控向方法为通过潜孔锤沿指定角度进行钻进，钻进过程中探测装置通过接收地磁信号来判断转角、倾角和钻进方向；当探测到钻进方向偏离预定轨道后，通过弯壳体进行纠正，具体步骤如下：步骤一：潜孔锤停止转动，调整弯壳体的夹角一侧朝向预定轨道方向；步骤二：潜孔锤冲击钻进至回归预定轨道；步骤三：潜孔锤继续冲击回转钻进。根据本申请实施例提供的技术方案，通过探测装置实现对钻进过程中斜度方向的实时监控，出现偏孔后，可通过弯壳体进行调整，最终实现大斜度井的钻进。
Description
技术领域
本申请涉及石油钻井和矿山开发技术领域，具体涉及一种大斜度井潜孔钻进控向的方法及装置。
背景技术
潜孔锤改变了传统钻削岩石的方式，使岩石成体积破碎，极大提高了钻进效率和复杂地层的适应性，在石油、天然气和地下矿藏资源地质勘察、矿山开发、隧道掘进、水井钻凿以及管道铺设工程中应用广泛。潜孔锤主要有气动、液动、电动和机械式冲击器等几种类型，在石油钻井和煤矿矿山开发中，常用潜孔锤类型主要为气动潜孔锤。钻进时，空气压缩机将高压气体注入钻杆中，高压气体到达潜孔锤后，对活塞产生一个很大的压力，该压力在气缸和活塞位移的配合下，可以在活塞上端面和下端面之间频繁往复变化，使活塞不断冲击锤头，将冲击能量传递给孔底岩石，达到破碎岩石的目的；同时钻机回转机构可以带动钻杆旋转，可以使潜孔锤锤头以一定角速度旋转，间歇冲击岩石。
常规潜孔钻进工艺，不适合大斜度井的钻进，主要由于地层分布不均，潜孔钻进时，潜孔锤容易向较软的一侧钻进，出现偏孔。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种大斜度井潜孔钻进控向的方法及装置。
第一方面，本申请提供一种大斜度井潜孔钻进控向的方法，通过潜孔锤沿指定角度进行钻进，钻进过程中探测装置通过接收地磁信号来判断转角、倾角和钻进方向；当探测到钻进方向偏离预定轨道后，通过弯壳体进行纠正，具体步骤如下：
步骤一：潜孔锤停止转动，调整弯壳体的夹角一侧朝向预定轨道方向；
步骤二：潜孔锤冲击钻进至回归预定轨道；
步骤三：潜孔锤继续冲击回转钻进。
第二方面，本申请提供一种大斜度井潜孔钻进装置，其特征在于，包括钻机；钻机上设有钻杆；钻杆一端设有潜孔锤；潜孔锤与钻杆之间设有弯壳体；弯壳体设有1°至2°的弯度；钻杆上还设有用于探测转角、倾角和钻进方向的探测装置。
进一步的，钻杆包括与钻机连接的连杆；连杆与探测装置之间连接有扶正器；探测装置与弯壳体之间依次连接有伸缩短节和减震吸能装置。
进一步的，潜孔锤为气动式；钻杆、弯壳体和探测装置内部均设有相应的气路通道；钻机上设有与气路通道连通的气盒子；气盒子上还连接有空压机和泡沫泵。
进一步的，探测装置包括探棒腔和无磁钻杆；探棒腔两端分别连接有无磁钻杆；探棒腔内部设有探棒。
进一步的，探棒靠近连杆一端与无磁钻杆连接；无磁钻杆内部设有导电机构；导电机构包括位于两端的公头和母头；公头和母头之间连接有导电铜芯；母头内设有塔型弹簧；公头内对应塔型弹簧设有相应的对接孔；探棒上设有相应的公头。
进一步的，扶正器上也设有导电机构，两端分别通过公头和母头与连杆和无磁钻杆连接；扶正器外壁对应钻孔设有相应直径的凸台；凸台上设有用于两端连通的流道槽。
进一步的，伸缩短节包括伸缩下接头；伸缩下接头靠近减震吸能装置一端处设有轴肩；伸缩下接头远离轴肩一端套设有伸缩上接头；伸缩上接头与轴肩之间设有缓冲弹簧；伸缩上接头远离缓冲弹簧一端设有阶梯台；伸缩下接头上对应阶梯台处设有锁母。
进一步的，减震吸能装置包括震动轴；震动轴呈阶梯状，靠近两端处分别设有外管锁母；两外管锁母之间设有外管；外管与震动轴之间设有减震O型密封圈组；减震O型密封圈组一端设有震动轴锁母和震动轴防松锁母。
本申请具有的优点和积极效果是：通过探测装置实现对钻进过程中斜度方向的实时监控，出现偏孔后，可通过弯壳体进行调整，最终实现大斜度井的钻进。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,通过扶正器可以减少钻具与孔壁之间的间隙，使钻具在钻进过程中减少晃动，增加其使用寿命，还能够避免在钻孔时孔壁掉块的情况下发生卡钻现象，并且可以用来控制钻孔方向，保证钻孔的直线度，起到有效的纠斜作用。
通过伸缩短节对潜孔锤冲击岩石进行位移补偿，高压气体通过活塞对潜孔锤头施压过大时，确保锤头有足够的位移空间。
通过减震吸能装置可有效缓解气动潜孔锤冲击岩石产生的反作用力和震动，不仅提高钻杆的使用寿命，还可提高探测装置的探测效果。
附图说明
