[发明专利]松软岩土层射流导向成孔‑扩孔‑防塌孔一体化钻进方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种松软岩土层射流导向成孔-扩孔-防塌孔一体化钻进方法。

背景技术

地表和地下松软岩土层施工近水平或倾斜较大孔径的钻孔难度较大，主要原因是在施工过程中钻孔容易边钻边塌，排渣量大，还可能出现卡钻、抱钻和掉钻等事故，导致钻进效率较低，同时，在，松软岩土层施工近水平或倾斜较大孔径的钻孔后，极易在短时间内塌孔，使钻孔失效。此外，在地表和地下岩土松软岩土层钻进过程中，由于钻杆自身重力和岩土强度不均匀性，在施工松软岩土层施工近水平或倾斜长钻孔时，钻进轨迹易发生偏移，影响钻孔过程质量。因此，需要一种钻进技术，既能解决松软岩土层钻进过程及成孔后塌孔，又能减少施工近水平或倾斜长钻孔时钻进轨迹偏移，同时还能够提高钻头切割钻进效率。

1、现有跟管钻进护孔技术

跟管钻进技术是利用钻头牵引后面连接的套管，实现打钻过程中的同步完成下套管，钻进结束后收缩钻头，将钻头和钻杆从套管中撤出。目前跟管钻进技术主要用于地面工程地质领域松软地层钻进应用，而在软煤钻进领域主要是理论研究，井下工程实际应用较少。在井下应用存在的主要问题是钻孔排渣空间小、套管容易被抱死，难以实现全程下套管护孔，同时大直径套管成本较高。

2、钻杆内下套管护孔技术

钻杆内下套管护孔技术利用中部可打开钻头和较大内径钻杆进行钻进，结束后撤钻头和钻杆一小段距离，将较小直径套管自钻杆和钻头内插入钻孔中固定，再将钻头和钻杆撤出钻孔。钻杆内下套管护孔技术在井下应用存在的主要问题是不能解决打钻过程中的塌孔、卡钻问题，同时套管直径较小，抽放效率受限。

3、钻井液护孔技术

钻井液（原称泥浆）是指钻井中使用的工作流体。它可以是液体或气体。因此，钻井液应确切地称为钻井流体。钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。钻井液防塌孔主要应用于地面垂直钻进，对于水平井和井下水平钻孔防塌效果有限。

4、高压水射流切割辅助钻进技术

现有的高压水射流切割辅助钻进技术主要是采用钻头前方的高压水射流切割岩石或其他物质，利用高压水射流切割破岩作用，增加钻头在较硬岩层中的钻进效率。目前，这项技术能较大提高在硬岩或者其它高强度物质中的钻进效率，但是不适用于对于较软岩层和物质钻进。

5、射流导向钻进技术

射流导向钻进技术是先利用射流施工导向孔，然后利用钻头扩孔。导向孔钻进是通过导向钻头的高压水射流冲蚀破碎、旋转切削成孔的。导向钻头前端为15°造斜面。该造斜面的作用是在钻具不回转钻进时，造斜面对钻头有个偏斜力，使钻头向着斜面的反方向偏斜；钻具在回转顶进时，由于斜面在旋转中斜面的方向不断改变，斜面周围各个方向受力均等，使钻头沿其轴向的原有趋势直线前进。现有的射流导向钻进技术能够解决松软地层中直线钻进和定向钻进问题，但是不能解决松软地层导向钻进过程中的塌孔问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种松软岩土层射流导向成孔-扩孔-防塌孔一体化钻进方法。该方法的目的是通过松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进，实现在松软岩土层钻进过程中的射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化工艺过程，提高松软岩土层钻进效率和成孔质量，防止松软岩土层钻进过程中边钻边塌及短时间内塌孔垮塌。本发明实现松软岩土层钻进的防塌和导向钻进，提高松软岩土层钻进效率、提高松软岩土层成孔质量、减少松软岩土层钻进轨迹偏移、最大限度减少松软岩土层钻孔塌孔。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：松软岩土层射流导向成孔-扩孔-防塌孔一体化钻进方法，包括以下步骤，

（1）、加工和测试松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置；

（2）、对松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进技术参数设计；

（3）、配制喷浆防塌浆液，测试浆液凝固性能；

（4）、安装松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置；

（5）、进行松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进作业；

（6）、至设计深度后停止钻进，利用清水清洗喷浆管路和浆液喷嘴，撤出钻杆钻头；