一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的方法及装置，其步骤：(1)取一块岩石，切平端面，钻孔；(2)以孔的孔心为坐标原点，用油漆笔建立坐标轴；(3)在孔内注满水或冷却油；(4)使用钻孔机侧向钻孔；(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。钻机部分通过轴承连接钻机夹嘴，钻机夹嘴通过夹嘴夹住钻杆，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，螺丝通过夹具将钻杆及钻杆防护套固定，钻杆的末端连接钻机转轴，钻杆的另一端与传动装置相连，方法易行，操作简便，能精确钻孔，适用范围广，易于实现批量钻孔。安全性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模型试验
，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。 
技术介绍
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，本专利技术很好的解决了这些问题。 
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术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，本专利技术采用以下技术措施： 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； 夹具制备：夹具为阶梯套筒，包含一阶梯两个套筒，第一个套筒外径50mm,内径43mm，长度80mm，第二个套筒外径20mm，内径10mm，长度26mm，在距两个套筒外端7.5mm、5mm处分别钻一个直接5mm的孔用以安装螺丝，夹具所用材料为普通钢材。 所解决的问题是如何在天然岩石试样内部制作射孔，提供了一种能在直径不小于24mm的孔内部沿孔径方向钻小孔的新工艺、新方法，钻孔深度可达13mm,孔径为2mm，可用来模拟射孔，它使使用大尺寸露头页岩模拟“页岩水平井多簇射孔压裂”试验成为了可能。 本专利技术采用的技术方案是：采用自主研发的钻孔机，在水平深孔(最深可达400mm)中沿孔径方向钻小孔，用来模拟射孔，并且在对应的井筒上也钻取和射孔对应的小孔，用来模拟水平井多簇射孔压裂。 本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果： 本专利技术提供了室内制作射孔的方法，并研发了相应的加工设备，可在井筒壁面的任意位置进行侧向钻孔，还可通过改变钻头的直径、长度，从而控制射孔的大小，满足不同试验对射孔尺寸的要求，提高了本专利技术的实用性。方法安全易行，操作简便，适用范围广，可操 作性强，操作流程简便，易于实现批量钻孔，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。精确钻孔：根据所选用的小钻头直径的不同，钻孔孔径可在1-5mm之间变化，孔深的变化范围为1-10mm，可根据实际需要进行精确控制。钻孔位置的深度(精确到mm)和相位角(精确到0.1°)可精确控制。适用范围广：可用于各种岩性岩石的水力压裂射孔的制作，也可满足其他领域制作侧向射孔的需求。批量钻孔：钻孔速度快，效率高，每小时可钻30个孔。目前国内还尚未发现此种钻孔方法。本专利技术不仅可对天然岩石进行侧向钻孔，也可用于其他人工合成材料，解决了国内目前采用大尺寸页岩进行压裂实验却无法模拟射孔的难题。 比如在水力压裂实验中，对于天然页岩和人工制备试样，将整个试样视为压裂的一段，采用螺旋射孔布置形式，开展单簇、双簇射孔水力压裂物理模拟试验研究，单簇射孔个数为6，双簇射孔压裂试验时设置不同的簇间距，其间距依次为0、50、100mm，每个射孔直径2mm，深度5到10mm。 附图说明图1为一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的方法的流程图。 图2为一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的装置结构示意图。 图3为一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的传动装置结构示意图。 图4为一种一端镶嵌金刚石一端能和齿轮咬合的钻头示意图。 图5为一种通过钻孔后的大尺寸页岩的剖面图。 其中：钻机部分1包括钻机转轴2、钻机夹头3、钻机夹嘴4，自制钻杆5，钻杆防护套6，钻头7，传动装置8包括齿轮12、螺杆13，螺丝9，螺丝11，夹具10。 具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的方法，其步骤是：(1)、取一块天然岩石，切平端面，在端面中心使用普通钻机钻一个直径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，是水溶性岩石，用冷却油代替水，减少钻头磨损；(4)、使用钻孔机进行侧向钻孔；(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，并记录钻孔位置，以便开展后期工作:在模拟射孔时，记录孔眼位置与井筒上的钻孔相对应。

【技术特征摘要】
1.一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的方法，其步骤是：
(1)、取一块天然岩石，切平端面，在端面中心使用普通钻机钻
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，是水溶性岩石，用冷却油代替水，减少
钻头磨损；
(4)、使用钻孔机进行侧向钻孔；
(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，并记录钻孔位置，以便开展后期工
作:在模拟射孔时，记录孔眼位置与井筒上的钻孔相对应。
2.权利要求1所述的一种在小直径深孔中实现侧向钻盲孔的装置，
它包括钻机部分(1)、钻杆(5)、钻杆防护套(6)、钻头(7)、
传动装置(8)、螺丝(9)、夹具(10)，其特征在于：钻机部
分(1)上的转轴通过轴承连接钻机夹嘴(4)，钻机夹嘴(4)通
过可缩放的夹嘴夹住钻杆(5)，钻机部分(1)包括钻机转轴(2)、
钻机夹头(3)、钻机夹嘴(4)，钻机转轴(2)分别与钻机夹头
(3)、钻机(5)相连，钻机夹嘴(4)分别与钻机夹头(3)、
钻杆(5)相连，夹具(10)内装有钻杆(5)、钻杆防护套(6)、
钻机转轴(2)、钻机夹头(3)、钻机部分(1)，螺丝(9)通

【专利技术属性】
技术研发人员：侯振坤，杨春和，魏元龙，郭印同，王磊，顾义磊，衡帅，李芷，侯振奇，魏翔，巫尚蔚，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85