[发明专利]一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及模型试验技术领域，更具体涉及一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的方法，同时还涉及一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的的装置，它适用于露头页岩水平井分段多簇水力压裂室内试验中射孔的制作。 

背景技术

天然气是一种高效、优质的清洁能源，是实现低碳消费的最佳选择，页岩气作为非常规天然气中的一种，含量巨大，我国页岩气可采储量36.08×10¹²m³，居世界第一，由于页岩储层渗透率低，为了实现高效开采，目前主要借助水力压裂进行体积改造，即通过水力压裂的方式对储层进行改造,在形成一条或者多条主裂缝的同时,通过应用分段多簇射孔、低黏压裂液体、转向材料与技术等手段,实现对天然裂缝、岩石层理的沟通,以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝,并在次生裂缝上继续分枝形成二级次生裂缝,以此类推，最终各裂缝交织形成复杂的裂缝网络系统。 

体积改造技术的核心就是分段多簇射孔技术。射孔是利用射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油气层一定深度，从而建立起油气流的通道；分段多簇指的是射孔的具体布置方式，即将待开发的储层按长度分成若干段，在每段内选择若干位置进行密集射孔，从而在每段内形成若干密集射孔的区域(即簇)。 

由于现场缺乏理论指导，目前国内有不少学者用物理模型材 料(水泥块)进行了射孔对水力压裂裂缝起裂以及扩展规律影响的物理模拟实验研究，主要采用预埋法模拟射孔，即在水泥块等模型材料制作过程中，沿井筒径向预埋可溶性材料，比如食盐，埋深不做具体要求，埋径根据实际设计需要事先确定，在进行压裂实验前用水溶解，形成小孔，用来模拟射孔，还有些学者采用大尺寸露头页岩模拟水平井以及竖直井压裂，但射孔无法预埋，目前还没有发现在天然岩石试样中制作射孔的方法，故无法真实模拟分段多簇射孔压裂，本发明很好的解决了这些问题。 

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种实现侧向钻孔的方法，方法安全易行，操作简便，能精确钻孔，适用范围广，可操作性强，操作流程简便，易于实现批量钻孔。 

本发明的另一个目的是在于提供了一种实现侧向钻孔的装置，结构简单，使用方便，加工成本低，加工技术简便，较轻便，易携带，安全性能好。 

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施： 

一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的方法，其步骤是： 

(1)、取一块大尺寸(300*300*600mm)天然岩石，切平端面，在端面中心使用普通钻机(大功率电启动HZ-20A混凝土钻孔取芯机)钻一个直径25-40mm的深孔； 

(2)、以该深孔的孔心为坐标原点，在切平的端面上，用油漆笔建立坐标轴； 

(3)、在深孔内注满水，如果是水溶性岩石，则可用冷却油(比如长城润滑油)代替水，以免侧向钻孔时温度过高(高达120到150度)，减少钻头磨损； 

(4)、使用自主研发的钻孔机(如图2)进行侧向钻孔； 

(5)、通过坐标轴记录钻孔的方位角，通过钻杆上面的刻度尺记录钻孔的深度，钻孔工作完成，并详细记录钻孔位置，以便开展后期工作，比如，在模拟射孔时，记录孔眼位置可方便与井筒上的钻孔相对应。 

一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的的装置，它包括钻机部分、钻杆、钻杆防护套、钻头、传动装置、螺丝、螺丝、夹具。钻机部分包括钻机转轴、钻机夹头、钻机夹嘴，传动装置包括齿轮、螺杆。 

钻机部分上的转轴通过轴承连接钻机夹嘴，钻机夹嘴通过可缩放的夹嘴夹住钻杆，钻机转轴带动钻机夹嘴、钻杆一起转动；钻机转轴分别与钻机夹头、钻机相连，钻机夹嘴分别与钻机夹头、钻杆相连；夹具内装有钻杆、钻杆防护套、钻机转轴、钻机夹头、钻机机身部分，螺丝通过夹具将钻杆及钻杆防护套一起固定，钻杆的末端连接钻机转轴，钻杆的另一端与传动装置上的螺杆相连，在传动装置上装有钻头，传动装置包括齿轮、螺杆，螺杆和钻杆焊接在一起，齿轮通过轮齿与螺杆上的螺纹相互咬合连接，齿轮中心有一个圆缺孔，孔内装有侧向钻头，在传动时，传动装置加紧并带动钻头一起转动，这样，轴向转动被转变成侧向转动；另 外，自制夹具的一端粗一端细，粗的一端夹住钻机的机身，细的一端夹住钻杆防护套，这样既不阻碍转动，又增加了稳定性。 

钻杆制备：采用直径4.6mm，长392mm的实心钢条加工而成，中空的螺杆(含螺纹)套在钻杆右端组成新的钻杆；