一种喷射式连续造斜成孔方法与流程

本发明涉及一种钻井方法，尤其是用于中硬及较软土层中非开挖及定向造斜喷射式连续造斜成孔方法。

背景技术：

在定向钻进领域，造斜工艺是非常重要的一个工艺环节，它直接影响了定向钻进的效果；而在非开挖领域，在铺设、更换和修复各种地下管线时为了不影响地面交通和建筑，也经常采用造斜方法进行施工。常用的造斜方法有井底螺杆马达造斜和非开挖斜掌造斜两类。井底螺杆马达造斜时需要地层支撑螺杆马达的弯壳体，因此适用于较硬地层。而非开挖斜掌造斜采用静推-回转的复合钻进方法，适用于松软地层，对于较硬地层钻进效率较低。因此研发适用于中硬及较软土层的喷射造斜钻井技术，可以弥补在低渗、非常规、海洋开采及陆地浅层能源开采上的不足，实现能源多元化开采的目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种适用于中硬和较软土层、可提高钻井效率的喷射式连续造斜成孔方法。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种喷射式连续造斜成孔方法，采用滑动方式钻进，利用设有喷射造斜钻头的钻具组合管串实施，钻具组合管串将泥浆由上至下传送到喷射造斜钻头喷射而出，高压射流对喷射造斜钻头前端地层进行疏松，喷射造斜钻头下部导向斜面与地层接触提高反力产生造斜，进而使喷射造斜钻头在静推力的作用下高效造斜钻进，钻井液返回可以充分清洗井底，避免对岩屑重复切削；所述钻具组合管串包括下述由下至上设置的部件：喷射造斜钻头、定向接头、无磁钻杆、变丝短节、下段钻杆、钻铤和上段钻杆，其中，无磁钻杆设有mwd随钻测量仪。

上述喷射式连续造斜成孔方法，其按照下述步骤进行：

a、垂直孔钻进：连接垂直钻进所需的钻具组合管串，钻杆与钻机的动力头连接，进行垂直孔钻进，直至钻进至垂直孔设计深度；

b、确定喷射造斜段钻具组合：根据造斜段轨迹长度确定喷射造斜钻头、定向接头、无磁钻杆和变丝短节的长度总和，需保证钻铤安装在垂直段，造斜过程钻铤不能进入造斜段；

c、下入喷射造斜钻具组合：垂直段钻进完毕后，提钻，将造斜段钻具组合管串连接下孔；

d、调整工具面角：通过下入钻杆和钻铤的根数计算钻具组合管串下入的深度，在喷射造斜钻头进入造斜段前，将钻杆在孔口夹持固定，开启泥浆泵，泥浆经动力头向管串内通入泥浆，mwd随钻测量仪接收到泥浆脉冲信号后显示工具面角实时角度，如与下放前标定的零位角发生偏差，则正转钻杆调整管串方向，直至角度偏差为零；

e、造斜段钻进：工具面角调整好后，开启泥浆泵，边喷射边钻进；钻进过程动力头不回转只对钻杆施加提拉力，防止钻杆受压力变形，钻进过程需要不断加接钻杆，要随时调整提拉力，保证喷射造斜钻头钻压恒定，避免使钻杆发生弯曲。

上述喷射式连续造斜成孔方法，所述e步骤，在钻进过程中，钻具不回转，采用滑动给进的方式，每下入一根钻杆后，需要反复提升钻具进行倒滑眼，保证钻具在井眼中滑动2～4次，使井眼通畅；记录随钻测量数据，对比井斜角、方位角以及工具面角，保证钻进方向与设计轨迹相吻合，若出现偏差，需在下一根钻杆下入时调整各项角度参数，以纠正偏差。

上述喷射式连续造斜成孔方法，造斜段钻进完成后，提钻，更换钻具进行水平段钻进。

上述喷射式连续造斜成孔方法，所述喷射造斜钻头包括钻头体，钻头体设有中心通孔，钻头体的下端设置钻进端，钻进端的外廓为非整圆的柱体，在钻进端设有数个喷射斜孔，喷射斜孔与中心孔连通，相邻喷射斜孔之间沿轴向设置周边返浆槽，钻进端的非圆柱的侧面设有向钻进端端头部位倾斜收缩的导向斜面；钻头体下部至钻进端端头设有容渣槽，容渣槽为相对轴线倾斜设置的弧面槽，容渣槽处设有喷嘴，喷嘴经孔道连通中心通孔；在导向斜面与弧形容渣槽相交处设有内凹的上部返浆槽。

