专利名称：：垂直钻孔陀螺偏心纠斜法的制作方法
技术领域：
：本发明涉及垂直孔钻探
技术领域：
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背景技术：
：目前纠偏技术主要采用螺杆钻具进行纠斜，螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把井液的压力转变为井下钻具的动力，从而实现钻井作业。这种方法对钻井液的压力和流量有很高的要求，如果钻孔孔径小的话井液压力所产生的动力就达不到钻进所需的动力。目前常用的螺杆钻具直径大多在100mm以上，对于钻进直径小于100mm的钻孔纠偏难以控制。由于小口径钻探的钻探精度低，对于探矿钻孔难以准确地圈定出矿的位置、规模及提供精确的矿产储量。对于帷幕注浆孔，不能准确地计算出注浆孔的浆液扩散半径，故帷幕注浆效果较差。故影响了探矿钻孔的经济效益及经济效益。
发明内容本发明的目的是提供一种垂直钻孔陀螺偏心纠斜法，其方法简便，准确性高；它可以很好地控制钻孔的偏斜范围，可使钻孔的钻进轨迹重新回到设计范围内，不受钻井液水压和流速的影响，提高小口径钻探的钻探精度；对于探矿钻孔能够更加准确的圈定出矿的位置、规模，提供精确的矿产储量；对于帷幕注浆孔，由于能控制注浆钻孔的偏斜范围；可更加准确计算出注浆孔的浆液扩散半径，保障了帷幕注浆效果的实现，特别适用于小口径垂直孔的钻探工作，有效提高其经济效益及经济效益。本发明的主要技术方案是一种垂直钻孔陀螺偏心纠斜法，其特征在于具有以下步骤1)、测斜钻孔钻进到一定深度后进行测斜，如果钻孔偏距即将超出设计偏距或钻孔孔底倾角较大，需要进行纠斜，则决定对其测斜；2)、纠斜位置选择位置选择在地层完整、致密坚硬的地段；3)、制作偏心楔偏心楔采用内平钻杆制作，楔面要具有一定长度，偏心楔底端开口，开口从底端到顶端均匀变化；偏心楔底部垫起部分采用内贴或外贴方式，垫起的高度要缓慢平滑上升，垫起部分要具有一定长度，用电焊把每个连接部位焊接牢固，并把偏心楔内部打磨平滑，不允许出现毛剌、台阶、突起等情况；根据不同情况制定了不同厚度的偏心楔；4)、制作并安装定位器定位器采用一定长度的管加工而成，外径小于钻杆直径，内径等于定位靴的外径；定位键固定在定位器内部，定位键的位置在偏心楔开口面的中心线上，定位键是为了固定和陀螺定向仪相连的定位靴用；定位器的内壁要求光滑，防止影响定位靴入靴；定位器安装在偏心楔上开口的上部钻杆内，要保证定位器的固定强度和与钻杆的同心度，避免晃动，并且与钻杆之间固定；5)、下放偏心楔偏心楔制作好安装定位器后，和钻杆连接并下放到钻孔底部；下放前计算好孔深、偏心楔和钻杆的长度，确保偏心楔能够顺利下到孔底纠斜位置；下放过程中钻杆间的连接扣要拧紧，避免在纠斜过程中由于内部的纠斜钻杆的转动带动钻杆转动，而改变偏心楔的定位方向；6)、选取纠斜方位纠斜方位的选取采用钻孔闭合方位、孔底方位与孔底倾角相结合的方法共同分析，来确定纠斜定向方位；7)、偏心楔定向偏心楔下放到孔底后，将连接有定位靴的陀螺定向仪放到钻杆内，下放到钻杆底部，使定位靴进入到定位器内，通过定位器观测偏心楔的方位，在孔口转动钻杆改变偏心楔的方位，使偏心楔方位达到纠斜设计的方位；在孔口固定好钻杆，升上测斜仪；在钻杆内下小一级别钻杆，将偏心楔上端的定位器取出；8)、纠斜钻具钻进纠斜钻具采用小于钻杆内径的纠斜钻杆、钻具，下放到钻杆底部；纠斜钻进过程中严格控制钻进的转速和压力，使纠斜钻具缓慢通过偏心楔，钻进一定长度；提升纠斜钻杆、钻具和偏心楔；在钻孔内下入前端带导正的钻具进行扩孔；扩孔结束后，去掉前端导正，正常钻进。所述的根据不同情况制定不同厚度的偏心楔，主要方法可有以下几种(l)当孔底倾角小于0.5。