专利名称：一种在复杂地层条件下的钻井方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在复杂地层条件下的钻井方法和装置。
背景技术：
所谓复杂地层是指容易给钻井作业造成困难的地层。地层是由砂石与粘土由不 同比例组成的岩石类地层，通常地层主要砂成份较多，属于一般性地层。但复杂地层则 是粘土成份较多，遇水(即钻井中使用的钻井液)即膨胀、坍塌，造成井眼堵塞。在复 杂地层进行钻井作业时，很容易引起井壁坍塌。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种在复杂地层条件下的钻 井方法和装置，能够有效防止地层中井眼的井壁坍塌。本发明的一种在复杂地层条件下的钻井方法是a、采用地层倾角测量单元测量钻头所在地层的倾角a，同时通过切线方向测量 单元测量钻头的切线方向与水平面的夹角￡，所测量的倾角a值和夹角￡值信号传输给 中央控制单元；b、中央控制单元根据倾角a值和夹角￡值向钻头前进方向控制单元输出控制 信号，通过该钻头前进方向控制单元调整钻头的切线方向，使钻头的切线方向与地层的 法线方向的夹角3小于38.5°。优选地，所述夹角0为90°。另外，本发明的一种在复杂地层条件下的钻井装置包括地层倾角测量单元，用于测量钻头所在位置的地层的倾角a ；切线方向测量单元，用于测量钻头的切线方向与水平面的夹角￡ ；中央控制单元，用于接收所述地层倾角测量单元和切线方向测量单元测量的信 号并进行处理，然后向钻头前进方向控制单元输出控制信号；钻头前进方向控制单元，用于根据所述中央控制单元的控制信号及时调整钻头 的前进方向使钻头的切线方向与地层的法线方向的夹角0小于38.5°。优选地，所述夹角0为0°。优选地，还包括信号传输单元，该信号传输单元将所述地层倾角测量单元和切 线方向测量单元测量的信号传输给所述中央控制单元，并将所述中央控制单元的控制信 号传输给所述钻头前进方向控制单元。本发明通过地层倾角测量单元和切线方向测量单元在线测量钻头所在地层的倾 角和钻头切线方向与水平面的夹角，再利用中央控制单元根据测量信号向钻头前进方向 控制单元输出控制信号，能够确保钻头的切线方向与地层的夹角小于38.5°，从而使得 井壁的坍塌的可能性大大降低。
图1为 本发明结构示意框图；图2为本发明使用状态示意图；图3为钻头前进方向控制单元的结构示意图。
具体实施例方式如图1 2所示，本发明包括地层倾角测量单元4、切线方向测量单元5、中 央控制单元6和信号传输单元3，地层倾角测量单元4用于测量钻头1所在位置的地层7 的倾角α。各单元具体如下切线方向测量单元5用于测量钻头1的切线方向(如图2所示的箭头B的方向) 与水平面8的夹角ε ；中央控制单元6用于接收地层倾角测量单元4和切线方向测量单 元5测量的信号并进行处理，然后向钻头前进方向控制单元2输出控制信号；钻头前进 方向控制单元2用于根据中央控制单元6的控制信号及时调整钻头1的前进方向，使钻头 1的切线方向与地层7的法线方向(如图2所示的箭头A的方向)的夹角β尽可能地为 0°，即钻头1的切线方向尽可能垂直于地层7的表面，这样就能够最大限度地降低井壁 坍塌的可能性。当然小于38.5°就能够使得井壁坍塌的可能性达到大大降低。信号传输 单元3将地层倾角测量单元4和切线方向测量单元5测量的信号传输给中央控制单元6， 并将中央控制单元6的控制信号传输给钻头前进方向控制单元2，在本发明实施例中，中 央控制单元6采用远程计算机系统，从而实现了远程的精确在线控制。在本发明中，地层倾角测量单元4采用地层倾角测量仪，切线方向测量单元5采 用钻头钻进方向测量仪，钻头前进方向控制单元2采用钻头颈部偏心支撑环机构。钻头 颈部偏心支撑环机构如图3所示，包括内圆环11与外圆环10 ；外圆环11与井眼壁9相 接触，钻头1的后部与支撑环的内圆环11相接触，而支撑环的内圆与外圆呈偏心状态。 当需要钻头1偏向某一方向钻进时，只要使用转动伺服机构驱动内圆环10相对外圆环11 转动，就可以调整内圆的偏心方向，从而使钻头1向某一方向偏转，以达到进行偏移钻 进的目的。
权利要求
1.一种在复杂地层条件下的钻井方法，是a、采用地层倾角测量单元测量钻头所在地层的倾角α，同时通过切线方向测量单元 测量钻头的切线方向与水平面的夹角ε，所测量的倾角α值和夹角ε值信号传输给中央 控制单元；b、中央控制单元根据倾角α值和夹角ε值向钻头前进方向控制单元输出控制信 号，通过该钻头前进方向控制单元调整钻头的切线方向，使钻头的切线方向与地层的法 线方向的夹角β小于38.5°。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹角β为90°。
3.本发明的一种在复杂地层条件下的钻井装置，其特征在于，包括地层倾角测量单元，用于测量钻头所在位置的地层的倾角α ；切线方向测量单元，用于测量钻头的切线方向与水平面的夹角ε ；中央控制单元，用于接收所述地层倾角测量单元和切线方向测量单元测量的信号并 进行处理，然后向钻头前进方向控制单元输出控制信号；钻头前进方向控制单元，用于根据所述中央控制单元的控制信号及时调整钻头的前 进方向使钻头的切线方向与地层的法线方向的夹角β小于38.5°。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述夹角β为0°。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括信号传输单元，该信号传输单元将 所述地层倾角测量单元和切线方向测量单元测量的信号传输给所述中央控制单元，并将 所述中央控制单元的控制信号传输给所述钻头前进方向控制单元。
全文摘要
本发明公开了一种在复杂地层条件下的钻井方法a、采用地层倾角测量单元测量钻头所在地层的倾角α，同时通过切线方向测量单元测量钻头的切线方向与水平面的夹角ε，所测量的倾角α值和夹角ε值信号传输给中央控制单元；b、中央控制单元根据倾角α值和夹角ε值向钻头前进方向控制单元输出控制信号，通过该钻头前进方向控制单元调整钻头的切线方向。本发明还公开了一种在复杂地层条件下的钻井装置。本发明通过地层倾角测量单元和切线方向测量单元在线测量钻头所在地层的倾角和钻头切线方向与水平面的夹角，再利用中央控制单元根据测量信号向钻头前进方向控制单元输出控制信号，从而使得井壁的坍塌的可能性大大降低。
文档编号E21B44/00GK102022081SQ201010539498
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者唐长全, 纪少君, 郭永峰 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司