上述喷射式连续造斜成孔方法，所述钻头体设有钻头体过渡斜面，钻头体过渡斜面与导向斜面上下对应，钻头体过渡斜面的下端与上部返浆槽连接。

上述喷射式连续造斜成孔方法，所述导向斜面相对轴线的倾角为2°-10°，所述喷射斜孔相对轴线的倾角为10°-25°，所述容渣槽相对轴线的倾角为15°-45°，所述钻头体过渡斜面相对轴线的倾角为2°-10°，所述喷射斜孔的数目为5-8个，所述喷嘴的个数为1-4个。

上述喷射式连续造斜成孔方法，所述mwd随钻测量仪置放到无磁钻杆内部，mwd随钻测量仪下部设有凹槽，定向接头内设有顶丝，顶丝嵌入凹槽内，mwd随钻测量仪被顶丝限位固定。

上述喷射式连续造斜成孔方法，所述喷射造斜钻头上端与定向接头丝扣连接，定向接头与无磁钻杆丝扣连接，无磁钻杆与变丝短节丝扣连接，变丝短节与下段钻杆丝扣连接，上段钻杆、下段钻杆钻杆分别与钻铤丝扣连接。

本发明方法采用滑动的方式钻进，在钻进的过程中钻头无回转运动，完全依靠静推力及喷射造斜钻头喷嘴喷射的泥浆有效疏松地层，使喷射造斜钻头能够在静推力的作用下在中硬土层沿一定角度高效钻进，钻井液高压射流不断破碎地层，返回时可以充分清洗井底，避免对岩屑的重复切削，使得钻井速度大幅度提高。相比现有螺杆马达造斜和非开挖斜掌造斜，本发明所用钻具无需配备回转机构，可大大简化钻具的结构，提高钻具工作可靠性和使用寿命。本发明适用于中硬及较软土层中非开挖及定向造井，弥补了在低渗、非常规、海洋开采及陆地浅层能源开采上的不足，是一种颇具应用前景的钻井技术。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明采用钻具组合管串造斜成孔示意图；

图2是喷射造斜钻头的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图3的a-a剖视图；

图5是喷射造斜钻头的轴测图；

图6是mwd随钻测量仪示意图。

附图中各标号为：1、喷射造斜钻头，1-1、钻头体，1-2、钻头体过渡斜面，1-3、上部返浆槽，1-4、导向斜面，1-5、喷射斜孔，1-6、周边返浆槽，1-7、扶正套，1-8、中心孔，1-9、喷嘴，1-10、容渣槽，2、定向接头，3、无磁钻杆，4、mwd随钻测量仪，5、变丝短节，6、下段钻杆，7、钻铤，8、上段钻杆，9、钻机。

具体实施方式

本发明方法不同于现有的螺杆造斜方法及静推-回转钻进的复合钻进方法。本发明采用滑动的钻井方法，在钻进的过程中钻头无回转运动，依靠静推力和高压喷射钻进。喷射造斜钻头的钻进端设置的若干喷射斜孔和位于中心的喷嘴喷射的泥浆有效疏松地层，喷射造斜钻头下部导向斜面与地层接触提供反力产生造斜，喷射造斜钻头能够在静推力的作用下在中硬土层或较松软土层沿一定角度高效钻进。以下结合附图对本发明予以详述。

本发明方法利用设有喷射造斜钻头的钻具组合管串实施。参看图1、图6，所述钻具组合管串包括下述由下至上设置的部件：喷射造斜钻头1、定向接头2、无磁钻杆3、变丝短节5、下段钻杆6、钻铤7和上段钻杆8。其中，喷射造斜钻头上端与定向接头丝扣连接，定向接头与无磁钻杆丝扣连接，无磁钻杆与变丝短节丝扣连接，变丝短节与下段钻杆丝扣连接，上段钻杆、下段钻杆分别与钻铤丝扣连接。无磁钻杆内设有mwd随钻测量仪4，mwd随钻测量仪下部设有凹槽，定向接头内设有顶丝，顶丝嵌入凹槽内，mwd随钻测量仪的位置即被顶丝限位固定。造斜成孔过程，钻具组合管串将泥浆由上至下传送到喷射造斜钻头，由喷射造斜钻头喷射而出，高压喷射泥浆对喷射造斜钻头前端地层进行疏松，进而使喷射造斜钻头在静推力的作用下高效钻进，钻井液返回可以充分清洗井底，避免对岩屑重复切削。所述喷射式连续造斜成孔的具体过程按照下述步骤进行：

a.垂直孔钻进：连接垂直转进所需的钻具组合管串，钻杆与钻机动力头连接，进行垂直孔钻进，根据所设计的钻孔轨迹，确定垂直孔钻进深度；根据钻进深度不同，依次加接钻杆与钻铤，直至钻进至垂直孔设计深度。垂直孔钻进步骤的钻头选择根据地层情况而定，较软地层可采用刮刀钻头，中硬地层可采用pdc复合片钻头，钻进方式为旋转钻进。