时，纠斜定向方位按照闭合方位来确定；(2)当孔底倾角大于0.5。小于1°时，纠斜定向方位按照孔底方位和闭合方位的平均方位来确定；(3)当孔底倾角大于1°时，纠斜定向方位按照孔底方位来确定，如果孔底方位与闭合方位相差较大时(大于50°)，纠斜定向方位可以往闭合方位旋转10-20°。所述的纠斜位置选择纠斜最好在基岩中进行，位置选择在地层岩性完整、致密坚硬的地段。为保持纠斜效果，钻进至纠斜位置以下一定长度后，进行钻孔测斜，检查纠斜效果，观测其倾角和偏斜方位的变化，如果效果好可继续钻进，否则重复上述方法再次进行纠斜。本发明的积极效果是可以有效解决现有技术中存在的问题，其方法简便，准确性高；能够很好的控制钻孔的偏斜范围，可使钻孔的钻进轨迹重新回到设计范围内，不受钻井液水压和流速的影响，提高小口径钻探的钻探精度；对于探矿钻孔能够更加准确的圈定出矿的位置、规模，提供精确的矿产储量；对于帷幕注浆孔，由于能控制注浆钻孔的偏斜范围，可更加准确计算出注浆孔的浆液扩散半径，保障了帷幕注浆效果的实现；特别适用于小口径垂直孔的钻探工作，有效提高其经济效益及经济效益。图1是本发明工作状态钻进前的结构示意图。图2是图1的左视图。图3是图1中的局部放大结构示意图。图4是本发明工作状态钻进时的结构示意图。图5是钻孔轨迹及闭合方位角平面图。图1图5中，1.地面设备，2.钻杆，3.陀螺定向仪(或井下仪)，4.井壁，4.偏心楔，6.定位器，7.定位靴，8.偏心楔底部垫起部分，9.纠偏钻具。具体实施例方式以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本发明的限定。参见图1、图4，本发明陀螺偏心纠斜技术一个实施例操作步骤如下，以小75mm直径垂直钻孔为例1、纠斜位置的选择钻孔钻进到一定深度后进行测斜，如果钻孔偏距即将超出设计偏距或钻孔孔底倾角较大，则需要进行纠斜。纠斜工作在基岩中进行，位置选择在地层岩性完整、致密坚硬的地段。2、偏心楔的制作偏心楔采用小75mm钻杆制作，楔面长度控制在2_2.5m，偏心楔底端开口约占钻杆的2/3，顶端开口约占钻杆的1/3，开口从底端到顶端均匀变化。偏心楔底部垫起部分采用内贴和外贴两种方式，垫起的高度要缓慢平滑上升，垫起长度1-1.5m，用电焊把每个连接部位焊接牢固，在使用砂轮把偏心楔内部打磨平滑，不允许出现毛剌、台阶、突起等情况。陀螺偏心纠斜技术中偏心楔面厚度是关系到纠斜效果的重要因素，根据不同情况制定了不同厚度的偏心楔，主要分为以下几种情况(i)当倾角大于r时，楔面厚度30-35mm;(2)当倾角小于1°大于0.5°时，楔面厚度20-30mm;(3)当倾角小于0.5。时，楔面厚度15-20mm;(4)在扫过井、处理过事故和使用水泥注起来进行纠斜的，由于钻孔井壁遭到破坏，楔面厚度增大一个等级。3、定位器的制作和安装定位器采用尼龙胶管加工而成，外径尺寸58mm，内径尺寸47mm，长200mm，定位键固定在定位器的中间部位。加工好之后要对定位器的内壁进行打磨，防止有小的毛剌影响定位靴入靴。定位器安装在偏心楔上开口的上部钻杆内，定位键的位置在偏心楔开口面的中心线上，由于钻杆规格略有差异，使钻杆的内径不太相同，内径稍大的钻杆可以在定位器外壁缠少量胶带，以增加固定强度和与钻杆的同心度，避免晃动，并且与钻杆之间用铆钉铆住，固定好之后要把定位器你残留的塑料屑、铁屑等擦拭干净。4、偏心楔的下放偏心楔制作好安装定位器后，连接小75mm钻杆下放到钻孔底部。下放前计算好孔深、偏心楔和钻杆的长度，确保偏心楔能够顺利下到孔底纠斜位置。下放过程中钻杆间的连接扣要拧紧，避免在纠斜过程中由于纠斜钻杆的转动带动小75mm钻杆转动，而改变偏心楔的定位方向。