专利名称：零半径高压水力水平钻进方法
技术领域：
本发明涉及煤层气、石油资源开采水平井施工方法，尤其是涉及零半径高压水力水平钻进方法。
背景技术：
目前，对煤层气、石油等资源进行开发时，水平井是常见的开采施工方式，首先由地面施工垂直井至目标层，然后施工水平井到达要开采区域或对目标层进行改造。由垂直井向水平井进行转向施工时，由于现有施工技术及材料的限制，使得转向曲率半径较大，钻孔难以水平进入目标层，中靶率较低，严重影响了施工质量，尤其是当目标层较薄时，难以或者不可能从转向施工开始位置按照设定的方向进入目标层。短半径水平多分支井是现有解决上述问题的一种方法，已经越来越受到工程界人士的关注。短半径水平井一般是指造斜井段的造斜率大于1° /m(—般为Γ -3° /m)的水平井，即曲率半径小于57. :3m。中国专利CN1503874A公开了一种“极小半径井眼的钻削方法”，通过特殊的施工技术及材料来缩短钻井斜井段的长度，提高了主孔及分支孔在目标层中的长度，增加了中靶率，使钻孔能够比较容易的沿设定方向进入目的层。但该方法依然存在一定长度的转向曲率半径，无法从根本上解决上述问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种零半径高压水力水平钻进方法。为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案
本发明所述的零半径高压水力水平钻进方法，按照下述步骤进行
一、施工竖井
施工竖井至目标层以下40-50m，钻井加装套管；然后在竖井7内位于目标层位置处安放斜向装置辅助转向；
二、安装井口装置
井口安装封井装置，地面布置安装注水控制器、水仓、测斜检测仪器、污水分离器； 将与高压水力钻头进水口相连通的高压胶管放入套管内至斜向装置位置，高压胶管通过注水控制器与水仓出水口相连通；
将排水装置安置于竖井内，排水装置通过胶质软管与地面水泵、污水分离器连接通，污水分离器出水口经单向阀与水仓进水口相连通；
三、高压水力钻进
通过注水控制器向高压水力钻头内注入高压水，分别通过高压水力钻头的钻进出水口控制水力切割速度、通过动力出水口控制钻头位置及前进速度、通过转向出水口控制转头前进方向；控制高压水力钻头在目标层中持续冲落岩体，形成水平钻进空间；高压水力钻头的动力出水口提供动力驱动高压水力钻头前进持续切割，在目标层中水平钻进；
四、抽排渣浆混合物通过排水装置将钻进过程中产生的混合物输送至污水分离器经处理后进入水仓重新利用。所述高压水力钻头由空心杆体和固连在其一端部的钻体构成；所述钻进出水口开设在所述钻体的前端面，转向出水口开设在钻体的侧周面，动力出水口开设在钻体的后端面；钻进出水口、转向出水口、动力出水口分别通过开设在钻体内的流道与所述空心杆体的杆腔相连通；在空心杆体的另一端外周面套装有测斜仪。本发明有益效果主要体现为采用携带测斜仪的高压水力钻头钻进，实现了井下零半径可控水平长距离钻进，施工方法简单；直接对目标层进行水平钻井，不存在转向曲率半径，中靶率高；根据不同的岩层性质可调整注水压力和流量，适用面广泛；本方法应用于煤层气与石油资源开采、储层改造时垂直井向水平井施工过程中，解决了现有施工过程中转向曲率半径大，中靶率较低的不足。
图1是本发明方法的施工过程示意图。图2是本发明所述高压水力钻头的结构示意图。
具体实施例方式如图1、2所示，本发明所述的零半径高压水力水平钻进方法，按照下述步骤进行
一、施工竖井
施工竖井7至目标层13以下40-50m，钻井加装套管10 ；然后在竖井7内位于目标层13 位置处安放斜向装置14如造斜器等辅助转向；
二、安装井口装置
井口安装封井装置15，地面布置安装注水控制器2、水仓1、测斜检测仪器3、污水分离器4;
将与高压水力钻头12进水口相连通的高压胶管8放入套管10内至斜向装置14位置， 高压胶管8通过注水控制器2与水仓1出水口相连通；
将排水装置11安置于竖井7内，排水装置11通过胶质软管9与地面水泵5、污水分离器4连接通，污水分离器4出水口经单向阀6与水仓1进水口相连通；
三、高压水力钻进
