水平井钻井水平段地层坍塌处理工具及方法技术

本发明专利技术提供了一种水平井钻井水平段地层坍塌处理工具及方法，属于钻井施工的技术领域，工具包括新型钻头和新型筛管，钻具最前端连接新型钻头将坍塌堵塞的水平段疏通顺畅，起钻后将新型钻头钻头更换为新型筛管，通过射流作用增加泥浆在各个方向的喷射速度及距离，将岩屑置换出，最后泵入水泥浆全方位封固坍塌井段，可解决因地层坍塌导致的通井困难、岩屑返出困难、封固困难的问题。封固困难的问题。封固困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
水平井钻井水平段地层坍塌处理工具及方法


[0001]本专利技术属于钻井施工的
，具体公开了一种水平井钻井水平段地层坍塌处理工具及方法。

技术介绍

[0002]水平井钻井施工进入水平段后，常出现井眼坍塌，主要原因有：煤层顶板泥岩发生水敏膨胀、破碎、剥离；地层本身破碎、疏松；钻头出技术套管口定向调整井眼轨迹。井壁坍塌会使得局部井眼扩大严重，井眼扩大后的危害是局部井段泥浆返速降低，泥浆流速满足不了清洗井筒的作用。如果继续钻进，返出的岩屑都会堆积到返速最低的井段，当岩屑堆积到一定数量后，正常井段与坍塌井段的结合处，就会增大环空被堵的可能性，处理不当会造成卡钻，严重的会引起井眼报废。
[0003]发生此类复杂情况会采用坍塌井段水泥封固后继续钻进。1）通井：使用常规钻头通井后提升钻具时会造成井壁岩屑脱落，通井作业效果欠佳；2）置换岩屑、封固：当再次钻进遇到该井段后仍有憋泵、扭矩升高和上下活动钻具受阻现象，循环过程中井壁掉块继续返出，同时伴随着坚硬的水泥块。此现象说明水泥封固失败，后续钻进施工无法进行，多次水泥封固效果不佳。
[0004]多次注入水泥封固坍塌井段不成功的原因是：1）水泥浆密度一般在1.80
‑
1.90g/cm
³
，而井筒内泥浆密度一般在1.05
‑
1.07g/cm
³
，由于密度差的原因，密度高的水泥浆在环空下部流动，造成混浆带；2）由于坍塌井眼直径大，过流面积也较大，注水泥过程中的排量不能使坍塌井段形成紊流状态，致使坍塌井段的泥浆不能被水泥完全替出，注完水泥浆后产生分层现象，即：（图1）密度高的水泥浆（1）在井眼中下部，坍塌环空部分为原井泥浆（3），中间部分是混浆带（2）；3）在侯凝结束后按原井眼轨迹钻进，封固水泥被钻出，再次与坍塌环空部分连通，封固失败。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种水平井钻井水平段地层坍塌处理工具及方法，工具包括新型钻头和新型筛管，钻具最前端连接新型钻头将坍塌堵塞的水平段疏通顺畅，起钻后将新型钻头钻头更换为新型筛管，通过射流作用增加泥浆在各个方向的喷射速度及距离，将岩屑置换出，最后泵入水泥浆全方位封固坍塌井段，可解决因地层坍塌导致的通井困难、岩屑返出困难、封固困难的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种水平井钻井水平段地层坍塌处理工具，包括新型钻头和新型筛管；新型钻头包括钻头主体、三棱锥形结构和钻齿；钻头主体为空心圆管结构，两端为连接端和钻进端，直径由连接端到钻进端逐渐增大，连接端的直径与钻具直径配合且设置有与钻具螺纹配合的母扣，钻进端的直径与二开套管及井眼大小配合；三棱锥形结构由三块直角三角板的直角边固定连接而成，相邻两块直角三角板的夹角为120
°
，三棱锥形结构
的三个角固定在钻头主体的钻进端上，三块直角三角板将钻进端分隔成三个120
°
的扇形水眼，三棱锥形结构的三条斜边上均设置有钻齿；新型筛管包括筛管主体和圆锥引导头；筛管主体为空心圆管结构，两端为连接端和引导端，连接端的直径与钻具直径配合且设置有与钻具螺纹配合的母扣，管壁上沿着周向设置有四列水眼组，相邻两列水眼组之间的夹角均为90
°
，相邻两列水眼组中的管壁水眼错位设置，同列水眼组中的管壁水眼等间距设置，四列水眼组的水眼间距相等；圆锥引导头的大端面与筛管主体连接，小端面为引导头水眼；管壁水眼和引导头水眼均为圆形水眼。
[0007]进一步地，新型钻头中，三棱锥形结构的每条斜边上均设置有三块钻齿。
[0008]进一步地，新型钻头的材质强度与钻具材质相同或高于钻具材质。
[0009]进一步地，扇形水眼边缘处打磨为圆角。
[0010]进一步地，筛管主体变径交界处打磨光滑。
[0011]进一步地，新型筛管的材质强度与钻具材质相同。
[0012]进一步地，新型筛管的长度为1.50
‑
1.80m，引导头水眼的孔径为8
‑
10.00mm，管壁水眼的孔径为8.00mm，管壁水眼的间距为200.00mm。