图1为本申请实施例提供的大斜度井潜孔钻进装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的大斜度井潜孔钻进装置的探测装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的大斜度井潜孔钻进装置的伸缩短节的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的大斜度井潜孔钻进装置的减震吸能装置的结构示意图。
图中所述文字标注表示为：100-潜孔锤；200-探测装置；210-探棒腔；211-探棒；220-无磁钻杆；221-公头；222-母头；223-导电铜芯；224-塔型弹簧；225-对接孔；300-弯壳体；400-钻机；410-气盒子；420-空压机；430-泡沫泵；500-连杆；600-扶正器；700-伸缩短节；710-伸缩下接头；720-伸缩上接头；730-缓冲弹簧；740-锁母；800-减震吸能装置；810-震动轴；820-外管锁母；830-外管；840-减震O型密封圈组；850-震动轴锁母；860-震动轴防松锁母。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
第一方面，请参考图1，本实施例提供一种大斜度井潜孔钻进控向的方法，通过潜孔锤100沿指定角度进行钻进，钻进过程中探测装置200通过接收地磁信号来判断转角、倾角和钻进方向；当探测到钻进方向偏离预定轨道后，通过弯壳体300进行纠正，具体步骤如下：
步骤一：潜孔锤100停止转动，调整弯壳体300的夹角一侧朝向预定轨道方向；
步骤二：潜孔锤100冲击钻进至回归预定轨道；
步骤三：潜孔锤100继续冲击回转钻进。
第二方面，本实施例提供一种大斜度井潜孔钻进的结构，包括钻机400，钻机400上设有钻杆，钻杆一端设有潜孔锤100，潜孔锤100与钻杆通过弯壳体300连接，弯壳体300带有1.5°的弯度；钻杆上还设有用于探测转角、倾角和钻进方向的探测装置200，探测装置200可对钻进过程中斜度方向进行实时监控，出现偏孔后，可通过弯壳体300进行调整；由于弯壳体300带有1.5°的弯度，钻进过程中钻孔的直径大于潜孔锤100的直径，发生偏离时，可通过弯壳体300调整角度，将预定轨道上的岩石击碎便可回归预定过道。
在一优选实施例中，钻杆包括与钻机400连接的连杆500，连杆500与探测装置200之间连接有扶正器600；探测装置200与弯壳体300之间依次连接有伸缩短节700和减震吸能装置800，伸缩短节700与探测装置200连接，减震吸能装置800与弯壳体300连接。
在一优选实施例中，潜孔锤100为气动式，钻杆、弯壳体300和探测装置200内部均设有相应的气路通道；潜孔锤100由空压机420提供气源，空压机420与钻杆之间连接有气盒子410，气盒子410上还连接有泡沫泵430，空压机420排出的高压气体与泡沫混合后进入气盒子410，气盒子410位于钻机400上。
请进一步参考图2，在一优选实施例中，探测装置200包括探棒腔210和无磁钻杆220，探棒腔210两端分别连接有无磁钻杆220；探棒腔210的两端均连接有无磁钻杆220，内部设有探棒221。探棒腔210沿圆周方向设有均布的6个圆柱孔，以便高压气体通过。
在一优选实施例中，探棒211靠近连杆500一端与无磁钻杆220连接，无磁钻杆220内部设有导电机构，导电机构包括位于无磁钻杆220两端的公头221和母头222，公头221和母头222之间连接有导电铜芯223；导电铜芯223外侧设有用于固定的橡胶套，橡胶套上沿导电铜芯223的轴线方向设有通孔；钻杆组合处采用承插连接，便于拆装和更换元件，导电机构之间通过将公头221插入母头222中，母头222内的塔型弹簧224与公头221内相应的对接孔225对接导通，塔型弹簧224能够保证钻杆连接处导电更加可靠；探棒211通过公头221与无磁钻杆220上相应的母头222连接；公头221和母头222均通过通气卡环进行固定，通气卡环上还设有气体通道，对公头221和母头222进行固定的同时还能够确保压缩空气正常输送。
在一优选实施例中，扶正器600上也设有导电机构，两端分别通过公头221和母头222与所述连杆500和无磁钻杆220连接；扶正器600外壁对应钻孔直径设有相应凸台，凸台上设有用于排屑的流道槽。大斜度井钻进过程中容易发生孔壁坍塌埋钻的问题，扶正器600可以减少钻具与孔壁之间的间隙，使钻具在钻进过程中减少晃动，增加其使用寿命，还能够避免在钻孔时孔壁掉块的情况下发生卡钻现象，并且可以用来控制钻孔方向，保证钻孔的直线度，起到有效的纠斜作用。
