CN111322059A - 鱼刺型分支孔定向的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种鱼刺型分支孔定向的方法，属于井下帷幕注浆技术领域，包括以下步骤：在地面刻画直线，测量其真方位，即参考方向线，线长大于8m；设置陀螺测斜仪的姿态，使其母线及轴心线所在平面为所述直线所在的铅垂面；启动陀螺测斜仪，运转稳定后通过电脑参数设置，使陀螺测斜仪的显示方位等于参考方向线真方位，并将陀螺测斜仪下放入钻杆内；使陀螺测斜仪上的定向靴与螺杆钻具上的卡键接触，转动钻杆，通过电脑显示最终控制造斜钻具的造斜方向，关闭陀螺测斜仪并提出井口；对钻具造斜方位进行修正和重置；以及利用反扭角逐深修正法修订反扭角。本发明提供一种对“鱼刺型”分支孔进行人工定向的操作方法。

Description

鱼刺型分支孔定向的方法

技术领域

本发明属于井下帷幕注浆技术领域，更具体地说，是涉及一种鱼刺型分支孔定向的方法。

背景技术

关于定向钻进技术自2008年开始多应用于我国煤矿地区，据统计已在30多个矿区进行了广泛的推广应用，多应用于S孔，采用定向方法主要为随钻测量定向钻进系统。其工作原理为：在钻进过程中实施测量钻孔的方位和倾角，根据需要，改变钻进方向，其造斜段300-400m长，偏转角度90°，造斜率一般只有0.25-0.3°/m。

然而，“鱼刺型”分支孔，见图1，需要快速偏斜钻进，其造斜段只有3m，其造斜率最大达到了15°/m，一般为10°/m，“鱼刺型”分支孔的过度弯曲限制了现有的随钻测量定向系统应用于此类工程。

现有技术条件，缺乏了高造斜率的“鱼刺型”分支孔的定向方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鱼刺型分支孔定向的方法，旨在提供一种对“鱼刺型”分支孔进行人工定向的操作方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种鱼刺型分支孔定向的方法，包括以下步骤：

在地面刻画直线，测量其真方位，即参考方向线，线长大于8m；

设置陀螺测斜仪的姿态，使其母线及轴心线所在平面为所述直线所在的铅垂面；

启动陀螺测斜仪，运转稳定后通过电脑参数设置，使陀螺测斜仪的显示方位等于参考方向线真方位，并将陀螺测斜仪下放入钻杆内；

使陀螺测斜仪上的定向靴与螺杆钻具上的卡键接触，转动钻杆，通过电脑显示最终控制造斜钻具的造斜方向，关闭陀螺测斜仪并提出井口；

对钻具造斜方位进行修正和重置；以及

利用反扭角逐深修正法修订反扭角。

作为本申请另一实施例，利用经纬仪设置所述陀螺测斜仪的姿态。

作为本申请另一实施例，设置所述陀螺测斜仪的姿态具体为：

将陀螺测斜仪和经纬仪分别置于参考方向线的两端；

在陀螺测斜仪的上下两端分别粘贴一张竖线纸，所述竖线纸印有竖线条且间距相等，使陀螺测斜仪的母线分别与两张竖线纸中的唯一的粗竖线条重合；

调整陀螺测斜仪的姿态，使经纬仪视野中的十字竖丝与两条粗线条重合，且保证视野内粗线条两侧的竖线数量一致。

作为本申请另一实施例，所述陀螺测斜仪下放入钻杆内时保持测斜仪垂直并缓慢移动仪器放入，减少因人为晃动造成的陀螺测斜仪的零点漂移程度，应保持匀速下放，并检查线路，接近孔底时，缓慢降低下放速度。

作为本申请另一实施例，所述陀螺测斜仪提出井口后，在孔口处的钻杆头部缠绕黄色电工绝缘胶带；调整经纬仪，保证其视野内右侧竖丝与胶带右边界的距离等于左侧竖丝与胶带左边界的距离；在胶带上做“×”型标记，设为A点，使其与经纬仪中央竖丝重合，建立钻杆与经纬仪的固定角度关系。