[0013]本专利技术还提供一种水平井钻井水平段地层坍塌处理方法，包括下述步骤：S1，通井，钻具最前端连接上述水平井钻井水平段地层坍塌处理工具中的新型钻头，将坍塌堵塞的水平段疏通顺畅；S2，置换岩屑，起钻后将新型钻头更换为上述水平井钻井水平段地层坍塌处理工具中的新型筛管，下入坍塌井段，泵入用于置换岩屑的泥浆，通过地面提高排量、泵压使泥浆从管壁水眼和引导头水眼以1
‑
1.5m/s的射流速度射出，通过不断旋转和活动钻具和新型筛管，将坍塌孔内的岩屑置换清理干净；S3，水泥封固，待泥浆将坍塌孔内岩屑置换清理干净后，泵入水泥浆，待水泥浆到达新型筛管后，上提钻具和新型筛管，随着钻具和新型筛管的不停转动，水泥浆以1
‑
1.5m/s的射流速度射出，使坍塌孔内的泥浆不断搅动并不断替出，上提速度越慢顶替效率就越好，裸眼段封固结束后将钻具和新型筛管上提到技术套管内预设高度以上循环，直到混浆和多余水泥浆排除井筒，完成整个坍塌孔内注水泥封堵作业。
[0014]本专利技术具有以下优点：1）应用新型钻头，使通井后起钻过程中因刮擦造成的井壁掉块大量减少，通井效果提高；2）通过地面加压，泥浆从新型筛管的水眼高速喷射出，新型筛管配合钻具缓慢旋转，可有效冲刷井眼内各个方向堆积岩屑及不稳定岩屑，顶替效率高，将岩屑快速置换出井眼；最后泵入水泥浆，利用射流原理将水泥浆喷至某处井径扩大产生的“孔洞”内，置换出泥浆并封固地层，旋转可使水泥浆充分填满整个井眼避免混浆段，水泥凝固质量好强度高，再次钻进过程中不易破碎；3）工具制作简单；通过上述工具和方法，可解决因地层坍塌导致的通井困难、岩屑返出困难、封固困难的问题。
附图说明
[0015]图1为坍塌井段泥浆分布图；图2为新型钻头的结构示意图；图3为新型筛管的结构示意图。
[0016]图中：1、水泥浆；2、原井泥浆；3、混浆带；101、钻头主体；102、三棱锥形结构；103、钻齿；104、扇形水眼；201、筛管主体；202、圆锥引导头；203、管壁水眼；204、引导头水眼。
具体实施方式
[0017]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]实施例1本实施例提供一种水平井钻井水平段地层坍塌处理工具，包括新型钻头和新型筛管。
[0019]新型钻头包括钻头主体101、三棱锥形结构102和钻齿103；钻头主体101为空心圆管结构，两端为连接端和钻进端，直径由连接端到钻进端逐渐增大；连接端的直径与钻具直径配合且设置有与钻具螺纹配合的母扣，便于连接；钻进端的直径与二开套管及井眼大小配合，便于在井内研磨岩屑；三棱锥形结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平井钻井水平段地层坍塌处理工具，其特征在于，包括新型钻头和新型筛管；新型钻头包括钻头主体、三棱锥形结构和钻齿；钻头主体为空心圆管结构，两端为连接端和钻进端，直径由连接端到钻进端逐渐增大，连接端的直径与钻具直径配合且设置有与钻具螺纹配合的母扣，钻进端的直径与二开套管及井眼大小配合；三棱锥形结构由三块直角三角板的直角边固定连接而成，相邻两块直角三角板的夹角为120
°
，三棱锥形结构的三个角固定在钻头主体的钻进端上，三块直角三角板将钻进端分隔成三个120
°
的扇形水眼，三棱锥形结构的三条斜边上均设置有钻齿；新型筛管包括筛管主体和圆锥引导头；筛管主体为空心圆管结构，两端为连接端和引导端，连接端的直径与钻具直径配合且设置有与钻具螺纹配合的母扣，管壁上沿着周向设置有四列水眼组，相邻两列水眼组之间的夹角均为90
°
，相邻两列水眼组中的管壁水眼错位设置，同列水眼组中的管壁水眼等间距设置，四列水眼组的水眼间距相等；圆锥引导头的大端面与筛管主体连接，小端面为引导头水眼；管壁水眼和引导头水眼均为圆形水眼。2.根据权利要求1所述的水平井钻井水平段地层坍塌处理工具，其特征在于，新型钻头中，三棱锥形结构的每条斜边上均设置有三块钻齿。3.根据权利要求2所述的水平井钻井水平段地层坍塌处理工具，其特征在于，新型钻头的材质强度与钻具材质相同或高于钻具材质。4.根据权利要求3所述的水平井钻井水平段地层坍塌处理工具，其特征在于，扇形水眼边缘处打磨为圆角。5.根据权利要求4所述的水平井钻井水平段地层坍塌处理工具，其特征在于，筛管主体变径交界处打磨光滑。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李友谊，史学敏，郭峰，李鹏宇，张大陆，郭凯，乔晋，闫泊计，王春晖，郭斌，
申请(专利权)人：山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：