[发明专利]一种破碎地层多级孔壁修复钻具组合及定向钻进方法

说明书

本发明公开一种破碎地层多级孔壁修复钻具组合及定向钻进方法，包括依次连接的定向钻头、外螺旋液动螺杆钻具、泥浆脉冲随钻测量装置以及依次重复交替连接的偏心螺旋孔眼修复钻具和整体螺旋钻杆。偏心螺旋孔眼修复钻具往复回转时正反向翼片能充分排渣并对钻孔修复；在破碎地层段可先定向后回转扫孔，对破碎带孔壁磨削修复，并将破碎煤岩块体和颗粒搅拌、碾压和磨碎；复合定向钻进时，改变转速、泵压、钻速实现轨迹控制；钻遇塌孔憋压段逐级退钻扫孔，多根偏心螺旋孔眼修复钻具逐级接替作用，无须整个钻孔提钻扫孔即可保证整个钻孔通畅。本发明能有效解决破碎地层排渣问题，提高钻孔成孔率和成孔深度，实现钻孔轨迹定向控制，满足定向钻孔施工要求。

技术领域

本发明属于煤矿井下钻探技术领域，具体涉及一种破碎地层多级孔壁修复钻具组合及定向钻进方法。

背景技术

煤矿井下定向钻进技术由于钻孔轨迹可控、在目标地层有效延伸实现长钻孔施工而广泛应用。在破碎煤层或岩层定向钻进时，由于地层破碎塌孔往往无法钻进成孔，还可能出现卡钻或埋钻事故。针对这一问题，目前常采用宽翼片螺旋钻杆或三棱(螺旋)钻杆复合定向钻进方式施工、提钻回转扩孔扩大钻孔直径或注水泥浆加固等技术方案处理。其中，通过宽翼片螺旋钻杆或三棱(螺旋)钻杆配套液动螺杆钻具以及随钻测量装置复合钻进施工，是利用钻杆的螺旋翼片或三棱结构回转时增强排渣效果，从而提高成孔率；但是对于塌孔时产生的一些较大和较硬煤岩块，由于受到宽翼片螺旋钻杆或三棱(螺旋)钻杆结构限制，螺旋槽浅，一般仅有3-5mm，无法有效碾压破碎，当孔内钻渣堆积后，就会出现钻进压力和泥浆泵压等参数急剧升高的异常情况，导致无法正常施工，需要反复活动钻具并冲孔使钻进参数正常后才能钻进，而且效果往往并不理想；而采用提钻扩孔方式工序复杂、工程量大，钻遇多个破碎带时需要反复处理，费时费力，另外孔径增大也会造成钻孔稳定性变差；注水泥浆加固方式对于深孔注浆量大、注浆效果差。

为有效解决破碎地层定向成孔问题，研究采用偏心螺旋孔眼修复钻具配套液动螺杆钻具和随钻测量系统进行定向钻进方法进行施工，能够有效解决地层破碎带排渣和孔壁修复问题，提高钻孔成孔率和成孔深度；同时还满足目前常用套铣钻具打捞工艺要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种破碎地层多级孔壁修复钻具组合及定向钻进方法，解决地层破碎带有效排渣和孔壁修复问题，以提高钻孔成孔率和成孔深度。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种偏心螺旋孔眼修复钻具，包括中空的钻具本体、设在钻具本体外壁的偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片以及分别位于钻具本体两端的公接头和母接头；

所述偏心正向螺旋翼片的螺旋方向为顺时针方向，偏心反向螺旋翼片的螺旋方向为逆时针方向；偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片均为两个，两个偏心正向螺旋翼片之间的周向夹角为90°，两个偏心反向螺旋翼片之间的周向夹角为90°；两个偏心正向螺旋翼片分别与两个偏心反向螺旋翼片轴向位置相对应；偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片与钻具本体中心轴线夹角均为15-30°；偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的翼片高度均大于20mm；

偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的一侧边缘均设置复合片切削齿，偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的另一侧均设置保径齿，偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的的保径齿相邻，偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的的切削齿分别靠近钻具本体的两端。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述钻具本体的中空结构；所述公接头外壁和母接头内壁均设有螺纹。

一种破碎地层多级孔壁修复钻具组合，包括依次连接的定向钻头、外螺旋液动螺杆钻具、泥浆脉冲随钻测量装置以及依次重复交替连接的所述的偏心螺旋孔眼修复钻具和整体螺旋钻杆；