作为本申请另一实施例，连接主动钻杆后若改变了钻杆在钻孔内的状态，则采取如下措施使钻具造斜方向重回预订方位：

水平微转经纬仪头部及调整钻杆姿态，使其重新达到经纬仪视野中的十字竖丝与A点重合状态，此时将会产生∠β的误差，保持∠β的极大值小于±10°的设计要求。

作为本申请另一实施例，将造斜钻具下放至孔底的过程中，在孔口以上约1m的位置，做“×”型标记，设为C点，使其位于钻杆中轴线上，重新建立钻铤和经纬仪的固定角度关系。

作为本申请另一实施例，若钻铤与卡盘之间存在缝隙，启动螺杆钻具后，力的反作用会使钻铤扭动，在下放钻具至孔底后，应使钻杆和方卡预先达到卡定状态，同时使C点达到经纬仪视野中十字竖丝重合状态，此时造斜钻具再次回到预订造斜方位。

作为本申请另一实施例，还包括利用反扭角逐深修正法进行反扭角的取值。

作为本申请另一实施例，所述反扭角修正值等于预先给定的反扭角加上设计方位角与分支孔的实际方位角的差值，每次用本次的反扭角修正值指导下次的反扭角值，建立反扭角修正值和孔深的关系曲线。

本发明的鱼刺型分支孔定向的方法，有益效果在于：提供了一种高造斜率的“鱼刺型”分支孔的定向方法，解除了现有的随钻测量定向系统不能应用于此类工程的弊端，能够方便准确地将分支孔进行定向，提高了准确度，提高了效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为“鱼刺型”分支孔钻孔结构前视图

图2为本发明陀螺测斜仪的最终调整后的姿态

图3为本发明陀螺测斜仪摆放时的经纬仪中测斜仪视野图

图4为本发明定向钻具造斜方位时经纬仪视野中的钻杆视野图。

图5为本发明钻杆头部在孔口平移后重置造斜方位的示意图。

图6为本发明钻杆控制点引点示意图(入井前)。

图7为本发明钻杆控制点引点示意图(入井后)

图8为本发明钻铤变形后，其与卡盘之间存在缝隙的示意图；

图9为本发明反扭角以及各个参数的表格对照图；

图10为本发明反扭角与孔深之间的对照关系图。

图中：

0—钻窝及钻塔，1—钻孔主孔；2—分支孔；3—铅垂面；3.1—铅垂线；3.2—参考方向线；4—陀螺测斜仪轴心线；5—陀螺测斜仪母线；6—陀螺测斜仪杆身；7—竖线纸；8—经纬仪十字线，9—钻杆；10—“×”型标记A点；10.1—β角；11—胶带；12—竖丝与边界距离；13—钻杆原位；14—钻杆新位；15—孔口，16—钻杆中轴线；17—钻铤；18—井口启东角；19—卡盘。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明提供的数据采集存储平台进行进一步的说明。

本发明提供的一种鱼刺型分支孔定向的方法，包括以下步骤：

在地面刻画直线，测量其真方位，即参考方向线，线长大于8m，见图2，为保证精度，线长至少大于8m；

设置陀螺测斜仪的姿态，使其母线及轴心线所在平面为所述直线所在的铅垂面；

启动陀螺测斜仪，运转稳定后通过电脑参数设置，使陀螺测斜仪的显示方位等于参考方向线真方位，并将陀螺测斜仪下放入钻杆内；

使陀螺测斜仪上的定向靴与螺杆钻具上的卡键接触，转动钻杆，通过电脑显示最终控制造斜钻具的造斜方向，关闭陀螺测斜仪并提出井口；

对钻具造斜方位进行修正和重置；以及

利用反扭角逐深修正法修订反扭角。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，陀螺测斜仪最终姿态是铅垂面同时穿过陀螺测斜仪的母线(仪器外表面的一条垂直缝)及轴心线，目的是为给定测斜仪真实方位创造最基本条件。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，利用经纬仪设置所述陀螺测斜仪的姿态。

在本实施方式中，通过经纬仪进行打点，通过在陀螺测斜仪上设置参照点，在通过经纬仪定位调整，将陀螺测斜仪的母线及轴心线所在平面为所述直线所在的铅垂面，也就是将陀螺测斜仪设置在此铅垂面上。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，设置所述陀螺测斜仪的姿态具体为：