b.确定喷射造斜段钻具组合：首先，计算喷射造斜钻头、定向接头、无磁钻杆和变丝短节的长度总和，与设计好的造斜段轨迹长度进行对比，按照喷射造斜钻头下入到造斜段最末端计算，变丝短节与造斜段起始点之间的距离安装下段钻杆，然后再安装钻铤，需保证钻铤安装在垂直段，造斜过程钻铤不能进入造斜段。根据喷射造斜钻头需要的加压力及钻具组合的总重量，确定需要加接的钻铤数量，钻铤与动力头之间加接上段钻杆。

c.下入喷射造斜钻具组合：垂直段钻进完毕后，提钻，依次拆卸钻杆、钻铤和钻头。造斜段钻具组合管串连接并下孔，下孔过程为：将在孔口连接好的喷射造斜钻头、定向接头和无磁钻杆与钻机动力头连接，下放入孔；将mwd随钻测量仪下放到无磁钻杆并固定；依次下放变丝短节、下段钻杆、钻铤和上段钻杆。

d.调整工具面角：通过下入钻杆和钻铤的根数计算钻具组合管串下入的深度，在喷射造斜钻头进入造斜段前，将上段钻杆在孔口夹持固定，开启泥浆泵，泥浆经动力头向管串内通入泥浆，mwd随钻测量仪接收到泥浆脉冲信号后显示工具面角实时角度，如与下放前标定的零位角发生偏差，则正转钻杆调整管串方向，直至角度偏差为零；

e.造斜段钻进：工具面角调整好后，开启泥浆泵，边喷射边钻进；钻进过程动力头不回转只对对钻杆施加提拉力，防止钻杆受压力变形，所施加的提拉力为钻具组合管串的重量总和与喷射造斜钻头需要的钻进压力之差，由于钻进过程需要不断加接钻杆，所以需要随时调整提拉力，为喷射造斜钻头提供恒定钻压，及尽量避免使钻杆发生弯曲。本发明造斜段的造斜率为10°-20°/30m。

在钻进过程中，钻具不回转，采用滑动给进的方式。每下入一根钻杆后，都需要反复提升钻具进行倒滑眼，让钻具在井眼中多滑动几次(一般2～4次)，使得井眼通畅；记录随钻测量数据，对比井斜角、方位角以及工具面角，保证钻进方向与设计轨迹相吻合，若出现偏差，需在下一根钻杆下入时调整各项角度参数，以纠正偏差。钻进过程的钻进压力来源于钻具组合的自重，作用在钻头上的钻压为钻具组合自重与动力头对钻具提拉力的差值，所需钻进压力的大小主要通过现场钻具的进尺情况确定，钻压由小到大逐渐增加，观察进尺情况的变化，最终选择合适的钻压进行钻进，由于钻进过程地层情况多变，因此需随时观察钻压的变化，通过调整动力头的提拉力调整钻压。

f.水平段钻进：造斜段钻进完成后，提钻，更换钻具进行水平段钻进。

参看图1-图5，钻具组合管串的喷射造斜钻头1是实现上述方法的重要部件。喷射造斜钻头包括钻头体1-1，钻头体设有供泥浆通入的中心通孔1-8，钻头体的下端设置钻进端，钻进端的外廓为非整圆的柱体，在钻进端设有数个喷射斜孔1-5，喷射斜孔与中心孔连通，一部分压力泥浆由喷射斜孔喷出。相邻喷射斜孔之间沿轴向设置周边返浆槽1-6。钻进端的非圆柱的侧面设有向钻进端端头部位倾斜收缩的导向斜面1-4。钻头体下部至钻进端端头设有容渣槽1-10，容渣槽为相对轴线倾斜设置的弧面槽，容渣槽处设有喷嘴1-9，喷嘴经孔道连通中心通孔，部分压力泥浆由喷嘴喷出，与由喷射斜孔喷出泥浆共同起到疏松地层的作用。在导向斜面与弧形容渣槽相交处设有内凹的上部返浆槽1-3，上部返浆槽与周边返浆槽共同起到泥浆返液的作用，钻井液返可以充分清洗井底，避免对岩屑重复切削。钻头体设有钻头体过渡斜面1-2，钻头体过渡斜面与导向斜面上下对应，钻头体过渡斜面的下端与上部返浆槽连接。所述导向斜面相对轴线的倾角为2°-10°(导向斜面的角度与造斜率相关)，所述喷射斜孔相对轴线的倾角为10°-25°，所述容渣槽相对轴线的倾角为15°-45°，所述钻头体过渡斜面相对轴线的倾角为2°-10°，所述喷射斜孔的数目为5-8个，所述喷嘴的个数为1-4个。在钻头体的上部还设有扶正套1-7，扶正套可设置数个。扶正套在钻进过程可防止钻头发生下倾或上仰，扶正套在钻进过程还可以起到修整孔壁的作用，使钻后孔的形状为近似的圆形。