通过注水控制器2向高压水力钻头12内注入高压水，分别通过高压水力钻头12的钻进出水口 17控制水力切割速度、通过动力出水口 18控制钻头位置及前进速度、通过转向出水口 19控制转头前进方向；控制高压水力钻头12在目标层13中持续冲落岩体，形成水平钻进空间16 ；高压水力钻头12的动力出水口 18提供动力驱动高压水力钻头12前进持续切割，在目标层13中水平钻进；
四、抽排渣浆混合物
通过排水装置11将钻进过程中产生的混合物输送至污水分离器4经处理后进入水仓 1重新利用。所述高压水力钻头12由空心杆体和固连在其一端部的钻体构成；所述钻进出水口 17开设在所述钻体的前端面，转向出水口 19开设在钻体的侧周面，动力出水口 18开设在钻体的后端面；钻进出水口 17、转向出水口 19、动力出水口 18分别通过开设在钻体内的流道与所述空心杆体的杆腔相连通；在空心杆体的另一端外周面套装有测斜仪20。
本发明转向曲率零半径原理如下
高压水力钻头12在竖井7内下放至斜向装置14 (造斜器)位置处，在造斜器的辅助下自然转向；同时，注水控制器2控制高压水力钻头12中的水流，调整钻头位置，通过测斜检测仪器3监测钻头走向，注水控制器2根据监测结果调整转向出水口 19的水流的大小，从而达到零半径钻进的目的。
权利要求
1.一种零半径高压水力水平钻进方法，其特征在于按照下述步骤进行一、施工竖井施工竖井(7)至目标层(13)以下40-50m，钻井安装套管(10)；然后在竖井(7)内位于目标层(13 )位置处安放斜向装置(14 )辅助转向；二、安装井口装置井口安装封井装置(15)，地面布置安装注水控制器(2)、水仓(1)、测斜检测仪器(3)、 污水分离器(4);将与高压水力钻头(12)进水口相连通的高压胶管(8)放入套管(10)内至斜向装置 (14 )位置，高压胶管(8 )通过注水控制器(2 )与水仓(1)出水口相连通；将排水装置(11)安置于竖井(7 )内，排水装置(11)通过胶质软管(9 )与地面水泵(5 )、 污水分离器(4)连接通，污水分离器(4)出水口经单向阀(6)与水仓(1)进水口相连通；三、高压水力钻进通过注水控制器(2)向高压水力钻头(12)内注入高压水，分别通过高压水力钻头(12) 的钻进出水口(17)控制水力切割速度、通过动力出水口(18)控制钻头位置及前进速度、 通过转向出水口(19)控制转头前进方向；控制高压水力钻头(12)在目标层(13)中持续冲落岩体，形成水平钻进空间(16);高压水力钻头(12)的动力出水口(18)提供动力驱动高压水力钻头(12)前进持续切割，在目标层(13)中水平钻进；四、抽排渣浆混合物通过排水装置(11)将钻进过程中产生的混合物输送至污水分离器(4)经处理后进入水仓(1)重新利用。
2.根据权利要求1所述的零半径高压水力水平钻进方法，其特征在于所述高压水力钻头(12)由空心杆体和固连在其一端部的钻体构成；所述钻进出水口(17)开设在所述钻体的前端面，转向出水口(19)开设在钻体的侧周面，动力出水口(18)开设在钻体的后端面；钻进出水口(17)、转向出水口(19)、动力出水口(18)分别通过开设在钻体内的流道与所述空心杆体的杆腔相连通；在空心杆体的另一端外周面套装有测斜仪(20)。
全文摘要
本发明公开了一种零半径高压水力水平钻进方法，一、施工竖井至目标层以下40-50m，在竖井7内位于目标层位置处安放斜向装置辅助转向；二、安装井口装置，布置安装注水控制器、水仓、测斜检测仪器、污水分离器；三、通过注水控制器向高压水力钻头内注入高压水，分别通过高压水力钻头的钻进出水口控制水力切割速度、通过动力出水口控制钻头位置及前进速度、通过转向出水口控制转头前进方向，在目标层中水平钻进；四、抽排渣浆混合物。本发明有益效果主要体现为实现了井下零半径可控水平长距离钻进，施工方法简单；直接对目标层进行水平钻井，不存在转向曲率半径，中靶率高；根据不同的岩层性质可调整注水压力和流量，适用面广泛。
文档编号E21B7/04GK102230359SQ20111018366
公开日2011年11月2日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者姜光杰, 姜锡惠, 梁安民, 毕猛, 潘亚辉, 王志磊, 王思鹏, 王雪丽, 胡殿明, 苏桂霞, 许晓阳, 郭启文 申请人:河南永安煤层气研发有限公司, 河南省煤层气开发利用有限公司, 河南省瓦斯治理研究院有限公司