[发明专利]反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备及工艺

说明书

本发明公开反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备，包括沿定向先导孔的轴向由孔底至孔口方向依次螺纹联结的阶梯扫孔钻头、第一反井稳定钻杆、普通钻杆、柔性短节、第二反井稳定钻杆和普通钻杆；反井螺杆钻具定向先导孔扫孔工艺，处于定向先导孔施工和反井扩孔之间。本发明，通过采用全断面扫孔工艺，减小螺杆定向先导孔的狗腿度，增大弯曲处的曲率，避免后续扩孔时反井钻杆在纠偏弯曲段由于弯矩过大而造成的钻杆疲劳断裂；阶梯扫孔钻头的导向柱呈锥台形结构和柔性短节的配合使用，有效避免了全断面扫孔偏离定向先导孔轨迹钻出新孔。

技术领域

本发明涉及钻井施工技术领域。具体地说是反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备及工艺。

背景技术

反井钻井工艺是先将反井钻机安装在上水平巷道(或地面)，采用小直径导孔钻头(多采用三牙轮钻头)从上向下钻进导孔，用清水或泥浆作循环洗井液，当导孔钻透以后，在下水平巷道中将导孔钻头卸下，装上扩孔钻头，然后沿导孔自下而上扩孔，破碎下来的钻屑从工作面靠自重自由下落至下水平，由装运设备将岩渣从下水平巷道运出。

反井导孔施工是反井钻机施工，尤其是深(斜)反井施工的关键工序，反井导孔的偏斜率往往决定了整个反井施工的偏斜率。由于反井钻杆直径比较大，没有专业纠偏功能，主要采用满眼钻进保证偏斜。在施工时虽然可以通过优化稳定钻杆布置、提高开孔精度、合理控制钻进参数等手段提高导孔施工的偏斜率。但对于较深或斜井井筒，尤其遇到倾角较大的岩层，导孔的偏斜率随深度呈几何倍数增长，甚至超过5％，造成导孔施工失败。

为了完成高质量的导孔，目前常用的导孔方式是使用随钻测量定向钻进技术进行先导孔的施工。正常钻进时采用钻机驱动钻具旋转与螺杆在高压泥浆驱动旋转产生的复合钻进。该法具有快速、精准的优点。当测量发现先导孔出现偏斜时，常使用弯头螺杆钻具进行纠偏，在纠偏过程中则会产生“狗腿度”。在反井钻机直接扫孔时，由于反井钻杆壁厚达到70-110mm，刚度大，在狗腿处产生巨大的弯矩，造成钻头接头疲劳断裂。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种井底钻具组合扫孔，保持正常导孔直径工况下，通过减小狗腿处的曲率，并提高钻具使用寿命的反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备及工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备，其特征在于，包括反井普通钻杆、第一反井稳定钻杆、柔性短节、反井普通钻杆、第二反井稳定钻杆和阶梯扫孔钻头，沿定向先导孔的轴向由孔底至孔口方向依次螺纹联结所述阶梯扫孔钻头、一个以上的所述第一反井稳定钻杆、所述反井普通钻杆、所述柔性短节、所述第二反井稳定钻杆和所述普通钻杆；所述阶梯扫孔钻头包括由孔底至孔口方向依次设置的导向钻进部、定位部和扫孔部，所述导向钻进部、所述定位部和所述扫孔部的外径依次增大。

上述反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备，所述扫孔部包括钻头主体和牙轮分装头，所述牙轮分装头安装在所述钻头主体的侧壁上，所述钻头主体的尾端与所述第一反井稳定钻杆的前端螺纹联结。

上述反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备，所述定位部为导向柱，所述导向柱的形状为圆锥台状，所述导向柱外径较小的一端朝向孔底设置，所述导向柱外径较大的一端与所述钻头主体的前端固定连接；所述导向柱的侧壁面上沿螺旋线方向设置有螺旋排渣槽和钻齿组，所述螺旋排渣槽和所述钻齿组在所述导向柱的侧壁上沿周向间隔分布；所述螺旋排渣槽呈逆时针旋向，钻具顺时针旋转。

上述反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备，所述钻齿组包括一列平齿和一列微锥齿，相邻的所述平齿和所述微锥齿错开分布。

上述反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备，所述导向钻进部为三牙轮钻头，所述三牙轮钻头的尾端与所述导向柱外径较小的一端固定连接。

上述反井螺杆钻具定向先导孔扫孔装备，所述第一反井稳定钻杆的数量小于三个。

反井螺杆钻具定向先导孔扫孔工艺，包括以下步骤：