CN111677448A - 不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺 - Google Patents

不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，能够在不稳定地层中实现护孔定向钻进，解决不稳定地层钻进中存在的塌孔、缩径等问题，在可变径套管的护孔作用下，避免了后续钻孔钻进时在不稳定地层孔段出现塌孔、缩径等情况，避免卡钻、掉钻事故的发生，且由于可变径套管2在不稳定地层孔段的护孔作用，保障了定向钻孔通道的通畅，满足矿井瓦斯治理、水害防治等的需要，并且此方法在施工过程中效果好、稳定性强，不稳定地层护孔钻进效率高、成孔性好。

Description

不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺
技术领域
本发明涉及煤矿机械施工工艺技术领域，具体涉及一种不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺。
背景技术
随着煤矿井下定向钻进技术不断提高及应用，在煤矿井下进行定向钻进时，容易钻遇不稳定地层，例如：构造地层、破碎地层、松软地层等，在该类地层中定向钻进经常出现塌孔、缩径，容易造成掉钻导致较大经济损失，降低定向钻孔成孔率，且由于塌孔、缩径堵塞钻孔通道影响瓦斯治理、水害防治等的效果，影响煤矿的安全高效生产，严重时将导致矿井安全事故。
目前，针对煤矿井下不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺的研究较少，也没有较为成熟的产品实现规模化工业应用，仅石油、地质勘探开发领域有相关技术进行应用，但由于煤矿井下和地面石油钻井和地质勘探领域的工作环境、钻具组合、目标地层和工艺特点等均相差较大，不能满足煤矿井下定向钻孔施工的需要。
因此，为解决以上问题，需要一种不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，能够在不稳定地层中实现护孔定向钻进，解决不稳定地层钻进中存在的塌孔、缩径等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，能够在不稳定地层中实现护孔定向钻进，解决不稳定地层钻进中存在的塌孔、缩径等问题，在可变径套管的护孔作用下，避免了后续钻孔钻进时在不稳定地层孔段出现塌孔、缩径等情况，避免卡钻、掉钻事故的发生，且由于可变径套管在不稳定地层孔段的护孔作用，保障了定向钻孔通道的通畅，满足矿井瓦斯治理、水害防治等的需要，并且此方法在施工过程中效果好、稳定性强，不稳定地层护孔钻进效率高、成孔性好。
本发明的不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，包括包括以下步骤：
S1.选取钻进点、架设钻进设备，首先安装钻塔，组装钻机支架，将钻机立于支架上，安置空压机，泥浆泵、搅拌机、发电机、钻具等；
S2.开孔钻进，当钻进到不稳定地层孔段出现塌孔、缩径、卡钻现象时，更换钻头，采用可变径钻进钻具组合继续钻进作业并配合可变径套管护孔，钻进的同时泥浆泵抽取冲洗液对钻孔时产生的岩土进行冲洗形成泥浆排出；
S3.可变径钻进钻具组合钻进到不稳定地层孔段，通过泥浆泵控制充入钻孔内的冲洗液的流量和压力来控制可变径钻进钻具组合的压力控制阀使可变径钻进钻具组合中的可变径钻头开始工作且外径增大，并在钻机扭矩的作用下在不稳定地层孔段实施扩孔作业，为可变径套管护孔钻进打下基础；
S4.不稳定地层孔段扩孔作业结束后，通过泥浆泵控制充入钻孔内的冲洗液的流量和压力来控制可变径钻进钻具组合的压力控制阀使可变径钻进钻具组合中的可变径钻头停止工作且外径缩小，同时可变径套管的机械液压装置开始工作，使得可变径套管的外径逐渐增大，并稳固在不稳定地层已扩孔作业孔段；
S5.退钻，可变径套管的机械液压装置停止工作，可变径钻进钻具组合及钻杆在钻机的控制下后退直至退出钻孔外，可变径套管则留在不稳定地层孔段稳固孔壁，可变径套管护孔作业结束。