将陀螺测斜仪和经纬仪分别置于参考方向线的两端；

在陀螺测斜仪的上下两端分别粘贴一张竖线纸，所述竖线纸印有竖线条且间距相等，使陀螺测斜仪的母线分别与两张竖线纸中的唯一的粗竖线条重合；

调整陀螺测斜仪的姿态，使经纬仪视野中的十字竖丝与两条粗线条重合，且保证视野内粗线条两侧的竖线数量一致。

在本实施方式中，参考方向线和铅垂线两条线两者确定了一个平面，将经纬仪设置在参考方向线的一端，即使得经纬仪位于此平面上，然后在陀螺测斜仪上设置两点，将两点均与经纬仪的十字竖丝相对正，这样陀螺测斜仪则与经纬仪位于同一铅垂面上了，最终使得铅垂面同时穿过陀螺测斜仪的母线及轴心线，如图3，如此便可保证铅垂面同时穿过陀螺测斜仪的母线和轴心线。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，所述陀螺测斜仪下放入钻杆内时保持测斜仪垂直并缓慢移动仪器放入，减少因人为晃动造成的陀螺测斜仪的零点漂移程度，应保持匀速下放，并检查线路，接近孔底时，缓慢降低下放速度。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，所述陀螺测斜仪提出井口后，在孔口处的钻杆头部缠绕黄色电工绝缘胶带；调整经纬仪，保证其视野内右侧竖丝与胶带右边界的距离等于左侧竖丝与胶带左边界的距离；在胶带上做“×”型标记，设为A点，使其与经纬仪中央竖丝重合，建立钻杆与经纬仪的固定角度关系。

在本实施方式中，当陀螺测斜仪上的定向靴与螺杆钻具上的卡键接触后，转动钻杆，便可通过电脑显示最终控制造斜钻具的造斜方向，关闭陀螺测斜仪并提出井口。由于后期需对钻杆进行加钻杆、转动等必要操作，为保证后期造斜方向重回预订方位，需继续以下操作建立钻杆与经纬仪的固定角度关系。

其具体操作为：①在孔口处的钻杆头部缠绕黄色电工绝缘胶带(黄色背景醒目，便于观察)；②调整经纬仪，保证其视野内右侧竖丝与胶带右边界的距离等于左侧竖丝与胶带左边界的距离；③在胶带上做“×”型标记，设为A点，使其与经纬仪中央竖丝重合，即达到图4中的状态后，便建立了钻杆与经纬仪的固定角度关系。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，连接主动钻杆后若改变了钻杆在钻孔内的状态，则采取如下措施使钻具造斜方向重回预订方位：

水平微转经纬仪头部及调整钻杆姿态，使其重新达到经纬仪视野中的十字竖丝与A点重合状态，此时将会产生∠β的误差，保持∠β的极大值小于±10°的设计要求。

在本实施方式中，后期操作过程中，有可能导致造斜钻具偏离造斜方位的问题有三，如由于连接钻铤导致的钻杆头部在孔口平移问题、钻铤自重压弯自身问题及钻铤老旧变形问题。

1、钻杆头部孔口平移

连接主动钻杆后势必会改变钻杆在钻孔内的状态，如钻杆在钻孔内平移或转动)，钻杆转动将会改变钻具造斜方向，因此需采取如下措施使钻具造斜方向重回预订方位：水平微转经纬仪头部及调整钻杆姿态，使其重新达到图4状态。此时将会产生∠β的误差，见图5。假设钻孔口径219mm、钻杆89mm、钻杆距经纬仪8m的条件下，极值情况下，孔内最大平移量为130mm，可计算出误差极大值β＝0.91°，远小于±10°的设计要求。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，将造斜钻具下放至孔底的过程中，在孔口以上约1m的位置，做“×”型标记，设为C点，使其位于钻杆中轴线上，重新建立钻铤和经纬仪的固定角度关系。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，若钻铤与卡盘之间存在缝隙，启动螺杆钻具后，力的反作用会使钻铤扭动，在下放钻具至孔底后，应使钻杆和方卡预先达到卡定状态，同时使C点达到经纬仪视野中十字竖丝重合状态，此时造斜钻具再次回到预订造斜方位。

2、钻铤自重压弯自身

将造斜钻具下放至孔底的过程中，钻杆会在孔内发生旋转从而改变造斜方向，但此时A点往往已进入井孔内，无法再次通过A点将造斜方向重置，因此将钻具下放至孔底前需事先将A点垂直向上引出第二个“×”型标记设为B点。但此时往往由于钻铤压弯自身，B点会偏离钻杆中轴线甚至超出钻铤杆身，因此应将A点引至C点(C点在钻杆中轴线上)。做法如下：

步骤1完成后立即进行以下操作：在孔口以上约1m的位置，按步骤4做“×”型标记，设为C点，使其位于钻杆中轴线上，见图6，如此便重新建立了钻铤和经纬仪的固定角度关系。

3、钻铤老旧变形

由于钻铤老旧，钻铤与卡盘之间存在缝隙，如图8，启动螺杆钻具后，力的反作用会使钻铤扭动，产生图8所示的角度，发明者称其为井口启动角。因此在下放钻具至孔底后，应使钻杆和方卡预先达到“卡死”的状态。同时，使C点达到图4中的状态，此时造斜钻具再次回到预订造斜方位。焊接钻机转盘，使其不能转动，开动水泵即可造斜钻进。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，还包括利用反扭角逐深修正法进行反扭角的取值。