5、纠斜方位的选取纠斜方位的选取采用钻孔闭合方位、孔底方位与孔底倾角相结合的方法共同分析，来确定纠斜定向方位。主要方法有以下几种(l)当孔底倾角小于O.5°时，纠斜定向方位按照闭合方位来确定；(2)当孔底倾角大于0.5。小于1°时，纠斜定向方位按照孔底方位和闭合方位的平均方位来确定；(3)当孔底倾角大于r时，纠斜定向方位按照孔底方位来确定，如果孔底方位与闭合方位相差较大时(大于50°)，纠斜定向方位可以往闭合方位旋转10-20°。6、偏心楔定向偏心楔下放到孔底后，将连接有定位靴的陀螺定向仪放到小75mm钻杆内，下放到5钻杆底部，使定位靴进入到定位器内，通过定位器观测偏心楔的方位，在孔口转动钻杆改变偏心楔的方位，使偏心楔方位达到纠斜设计的方位。在孔口固定好钻杆，升上测斜仪。在钻杆内下入底端带丝锥小42mm钻杆，将偏心楔上端的尼龙定位器取出。7、纠斜钻具的钻进纠斜钻具采用小60mm钻具制作，长度1.5-2m，上部与小42mm钻杆连接，下放到小75mm钻杆底部。纠斜钻进过程中严格控制钻进的转速和压力，使纠斜钻具缓慢通过偏心楔，钻进3-5m后，提升纠斜钻具和偏心楔。在钻孔内下入前端带导正的小75mm钻具进行扩孔，导正长度20-30cm。扩孔结束后，去掉前端导正，正常钻进，为保持纠斜效果，纠斜位置一下20m内不可提高钻进的速度和压力。钻进至纠斜位置以下25-30m后，进行钻孔测斜，检查纠斜效果，观测其倾角和偏斜方位的变化，如果效果好可继续钻进，否则重复上述方法再次进行纠斜。8、方法应用实例钻孔K301设计孔深420m，设计钻孔最大偏距2.4m。钻孔钻进至145m时进行了测斜，发现钻孔的偏距即将达到设计的最大偏距，而且钻孔孔底倾角(斜度)较大，决定对其纠斜。根据上述方法，偏心楔楔面厚度设计为31cm，定向方位设计为212。的反方向32°，对其进行了纠斜工作，钻进至170m后进行了测斜检查纠斜效果，发现钻孔的倾角变小，偏距的增大趋势减慢，但由于钻孔方位没有发生太大变化，偏距仍然还在增加，决定在170m处进行第二次纠斜。楔面厚度设计为25cm，定向方向设计为187°的反方向7度，进行了第二次纠斜，钻进至200m后进行测斜检查纠斜效果，发现钻孔的钻进方位发生了变化，偏距开始变小，直到终孔偏距都在设计要求范围内，纠斜取得了非常好的效果。如图5所示，偏心楔定好方位后，把陀螺定向仪和定位器取出，在小75mm钻杆内下入畅Omm纠斜钻具，通过偏心楔底部垫起部分的挤压作用，改变钻孔的方位走向，达到纠斜的目的。纠斜钻进3-5m后，取出小75mm钻杆和小60mm纠斜钻具，采用底端带导正钻头的小75mm钻具进行扩孔。扩孔结束后去掉导正钻头，采用正常小75mm钻具进行钻进。W301钻孔全孔测斜记录见表1，孔眼轨迹图件图5.表1陀螺测斜仪测试报告文件名D:VJDT-6陀螺仪\K301-410.DAT测试时间06-10-308:13:57—9:05:29<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>采用陀螺偏心纠斜方法能够很好的控制钻孔的偏斜范围，提高小口径钻探的钻探精度。对于探矿钻孔能够更加准确的圈定出矿的位置、规模，提供精确的矿产储量。特别是对于帷幕注浆孔，通过控制注浆钻孔的偏斜范围，能够更加准确计算出注浆孔的浆液扩散半径，保障了帷幕注浆效果的实现。