进一步，所述步骤S3中还包括预测不稳定地层孔段的空间位置，以此定位可变径套管的护孔位置，其中的预测方法为通过钻进过程中的孔深数据、钻进参数和孔口返渣等情况来预测：测定稳定地层钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，并设定该钻屑量为参考单位钻屑量，当钻孔进入到不稳定地层时，单位钻屑量急剧增大，通过与参考单位钻屑量的对比即可判断出不稳定地层的空间位置，以此找到可变径钻头的扩孔位置及可变径套管的稳固位置。
进一步，所述步骤S2中采用的可变径钻进钻具组合包括可变径钻头与导向钻头，所述可变径钻头安装于钻杆末端，可由压力控制阀控制其有效工作直径变化已达到扩孔和退钻的作用，所述导向钻头同轴设置于可变径钻头前端为可变径钻头导向，钻杆上还套设有可变径套管，可变径套管随钻杆移动到相应工位之后由机械液压装置控制撑开管径变大并稳固在相应钻孔位置，现有技术中可变径钻头3有多种，本发明中采用较为常用的机械式可变径钻头即可，机械式可变径钻头工作可靠，结构较为复杂，因此在使用时一般会配上导向钻头4更好地保护可变径钻头3，在此不再赘述，导向钻头4采用普通钻头即可，结构简单，成本低廉，有效保护可变径钻头3；可变径套管2的管径变化方式为由小到大不可逆的管径可变方式，在施工完成后，可变径套管2管径由机械液压装置撑开并稳固在不稳定底层孔段。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，能够在不稳定地层中实现护孔定向钻进，解决不稳定地层钻进中存在的塌孔、缩径等问题，在可变径套管的护孔作用下，避免了后续钻孔钻进时在不稳定地层孔段出现塌孔、缩径等情况，避免卡钻、掉钻事故的发生，且由于可变径套管在不稳定地层孔段的护孔作用，保障了定向钻孔通道的通畅，满足矿井瓦斯治理、水害防治等的需要，并且此方法在施工过程中效果好、稳定性强，不稳定地层护孔钻进效率高、成孔性好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，如图所示，本实施例中的不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺包括包括以下步骤：
S1.选取钻进点、架设钻进设备，首先安装钻塔，组装钻机支架，将钻机立于支架上，安置空压机，泥浆泵、搅拌机、发电机、钻具等；
S2.开孔钻进，当钻进到不稳定地层孔段出现塌孔、缩径、卡钻现象时，更换钻头，采用可变径钻进钻具组合继续钻进作业并配合可变径套管2护孔，钻进的同时泥浆泵抽取冲洗液对钻孔时产生的岩土进行冲洗形成泥浆排出；
S3.可变径钻进钻具组合钻进到不稳定地层孔段，通过泥浆泵控制充入钻孔内的冲洗液的流量和压力来控制可变径钻进钻具组合的压力控制阀使可变径钻进钻具组合中的可变径钻头3开始工作且外径增大，并在钻机扭矩的作用下在不稳定地层孔段实施扩孔作业，为可变径套管2护孔钻进打下基础；
S4.不稳定地层孔段扩孔作业结束后，通过泥浆泵控制充入钻孔内的冲洗液的流量和压力来控制可变径钻进钻具组合的压力控制阀使可变径钻进钻具组合中的可变径钻头3停止工作且外径缩小，同时可变径套管2的机械液压装置开始工作，使得可变径套管2的外径逐渐增大，并稳固在不稳定地层已扩孔作业孔段；
S5.退钻，可变径套管2的机械液压装置停止工作，可变径钻进钻具组合及钻杆1在钻机的控制下后退直至退出钻孔外，可变径套管2则留在不稳定地层孔段稳固孔壁，可变径套管2护孔作业结束。
本实施例中，所述步骤S3中还包括预测不稳定地层孔段的空间位置，以此定位可变径套管2的护孔位置，其中的预测方法为通过钻进过程中的孔深数据、钻进参数和孔口返渣等情况来预测：测定稳定地层钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，并设定该钻屑量为参考单位钻屑量，当钻孔进入到不稳定地层时，单位钻屑量急剧增大，通过与参考单位钻屑量的对比即可判断出不稳定地层的空间位置，以此找到可变径钻头3的扩孔位置及可变径套管2的稳固位置。