作为本发明的提供的鱼刺型分支孔定向的方法的一种实施方式，所述反扭角修正值等于预先给定的反扭角加上设计方位角与分支孔的实际方位角的差值，每次用本次的反扭角修正值指导下次的反扭角值，建立反扭角修正值和孔深的关系曲线。

在本实施方式中，对于一个场地，钻杆的柔韧程度、地层岩石的坚硬程度、裂隙大致的发育规律等影响因素很难做到量化，但对反扭角的影响是有规律性的，称其为系统误差。忽略掉所有系统误差，获得反扭角修正值。反扭角修正值＝预先给定的反扭角+(设计方位角-分支孔的实际方位角)。

即每次用本次的反扭角修正值指导下次的反扭角值。如此反复以后，便可建立较为准确的反扭角修正值和孔深的关系曲线。发明者称此种方法为反扭角逐深修正法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.鱼刺型分支孔定向的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在地面刻画直线，测量其真方位，即参考方向线，线长大于8m；

设置陀螺测斜仪的姿态，使其母线及轴心线所在平面为所述直线所在的铅垂面；

启动陀螺测斜仪，运转稳定后通过电脑参数设置，使陀螺测斜仪的显示方位等于参考方向线真方位，并将陀螺测斜仪下放入钻杆内；

使陀螺测斜仪上的定向靴与螺杆钻具上的卡键接触，转动钻杆，通过电脑显示最终控制造斜钻具的造斜方向，关闭陀螺测斜仪并提出井口；

对钻具造斜方位进行修正和重置；以及

利用反扭角逐深修正法修订反扭角。

2.如权利要求1所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，利用经纬仪设置所述陀螺测斜仪的姿态。

3.如权利要求2所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，设置所述陀螺测斜仪的姿态具体为：

将陀螺测斜仪和经纬仪分别置于参考方向线的两端；

在陀螺测斜仪的上下两端分别粘贴一张竖线纸，所述竖线纸印有竖线条且间距相等，使陀螺测斜仪的母线分别与两张竖线纸中的唯一的粗竖线条重合；

调整陀螺测斜仪的姿态，使经纬仪视野中的十字竖丝与两条粗线条重合，且保证视野内粗线条两侧的竖线数量一致。

4.如权利要求1所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，所述陀螺测斜仪下放入钻杆内时保持测斜仪垂直并缓慢移动仪器放入，减少因人为晃动造成的陀螺测斜仪的零点漂移程度，应保持匀速下放，并检查线路，接近孔底时，缓慢降低下放速度。

5.如权利要求1所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，所述陀螺测斜仪提出井口后，在孔口处的钻杆头部缠绕黄色电工绝缘胶带；调整经纬仪，保证其视野内右侧竖丝与胶带右边界的距离等于左侧竖丝与胶带左边界的距离；在胶带上做“×”型标记，设为A点，使其与经纬仪中央竖丝重合，建立钻杆与经纬仪的固定角度关系。

6.如权利要求5所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，连接主动钻杆后若改变了钻杆在钻孔内的状态，则采取如下措施使钻具造斜方向重回预订方位：

水平微转经纬仪头部及调整钻杆姿态，使其重新达到经纬仪视野中的十字竖丝与A点重合状态，此时将会产生∠β的误差，保持∠β的极大值小于±10°的设计要求。

7.如权利要求5所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，将造斜钻具下放至孔底的过程中，在孔口以上约1m的位置，做“×”型标记，设为C点，使其位于钻杆中轴线上，重新建立钻铤和经纬仪的固定角度关系。

8.如权利要求7所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，若钻铤与卡盘之间存在缝隙，启动螺杆钻具后，力的反作用会使钻铤扭动，在下放钻具至孔底后，应使钻杆和方卡预先达到卡定状态，同时使C点达到经纬仪视野中十字竖丝重合状态，此时造斜钻具再次回到预订造斜方位。

9.如权利要求1-8任意一项所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，还包括利用反扭角逐深修正法进行反扭角的取值。

10.如权利要求9所述的鱼刺型分支孔定向的方法，其特征于，所述反扭角修正值等于预先给定的反扭角加上设计方位角与分支孔的实际方位角的差值，每次用本次的反扭角修正值指导下次的反扭角值，建立反扭角修正值和孔深的关系曲线。

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