权利要求一种垂直钻孔陀螺偏心纠斜法，其特征在于具有以下步骤1)、测斜钻孔钻进到一定深度后进行测斜，如果钻孔偏距即将超出设计偏距或钻孔孔底倾角较大，需要进行纠斜，则决定对其测斜；2)、纠斜位置选择位置选择在地层完整、致密坚硬的地段；3)、制作偏心楔偏心楔采用内平钻杆制作，楔面具有一定长度，偏心楔底端开口，开口从底端到顶端均匀变化；偏心楔底部垫起部分采用内贴或外贴方式，垫起的高度要缓慢平滑上升，垫起部分要具有一定长度，用电焊把每个连接部位焊接牢固，并把偏心楔内部打磨平滑，不允许出现毛刺、台阶、突起等情况；根据不同情况制定了不同厚度的偏心楔；4)、制作并安装定位器定位器采用一定长度的管加工而成，外径小于钻杆直径，内径等于定位靴的外径；定位键固定在定位器内部，定位键的位置在偏心楔开口面的中心线上，定位键是为了固定和陀螺定向仪相连的定位靴用；定位器的内壁要求光滑，防止影响定位靴入靴；定位器安装在偏心楔上开口的上部钻杆内，要保证定位器的固定强度和与钻杆的同心度，避免晃动，并且与钻杆之间固定；5)、下放偏心楔偏心楔制作好安装定位器后，和钻杆连接并下放到钻孔底部；下放前计算好孔深、偏心楔和钻杆的长度，确保偏心楔能够顺利下到孔底纠斜位置；下放过程中钻杆间的连接扣要拧紧，避免在纠斜过程中由于内部的纠斜钻杆的转动带动钻杆转动，而改变偏心楔的定位方向；6)、选取纠斜方位纠斜方位的选取采用钻孔闭合方位、孔底方位与孔底倾角相结合的方法共同分析，来确定纠斜定向方位；7)、偏心楔定向偏心楔下放到孔底后，将连接有定位靴的陀螺定向仪放到钻杆内，下放到钻杆底部，使定位靴进入到定位器内，通过定位器观测偏心楔的方位，在孔口转动钻杆改变偏心楔的方位，使偏心楔方位达到纠斜设计的方位；在孔口固定好钻杆，升上测斜仪；在钻杆内下钻杆，将偏心楔上端的定位器取出；8)、纠斜钻具钻进纠斜钻具采用小于钻杆内径的纠斜钻杆、钻具，下放到钻杆底部；纠斜钻进过程中严格控制钻进的转速和压力，使纠斜钻具缓慢通过偏心楔，钻进一定长度；提升纠斜钻杆、钻具和偏心楔；在钻孔内下入前端带导正的钻具进行扩孔；扩孔结束后，去掉前端导正，正常钻进。2.根据权利要求1所述的垂直钻孔陀螺偏心纠斜法，其特征在于所述的根据不同情况制定不同厚度的偏心楔，主要方法有以下几种(l)当孔底倾角小于0.5。时，纠斜定向方位按照闭合方位来确定；(2)当孔底倾角大于0.5。小于T时，纠斜定向方位按照孔底方位和闭合方位的平均方位来确定；(3)当孔底倾角大于T时，纠斜定向方位按照孔底方位来确定，如果孔底方位与闭合方位相差较大时(大于50°)，纠斜定向方位可以往闭合方位旋转10-20°。3.根据权利要求1所述的垂直钻孔陀螺偏心纠斜法，其特征在于所述的纠斜位置选择纠斜在基岩中进行，位置选择在地层岩性完整、致密坚硬的地段；4.根据权利要求1、2或3所述的垂直钻孔陀螺偏心纠斜法，其特征在于所述的为保持纠斜效果，钻进至纠斜位置以下一定长度后，进行钻孔测斜，检查纠斜效果，观测其倾角和偏斜方位的变化，如果效果好可继续钻进，否则重复上述方法再次进行纠斜。全文摘要本发明的目的是提供一种垂直钻孔陀螺偏心纠斜法，涉及垂直孔钻探
技术领域：
。步骤为测斜；纠斜位置选择；制作偏心楔；制作并安装定位器；下放偏心楔；选取纠斜方位；偏心楔定向；纠斜钻具钻进纠斜。本发明的积极效果是可以有效解决现有技术中存在的问题，其方法简便，准确性高；能够很好的控制钻孔的偏斜范围，可使钻孔的钻进轨迹重新回到设计范围内，不受钻井液水压和流速的影响，提高小口径钻探的钻探精度；对于探矿钻孔能够更加准确的圈定出矿的位置、规模，可提供精确的矿产储量；对于帷幕注浆孔，可更加准确计算出注浆孔的浆液扩散半径，保障了帷幕注浆效果的实现；特别适用于小口径垂直孔的钻探工作，有效提高其经济效益。文档编号E21B7/04GK101709625SQ20091007580公开日2010年5月19日申请日期2009年10月28日优先权日2009年10月28日发明者于同超,刘殿凤,唐英杰,宋峰,蒋鹏飞,贾伟杰,韩贵雷申请人:华北有色工程勘察院有限公司