请进一步参考图3，在一优选实施例中，伸缩短节700包括伸缩下接头710，伸缩下接头710靠近减震吸能装置800一端处设有轴肩，伸缩下接头710远离轴肩一端套设有伸缩上接头720，伸缩上接头720与轴肩之间设有缓冲弹簧730；伸缩上接头720远离轴肩一端设有阶梯台，远离轴肩一端的内径相对大于靠近轴肩一端的内径，阶梯台处设有与伸缩下接头710螺纹连接的锁母740。
请进一步参考图4，在一优选实施例中，减震吸能装置800包括震动轴810，震动轴810呈阶梯状，靠近两端处分别设有外管锁母820，两个外管锁母820之间设有外管830，外管830与震动轴810之间设有减震O型密封圈组840，减震O型密封圈组840一端与设有震动轴锁母850和震动轴防松锁母860。潜孔锤100冲击岩石会产生很大的反作用力和震动，会对后续探测装置200和钻杆造成较大损坏，通过减震O型密封圈组840进行减震和吸能后，减少潜孔锤100产生的震动，可有效降低对钻杆的损耗，使潜孔锤100开凿大斜度井时具有可控性能。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。
Claims (4)
1.一种大斜度井潜孔钻进控向的方法，其特征在于，
大斜度井潜孔钻进装置包括：
钻机（400）；所述钻机（400）上设有钻杆；所述钻杆一端设有潜孔锤（100）；所述潜孔锤（100）与钻杆之间设有弯壳体（300）；所述弯壳体（300）设有1°至2°的弯度；所述钻杆上还设有用于探测转角、倾角和钻进方向的探测装置（200）；
所述钻杆包括与所述钻机（400）连接的连杆（500）；所述连杆（500）与探测装置（200）之间连接有扶正器（600）；所述探测装置（200）与弯壳体（300）之间依次连接有伸缩短节（700）和减震吸能装置（800）；
所述潜孔锤（100）为气动式；所述钻杆、弯壳体（300）和探测装置（200）内部均设有相应的气路通道；所述钻机（400）上设有与所述气路通道连通的气盒子（410）；所述气盒子（410）上还连接有空压机（420）和泡沫泵（430）；
所述探测装置（200）包括探棒腔（210）和无磁钻杆（220）；所述探棒腔（210）两端分别连接有所述无磁钻杆（220）；所述探棒腔（210）内部设有探棒（211）；
所述探棒（211）靠近所述连杆（500）一端与所述无磁钻杆（220）连接；所述无磁钻杆（220）内部设有导电机构；所述导电机构包括位于两端的公头（221）和母头（222）；所述公头（221）和母头（222）之间连接有导电铜芯（223）；所述母头（222）内设有塔型弹簧（224）；所述公头（221）内对应所述塔型弹簧（224）设有相应的对接孔（225）；所述探棒（211）上设有相应的所述公头（221）；
通过所述潜孔锤（100）沿指定角度进行钻进，钻进过程中所述探测装置（200）通过接收地磁信号来判断转角、倾角和钻进方向；当探测到钻进方向偏离预定轨道后，通过所述弯壳体（300）进行纠正，具体步骤如下：
步骤一：所述潜孔锤（100）停止转动，调整所述弯壳体（300）的夹角一侧朝向所述预定轨道方向；
步骤二：所述潜孔锤（100）冲击钻进至回归所述预定轨道；
步骤三：所述潜孔锤（100）继续冲击回转钻进。
2.根据权利要求1所述的大斜度井潜孔钻进控向的方法，其特征在于，所述扶正器（600）上也设有所述导电机构，两端分别通过所述公头（221）和母头（222）与所述连杆（500）和无磁钻杆（220）连接；所述扶正器（600）外壁对应钻孔设有相应直径的凸台；所述凸台上设有用于两端连通的流道槽。
3.根据权利要求1所述的大斜度井潜孔钻进控向的方法，其特征在于，所述伸缩短节（700）包括伸缩下接头（710）；所述伸缩下接头（710）靠近所述减震吸能装置（800）一端处设有轴肩；所述伸缩下接头（710）远离所述轴肩一端设有伸缩上接头（720）；所述伸缩上接头（720）与轴肩之间设有缓冲弹簧（730）；所述伸缩上接头（720）远离所述缓冲弹簧（730）一端设有阶梯台；所述伸缩下接头（710）上对应所述阶梯台处设有锁母（740）。
4.根据权利要求1所述的大斜度井潜孔钻进控向的方法，其特征在于，所述减震吸能装置（800）包括震动轴（810）；所述震动轴（810）呈阶梯状，靠近两端处分别设有外管锁母（820）；两所述外管锁母（820）之间设有外管（830）；所述外管（830）与所述震动轴（810）之间设有减震O型密封圈组（840）；所述减震O型密封圈组（840）一端设有震动轴锁母（850）和震动轴防松锁母（860）。
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