一种防止钻孔跑斜的钻进装置及方法与流程

本发明涉及一种防止钻孔跑斜的钻进装置及方法，属于地质勘探钻进。

背景技术：

1、在地质钻进中，对钻孔轨迹有严格的要求，通常以倾角和方位角来表示，当钻孔的倾角和方位角发生来回的偏移，钻孔的轨迹就会变成一条向下的螺旋线。

2、通常使用低精度钻杆柱、钻具连接扩孔器钻头进行地质钻进工作，正常钻头的直径和钻孔的直径是相同的，低精度钻杆柱旋转时的摆动较大，从而使孔底钻具的摆动加大，使钻头的旋转不是沿钻孔的轴线旋转，而是沿轴线来回摆动。另外，切削具的底面切削岩石时受力不均，在易钻进的岩层中这种作用受地层影响造成的钻孔轨迹的变化还比较小，但是在易跑斜的地层中，这种作用会被放大，造成钻孔的轨迹来回变化，最后轨迹变成一条来回摆动的螺旋线，造成钻进阻力的加大，引起孔内事故的频发。

3、通常在钻孔轨迹发生偏移时，会采取降低钻进速度的方式利用钻杆自身的惯性使钻杆回到原来的轨迹，但是，这种方法会严重降低钻进效率增加钻探成本；另一种方法是使用偏心钻具，偏心钻具的使用效果很好，但是加工工艺复杂，从外管到钻头的偏心量要一致，加工周期长，成品率低，不适合大规模的生产。另外，使用高精度钻杆柱能解决一部分的钻孔偏斜问题，但是在千枚岩地层等易跑斜地层或对精度要求较高的钻孔时，其钻孔轨迹也不能完全符合地质要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种防止钻孔跑斜的钻进装置及方法，可以高效的在易偏斜地层中钻进，在最大限度上减少钻孔的偏斜，提高工作效率，解决背景技术存在的上述问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种防止钻孔跑斜的钻进装置，包含导向钻头、扩孔钻头、外管、高精度钻杆柱、钻杆连接头和高强度钻杆柱，所述导向钻头、扩孔钻头、外管、高精度钻杆柱、钻杆连接头和高强度钻杆柱从下至上依次连接；所述导向钻头由切削具一和钢体一组成，钢体一的上端设置有母螺纹，切削具一设置在钢体一的下端；所述扩孔钻头由钢体二和切削具二组成，钢体二为空心圆柱结构，钢体二下端设置公螺纹，与钢体一上端的母螺纹相连，钢体二上端设置母螺纹，与外管下端螺纹连接，钢体二的外径侧设置切削具二；切削具一外径小于切削具二外径。

4、进一步地，所述切削具一外径小于切削具二外径3-7mm。

5、进一步地，所述切削具一为金刚石切削具或pdc切削具。

6、进一步地，所述高强度钻杆柱包含从下至上依次螺纹连接的母接头、钻杆体和公接头，母接头与钻杆连接头螺纹连接。

7、进一步地，所述钢体二的下端外径侧设有环形凹槽，切削具二镶嵌在环形凹槽内。

8、使用防止钻孔跑斜的钻进装置进行钻进工作时，由地面动力带动高强度钻杆柱旋转，高强度钻杆柱将旋转和扭矩向下依次传递到高精度钻杆柱、外管、扩孔钻头和导向钻头，实现整个装置的旋转钻进。高精度钻杆柱长度一般200米左右，由于高精度钻杆柱旋转稳定，摆动小，带动钻头旋转时钻头也相对稳定，减少对孔底的扰动，有利于提高钻头的转速，使钻头能够沿轴线转动。导向钻头和扩孔钻头的组合使用，钻进时导向钻头会在孔底先钻进一个稍小孔径的钻孔，之后由扩孔钻头进行扩孔，由于导向钻头始终位于稍小孔径的钻孔内，高精度钻杆柱和高强度钻杆柱的摆动作用只能作用扩孔钻头，导向钻头始终能够沿钻孔轴线旋转，在最大限度上减少钻孔的偏斜。

9、导向钻头先期入岩起到定位导向作用，其与扩孔钻头之间的距离短，刚性好，不易弯折，一定程度上控制扩孔钻头的偏斜，保证钻孔按入岩轨迹钻进。扩孔钻头在钻杆柱和导向钻头之间，起到隔离作用，钻杆柱传递的摆动经进过扩孔钻头后对导向钻头的影响就会很小。