本实施例中，所述步骤S2中采用的可变径钻进钻具组合包括可变径钻头3与导向钻头4，所述可变径钻头3安装于钻杆1末端，可由压力控制阀控制其有效工作直径变化已达到扩孔和退钻的作用，所述导向钻头4同轴设置于可变径钻头3前端为可变径钻头3导向，钻杆1上还套设有可变径套管2，可变径套管2随钻杆1移动到相应工位之后由机械液压装置控制撑开管径变大并稳固在相应钻孔位置，现有技术中可变径钻头3有多种，本发明中采用较为常用的机械式可变径钻头即可，机械式可变径钻头工作可靠，结构较为复杂，因此在使用时一般会配上导向钻头4更好地保护可变径钻头3，在此不再赘述，导向钻头4采用普通钻头即可，结构简单，成本低廉，有效保护可变径钻头3；可变径套管2的管径变化方式为由小到大不可逆的管径可变方式，在施工完成后，可变径套管2管径由机械液压装置撑开并稳固在不稳定底层孔段。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，能够在不稳定地层中实现护孔定向钻进，解决不稳定地层钻进中存在的塌孔、缩径等问题，在可变径套管的护孔作用下，避免了后续钻孔钻进时在不稳定地层孔段出现塌孔、缩径等情况，避免卡钻、掉钻事故的发生，且由于可变径套管2在不稳定地层孔段的护孔作用，保障了定向钻孔通道的通畅，满足矿井瓦斯治理、水害防治等的需要，并且此方法在施工过程中效果好、稳定性强，不稳定地层护孔钻进效率高、成孔性好。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1.选取钻进点、架设钻进设备，首先安装钻塔，组装钻机支架，将钻机立于支架上，安置空压机，泥浆泵、搅拌机、发电机、钻具等；
S2.开孔钻进，当钻进到不稳定地层孔段出现塌孔、缩径、卡钻现象时，更换钻头，采用可变径钻进钻具组合继续钻进作业并配合可变径套管护孔，钻进的同时泥浆泵抽取冲洗液对钻孔时产生的岩土进行冲洗形成泥浆排出；
S3.可变径钻进钻具组合钻进到不稳定地层孔段，通过泥浆泵控制充入钻孔内的冲洗液的流量和压力来控制可变径钻进钻具组合的压力控制阀使可变径钻进钻具组合中的可变径钻头开始工作且外径增大，并在钻机扭矩的作用下在不稳定地层孔段实施扩孔作业，为可变径套管护孔钻进打下基础；
S4.不稳定地层孔段扩孔作业结束后，通过泥浆泵控制充入钻孔内的冲洗液的流量和压力来控制可变径钻进钻具组合的压力控制阀使可变径钻进钻具组合中的可变径钻头停止工作且外径缩小，同时可变径套管的机械液压装置开始工作，使得可变径套管的外径逐渐增大，并稳固在不稳定地层已扩孔作业孔段；
S5.退钻，可变径套管的机械液压装置停止工作，可变径钻进钻具组合及钻杆在钻机的控制下后退直至退出钻孔外，可变径套管则留在不稳定地层孔段稳固孔壁，可变径套管护孔作业结束。
2.根据权利要求1所述的不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，其特征在于：所述步骤S3中还包括预测不稳定地层孔段的空间位置，以此定位可变径套管的护孔位置，其中的预测方法为通过钻进过程中的孔深数据、钻进参数和孔口返渣等情况来预测：测定稳定地层钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，并设定该钻屑量为参考单位钻屑量，当钻孔进入到不稳定地层时，单位钻屑量急剧增大，通过与参考单位钻屑量的对比即可判断出不稳定地层的空间位置，以此找到可变径钻头的扩孔位置及可变径套管的稳固位置。
3.根据权利要求1所述的不稳定地层可变径套管护孔钻进工艺，其特征在于：所述步骤S2中采用的可变径钻进钻具组合包括可变径钻头与导向钻头，所述可变径钻头安装于钻杆末端，可由压力控制阀控制其有效工作直径变化已达到扩孔和退钻的作用，所述导向钻头同轴设置于可变径钻头前端为可变径钻头导向，钻杆上还套设有可变径套管，可变径套管随钻杆移动到相应工位之后由机械液压装置控制撑开管径变大并稳固在相应钻孔位置。
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