[发明专利]一种井下防喷孔保压钻孔方法

权利要求书

1.一种井下防喷孔保压钻孔方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、打钻封孔：利用钻机(8)和与所述钻机(8)配合且伸入至煤岩层(9)中的初始钻杆机构在设计位置按照设计方位角和设计倾角打钻，直至打钻深度达到设计深度，所述设计深度等于封孔段(4)的长度，所述初始钻杆机构的长度不小于封孔段(4)的长度；

所述初始钻杆机构包括独立钻杆(2)、安装在独立钻杆(2)前侧的钻头(1)和安装在独立钻杆(2)后侧的连接钻杆组件，所述连接钻杆组件包括N个依次连接的连接钻杆(3)，其中，N为正整数；

所述独立钻杆(2)包括中空结构的杆体(2-1)以及设置在杆体(2-1)内的弹簧挡台(2-3)和保压球挡台(2-8)，弹簧挡台(2-3)和保压球挡台(2-8)之间的空间形成通液腔(2-5)，所述通液腔(2-5)内设置有保压弹簧(2-6)和与保压弹簧(2-6)配合的保压球(2-7)，弹簧挡台(2-3)上开设有与通液腔(2-5)连通的弹簧挡台通水孔(2-4)，保压球挡台(2-8)上开设有与通液腔(2-5)连通的保压球挡台通水孔(2-9)，弹簧挡台(2-3)设置在杆体(2-1)中靠近钻头(1)的一侧，钻头(1)通过杆头(2-2)与杆体(2-1)连接，杆体(2-1)远离钻头(1)的一端设置有与保压球挡台通水孔(2-9)连通的连接孔(2-10)；

所述连接钻杆(3)包括独立钻杆(2)和设置在独立钻杆(2)前端的且为中空结构的钻杆连接头(3-2)，钻杆连接头(3-2)前端设置有保压球顶杆(3-1)，保压球顶杆(3-1)内开设有与独立钻杆(2)连通的钻杆头通水孔(3-3)；

步骤二、安装防护管并连接钻井液保压回液机构：在初始钻杆机构的后侧安装连接钻杆(3)，延长初始钻杆机构，此时初始钻杆机构变为实时钻杆机构，当实时钻杆机构的钻孔长度等于封孔段(4)、高压导流管(5)和套管(10)的长度总和时，将高压导流管(5)套设在实时钻杆机构伸出煤岩层(9)的一端，并与封孔段(4)密封连接，高压导流管(5)远离封孔段(4)一端设置有套管(10)，钻头(1)的直径小于高压导流管(5)的内径；

所述实时钻杆机构与钻孔内壁之间形成与高压导流管(5)连通的钻孔间隙(11)，高压导流管(5)上连接有与钻井液保压回液机构(7)连通的高压回流管(6)；

所述钻井液保压回液机构(7)包括保压回液容器、设置在所述保压回液容器内的保压活塞(7-3)和设置在所述保压回液容器旁侧且与所述保压回液容器连通的积液池(7-16)，所述保压回液容器位于保压活塞(7-3)下侧的空间为储液腔(7-1)，所述保压回液容器位于保压活塞(7-3)上侧的空间为保压液腔(7-2)，所述保压回液容器的底部设置有排液进液管(7-9)，所述排液进液管(7-9)上安装有排液进液控制阀(7-11)，所述保压回液容器的顶部设置有第一高压排气管(7-6)、安全卸压阀(7-7)和保压进液管(7-8)，保压进液管(7-8)上安装有单向阀(7-17)，保压活塞(7-3)上开设有高压回气孔(7-4)，高压回气孔(7-4)通过第二高压排气管(7-5)与第一高压排气管(7-6)连通，所述第一高压排气管(7-6)上安装有排气阀(7-15)，深度指示杆(7-13)伸入至所述保压回液容器内与保压活塞(7-3)连接，所述深度指示杆(7-13)的顶部安装有压力表(7-14)，所述保压回液容器底部还设置有排液出液管(7-10)，所述保压回液容器通过排液出液管(7-10)与积液池(7-16)连通，所述排液出液管(7-10)上安装有排液出液控制阀(7-12)，所述排液出液管(7-10)的高度高于排液进液管(7-9)的高度；

步骤三、根据公式P＝kP₁，获取保压压力值P，其中，k为安全系数，P₁为钻井液补偿地层压力的径向应力值；

步骤四、储液腔排气：从保压进液管(7-8)加注保压液，经单向阀(7-17)将保压液进入保压液腔(7-2)推动保压活塞(7-3)，保压活塞(7-3)下移将储液腔(7-1)中的气体经保压活塞(7-3)中高压回气孔(7-4)、第二高压排气管(7-5)和第一高压排气管(7-6)排出至废气回收系统，直至深度指示杆(7-13)位置不再移动且压力表(7-14)显示的压力值不变，停止加注保压液，完成储液腔(7-1)排气；

步骤五、保压钻孔，过程如下：

步骤501、调节安全卸压阀(7-7)的压力值为保压压力值P，通过压力表(7-14)实时监测保压液腔(7-2)内的保压压力值；

步骤502、在实时钻杆机构后连接一节新的连接钻杆(3)，更新实时钻杆机构，连接钻杆(3)的保压球顶杆(3-1)将保压球(2-7)顶离保压球挡台(2-8)，通过钻机(8)向更新后的实时钻杆机构注入压力为P的钻井液，钻井液经新的连接钻杆(3)中的连接孔(2-10)和保压球挡台通水孔(2-9)，钻井液经保压球(2-7)和通液腔(2-5)的间隙，再经弹簧挡台通水孔(2-4)和杆头(2-2)进入前一节钻杆，直至输送至钻头(1)进入煤岩层(9)，钻井液混合钻屑物及气体经钻孔间隙(11)回流，回流至高压导流管(5)中经高压回流管(6)进入储液腔(7-1)，随着钻井液混合钻屑物及气体的回流，储液腔(7-1)中压力不断升高，推动保压活塞(7-3)向上运动，当保压液腔(7-2)压力大于保压压力值时，安全卸压阀(7-7)开启，储液腔(7-1)中的钻井液混合钻屑物及气体保持保压压力值推动保压活塞(7-3)不断向上运动，实现保压钻孔；

步骤六、续杆排液：在接续钻杆时，钻机(8)停止钻进后退钻，高压钻井液回流，保压弹簧(2-6)推动保压球(2-7)复位，保压球(2-7)抵接保压球挡台(2-8)封堵保压球挡台通水孔(2-9)，实时钻杆机构实现停钻保压密封钻杆；同时关闭排液进液控制阀(7-11)，采取步骤四中储液腔排气过程，排出随钻井液混合钻屑物带出的气体，排气结束后关闭排气阀(7-15)，打开排液出液控制阀(7-12)，向保压液腔(7-2)加注保压液，保压液推动保压活塞(7-3)向下运动，储液腔(7-1)中钻井液混合钻屑物经排液出液管(7-10)流入积液池(7-16)；

步骤七、多次循环步骤五至步骤六，实现煤岩层(9)的持续保压钻孔；

步骤八、保压回拆：当回撤实时钻杆机构退钻时，继续向钻孔注入钻井液，并同时退钻，保证钻孔中压力不会骤降，实现保压退钻。