10、进一步地，扩孔钻头和导向钻头可以直接连接，也可以在扩孔钻头和导向钻头之间加入导向扶正器，导向扶正器能够进一步地减少钻杆柱对导向钻头的摆动干扰。

11、一种防止钻孔跑斜的钻进方法，采用上述防止钻孔跑斜的钻进装置进行，步骤如下：

12、①使用大外径钻头的钻具从地面向下钻进一段距离，然后在钻孔内下入技术套管一，并在井口固定技术套管一；

13、②固定完技术套管一后，提钻，将钻具的钻头更换为小一口径的钻头，再将该钻具下放至钻孔孔底，该钻具在技术套管一内钻进至易跑斜地层时，下入技术套管二，在井口固定技术套管二，将技术套管一和技术套管二在井口做防水防漏处理；

14、③提钻，将导向钻头、扩孔钻头、外管、高精度钻杆柱、钻杆连接头和高强度钻杆柱连接成一体，组成钻进装置，将钻进装置下放至钻孔孔底，地面动力带动钻进装置转动，此时钻进装置完全位于技术套管二内，钻进阻力较小，采用高转速钻进，导向钻头钻进时，会在孔底岩石上钻进一个小孔径钻孔，导向钻头完全进入岩石的小孔径钻孔内，之后由扩孔钻头进行扩孔，扩孔钻头开始工作后，由于导向钻头始终位于小孔径钻孔内，高精度钻杆柱和高强度钻杆柱的摆动作用只能作用扩孔钻头上，导向钻头始终能够沿钻孔轴线旋转，在最大限度上减少钻孔的偏斜；

15、④钻进至超过易跑斜地层一段距离后，提钻，更换常规钻具钻进至终孔。

16、本发明的积极效果：能够减小钻孔的轨迹偏移的同时还能实现钻杆柱的高速旋转，提高进尺效率，节省钻探成本。

技术特征：

1.一种防止钻孔跑斜的钻进装置，其特征在于：包含导向钻头（1）、扩孔钻头（2）、外管（3）、高精度钻杆柱（4）、钻杆连接头（5）和高强度钻杆柱（6），所述导向钻头（1）、扩孔钻头（2）、外管（3）、高精度钻杆柱（4）、钻杆连接头（5）和高强度钻杆柱（6）从下至上依次连接；所述导向钻头（1）由切削具一（7）和钢体一（8）组成，钢体一（8）的上端设置有母螺纹，切削具一（7）设置在钢体一（8）的下端；所述扩孔钻头（2）由钢体二（10）和切削具二（9）组成，钢体二（10）为空心圆柱结构，钢体二（10）下端设置公螺纹，与钢体一（8）上端的母螺纹相连，钢体二（10）上端设置母螺纹，与外管（3）下端螺纹连接，钢体二（10）的外径侧设置切削具二（9）；切削具一（7）外径小于切削具二（9）外径。

2.根据权利要求1所述的一种防止钻孔跑斜的钻进装置，其特征在于：所述切削具一（7）外径小于切削具二（9）外径3-7mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种防止钻孔跑斜的钻进装置，其特征在于：所述切削具一（7）为金刚石切削具或pdc切削具。

4.根据权利要求1或2所述的一种防止钻孔跑斜的钻进装置，其特征在于：所述高强度钻杆柱（6）包含从下至上依次螺纹连接的母接头（15）、钻杆体（14）和公接头（13），母接头（15）与钻杆连接头（5）螺纹连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种防止钻孔跑斜的钻进装置，其特征在于：所述钢体二（10）的下端外径侧设有环形凹槽，切削具二（9）镶嵌在环形凹槽内。

6.一种防止钻孔跑斜的钻进方法，采用权利要求1-5任意一项所述的防止钻孔跑斜的钻进装置进行，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种防止钻孔跑斜的钻进装置及方法，属于地质勘探钻进技术领域。技术方案是：所述导向钻头（1）、扩孔钻头（2）、外管（3）、高精度钻杆柱（4）、钻杆连接头（5）和高强度钻杆柱（6）从下至上依次连接；所述导向钻头（1）由切削具一（7）和钢体一（8）组成，钢体一（8）的上端设置有母螺纹，切削具一（7）设置在钢体一的下端；所述扩孔钻头（2）由钢体二（10）和切削具二（9）组成，钢体二（10）下端设置公螺纹，与钢体一的上端母螺纹相连，钢体二上端设置母螺纹，与外管（3）螺纹连接，钢体二的外径侧设置切削具二。本发明能够减小钻孔的轨迹偏移的同时还能实现钻杆柱的高速旋转，提高进尺效率，节省钻探成本。

技术研发人员：王久全,李秋玥,罗巍,何蕙岚,孙大力,刘志强,卢敬利,谷孝宾
受保护的技术使用者：金石钻探（唐山）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8