一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备技术

本发明专利技术涉及石油钻井施工技术领域，具体涉及一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备，基于在黄土层的钻井施工中采用的一种无需流体介质循环施工的钻井方法，现有的钻井方法无法满足黄土的层的钻井，即使钻井成功，但是在实际使用中通过现有钻井方法的井均出现了漏失的情况，钻井液泄漏直接流入河流、农田，造成了不同程度的环境污染，因此现有传统钻井工艺方法难以彻底解决黄土层漏失，本发明专利技术的干钻掘进方法，通过干钻掘进设备进行干钻掘进，形成所需深度的井孔，然后将导管下放置井孔内，然后采用环保固井，在钻进过程中无需泥浆循环，固井过程不需要水，从根本上解决了漏失问题，避免了环境污染事故。

【技术实现步骤摘要】
一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备
本专利技术涉及石油钻井施工
，具体涉及一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备。
技术介绍
在黄土层钻井施工中，黄土表层结构疏松并存在天然裂缝，易发生井漏，堵漏影响钻井时效，井漏严重时造成井架基础下陷、钻井液通过表层裂缝通道泄漏出井场外，造成环境污染。而现有的钻井施工分为充气钻、空气钻、胀眼器、导管底塞等进行钻井，其中充气钻：需要空气压缩机和储气罐，充气管线通过自制的单流阀及转换接头连接气源，需在钻井液里配置微泡处理剂，钻井液容易倒流进入空压机，充气钻进可以降低约25％液柱压力，有利于黄土层防漏，设备多配套时间长，规模化应用难度大，对于黄土层裂缝型和溶洞型漏失无效，从而使用该方法存在设备多工序复杂的缺点不适用于黄土层钻井；空气钻：工作原理为压缩空气经双通道水龙头直接进入钻具管体，高压空气驱动冲击器内的活塞作高频往复运动，并将该运动所产生的动能源源不断的传递到钻头上，使钻头获得一定的冲击力，将黄土冲碎后，高速气流将黄土气举吹出地面。使用该方法需要钻机和大排量空气压缩机、增压机、潜孔锤，钻遇胶泥或者湿土时容易出现卡钻事故，同时设备多配套时间长成本高，规模化应用难度大，该方法钻进如遇胶泥层时，岩屑难带出地面，容易出现井下事故；胀眼器：工作原理为通过加强井壁黄土层致密程度来降低清水在黄土里的渗透速度，该方法经过三次迭代由中空直棱胀眼器，到花瓣式胀眼器，再到中空无棱式胀眼器，缺点是无法对付胶泥层，黄土层大型裂缝和溶洞无效；导管底塞：工作原理为导管下入井底，释放悬重，铜销钉被剪断，导管短节与滑套之间相对滑动，胶筒轴向受压直径方向胀大，形成环形密封圈封隔上下环空，使用该方法导管底塞滑套即最大外径380mm与后续311井眼单边只有35mm距离，由于黄土层自身压实力差加之钻井液冲蚀，基本都会导致导管不同程度下陷，胶囊封隔井壁10-15厘米，封隔时间短，易被钻井液浸泡冲刷复发漏失，同时滑套的外径和形状也无法满足黄土层防泄漏实际需求。基于上述存在的问题本专利技术提出一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备，尤其是具有施工过程紧凑，安全环保，可在钻前井场施工，节省井队单井钻井周期，钻进过程中无需钻井液循环施工的特点。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种基于黄土层的干钻掘进方法，包括以下步骤步骤一：干钻掘进通过干钻掘进设备进行干钻掘进，形成所需深度的井孔；步骤二：下导管将导管下放置井孔内；步骤三：内外环空封隔将导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封固填充。所述的步骤一中干钻掘进具体施工方法包括先将干钻掘进设备中的掘取装置安装在待钻井的井孔正上方；调整掘取装置的中心位置与待钻井的井孔中心位置相对应；启动干钻掘进设备中的驱动装置，通过驱动装置驱动掘取装置进行干钻掘进。所述的干钻掘进是掘取装置被驱动装置启动后靠自重向下做自由落体运动，通过向下做自由落体运动冲向地面扎进土层后抓取黄土。所述的抓取黄土后通过驱动装置驱动掘取装置向上移动，移出井孔后，此时掘取装置位于井孔正上方的半空中，然后将黄土收集装置移动到抓取有黄土的掘取装置的正下方，再通过驱动装置驱动掘取装置进行在半空中上、下抖动使黄土自然脱落，脱落的黄土进入黄土收集装置，最后再通过黄土收集装置将抓取出来的黄土转移到指定的地点，重复该施工步骤直到形成所需深度的井孔后，结束干钻掘进施工。所述的步骤二中导管下放置井孔内采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内。所述的采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内之前在井孔口还设置有导管限位支架，导管限位支架内径孔大于井孔直径。所述的步骤三是先将靠近井底的导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封隔固井，然后再将靠近井孔口处的导管外壁与井孔内壁之间的缝隙采用黄土填充。所述垂吊导管时导管底部与井底之间优选留有300mm～500mm空隙。一种基于黄土层的干钻掘进设备，包括掘取装置、驱动装置和支撑机构，所述支撑机构位于待钻井位置的正上方，所述掘取装置与驱动装置之间通过钢丝绳连接，所述支撑机构的顶部设置有滑轮，钢丝绳一端穿过滑轮与掘取装置连接，钢丝绳另一端与驱动装置连接。所述的驱动装置包括卷扬机组和驱动小车，卷扬机组安装在驱动小车上，所述支撑机构为用于支撑掘取装置的支撑架，所述的掘取装置为用于抓取黄土的掘取干钻钻头。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术是基于在黄土层的钻井施工中采用的一种无需流体介质循环施工的钻井方法，因为黄土层为一种特殊的地层结构，其中地层结构为黄土表层结构疏松并存在天然裂缝，同时还会存在胶泥层，大型裂缝和溶洞等地层结构，所以现有的钻井方法无法满足黄土的层的钻井，即使钻井成功，但是在实际使用中通过现有钻井方法的井均出现了漏失的情况，钻井液泄漏直接流入河流、农田，造成了不同程度的环境污染，因此现有传统钻井工艺方法难以彻底解决黄土层漏失，本专利技术的干钻掘进方法，同时采用环保固井，在钻进过程中无需泥浆循环，固井过程不需要水，从根本上解决了漏失问题，避免了环境污染事故。抓取黄土后通过驱动装置驱动掘取装置向上移动，移出井孔后，此时掘取装置位于井孔正上方的半空中，然后将黄土收集装置移动到抓取有黄土的掘取装置的正下方，再通过驱动装置驱动掘取装置进行在半空中上、下抖动使黄土自然脱落，脱落的黄土进入黄土收集装置，最后再通过黄土收集装置将抓取出来的黄土转移到指定的地点，重复该施工步骤直到形成所需深度的井孔后，结束干钻掘进施工。通过本专利技术的方法进行井孔的掘进不会发生塌陷的情况，同时当井孔施工结束后开始下放导管，导管下放结束后，将导管的外径与井孔内径之间的环空分析进行封固填充，通过该方法施工的井在实际使用中无漏失现象，解决了漏失问题，避免环境污染事故。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的基于黄土层的干钻掘进方法步骤示意图。图2为本专利技术的掘取装置整体结构示意图。图3为本专利技术的掘取装置中加重组件结构示意图。图4为本专利技术的掘取装置中扶正推靠机构结构示意图。图5为本专利技术的掘取装置中连接第三连接件位置的内部结构示意图。图6为本专利技术的实施例4中封固装置的结构示意图。图7为本专利技术的实施例4中液体混合头结构示意图。图中：1-第一连接件、2-第二连接件、3-第三连接件、4-加重组件、5-掘取刀头、6-挡板、7-限位连接板、8-第一连接圈、9-第二连接圈、10-弓形弹片、11-缓冲弹簧、12-连接座、13-连接块、14-限位弹簧、15-封固装置、21-液体混合头；22-活塞泵；23-空压气泵；24-液体管线；25-气体管线。具体实施方式首先需要说明的是，在本专利技术各个实施例中，所涉及的术语为：干钻掘进，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：包括以下步骤/n步骤一：干钻掘进/n通过干钻掘进设备进行干钻掘进，形成所需深度的井孔；/n步骤二：下导管/n将导管下放置井孔内；/n步骤三：内外环空封隔/n将导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封固填充。/n

【技术特征摘要】
20200416 CN 20201030190391.一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：包括以下步骤
步骤一：干钻掘进
通过干钻掘进设备进行干钻掘进，形成所需深度的井孔；
步骤二：下导管
将导管下放置井孔内；
步骤三：内外环空封隔
将导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封固填充。


2.根据权利要求1所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的步骤一中干钻掘进具体施工方法包括
先将干钻掘进设备中的掘取装置安装在待钻井的井孔正上方；
调整掘取装置的中心位置与待钻井的井孔中心位置相对应；
启动干钻掘进设备中的驱动装置，通过驱动装置驱动掘取装置进行干钻掘进。


3.根据权利要求2所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的干钻掘进是掘取装置被驱动装置启动后靠自重向下做自由落体运动，通过向下做自由落体运动冲向地面扎进土层后抓取黄土。


4.根据权利要求3所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的抓取黄土后通过驱动装置驱动掘取装置向上移动，移出井孔后，此时掘取装置位于井孔正上方的半空中，然后将黄土收集装置移动到抓取有黄土的掘取装置的正下方，再通过驱动装置驱动掘取装置进行在半空中上、下抖动使黄土自然脱落，脱落的黄土进入黄土收集装置，最后再通过黄土收集装置将抓取出来的黄土转移到指定的地点，重复该施工步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟良，张建卿，李雪岗，侍德益，李德波，胡祖彪，朱明明，王清臣，韩成福，张健，袁立志，张延兵，谭学斌，焦武山，胡延霞，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11