专利名称：垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及垂直孔钻探设备技术领域。
背景技术：
目前纠偏技术主要采用螺杆钻具进行纠斜，螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把 井液的压力转变为井下钻具的动力，从而实现钻井作业。这种方法对钻井液的压力和流量 有很高的要求，如果钻孔孔径小的话井液压力所产生的动力就达不到钻进所需的动力。目 前常用的螺杆钻具直径大多在100mm以上，对于钻进直径小于100mm的钻孔纠偏难以控制。 由于小口径钻探的钻探精度低，对于探矿钻孔难以准确地圈定出矿的位置、规模及提供精 确的矿产储量。对于帷幕注浆孔，不能准确地计算出注浆孔的浆液扩散半径，故帷幕注浆效 果较差。故影响了探矿钻孔的经济效益及经济效益。
发明内容本实用新型的目的是提供一种垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置，其结构简单，使用方 便，使用它可以很好地控制钻孔的偏斜范围，可使钻孔的钻进轨迹重新回到设计范围内，不 受钻井液水压和流速的影响，提高小口径钻探的钻探精度；对于探矿钻孔能够更加准确的 圈定出矿的位置、规模，提供精确的矿产储量；对于帷幕注浆孔，由于能控制注浆钻孔的偏 斜范围；可更加准确计算出注浆孔的浆液扩散半径，保障了帷幕注浆效果的实现，特别适用 于小口径垂直孔的钻探工作，有效提高其经济效益及经济效益。 本实用新型的主要技术方案是一种垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置，其特征在于具有
筒状偏心楔，偏心楔下端侧面设有楔面开口 ，开口具有一定长度，偏心楔下端内侧壁设有倾斜 式平滑导向壁；筒状偏心楔中设有筒状定位器，筒状定位器和筒状偏心楔间具有间隙，定位
器用来连接带有定位靴的陀螺定向仪，筒状定位器的内侧壁设有定位键，在筒状定位器6中
连接带有定位靴的井下陀螺定向仪，定位键与定位靴锚定，使偏心楔和陀螺定向仪方位一致。 所述的筒状偏心楔的上端可具有和上部钻杆的连接结构。 所述的楔面开口边沿可与有筒状偏心楔的筒状母线平行，或不平行。 所述的倾斜式平滑导向壁可为斜平面或斜曲面。 本实用新型的积极效果是可以有效解决现有技术中存在的问题，其结构简单，使 用方便，使用它可以很好地控制钻孔的偏斜范围，可使钻孔的钻进轨迹重新回到设计范围 内，不受钻井液水压和流速的影响，提高小口径钻探的钻探精度；对于探矿钻孔能够更加准 确的圈定出矿的位置、规模，提供精确的矿产储量；对于帷幕注浆孔，由于能控制注浆钻孔 的偏斜范围；可更加准确计算出注浆孔的浆液扩散半径，保障了帷幕注浆效果的实现，特别 适用于小口径垂直孔的钻探工作，有效提高其经济效益及经济效益。
图1是本实用新型工作状态钻进前的结构示意图。[0010] 图2是图1的左视图。 图3是图1中的局部A放大结构示意图。 图4是本实用新型工作状态钻进时的结构示意图。 图5是钻孔轨迹及闭合方位角平面图。 图1 图5中，1.地面设备，2钻杆，3.陀螺定向仪(或井下仪)，4.井壁，5.偏心 楔，6.定位器，7.定位靴，8.偏心楔底部垫起部分，9.纠偏钻具，IO.定位键。
具体实施方式
以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本实用新型的限定。 参见图1、图4，该垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置，其特征在于具有筒状偏心楔5，偏 心楔下端侧面设有楔面开口 ，开口具有一定长度，偏心楔5下端侧壁设有倾斜式平滑导向 壁8 ;筒状偏心楔5中具有筒状定位器6，筒状定位器6和筒状偏心楔5间具有间隙，筒状定 位器6的侧壁设有定位键10，在筒状定位器6中连接带有定位靴7的井下陀螺定向仪3，定 位靴上设有可与上述定位键配合的孔，通过定位键10与定位靴7的锚定，使偏心楔和陀螺 定向仪方位一致。筒状偏心楔5的上端具有和上部钻杆的连接结构，如螺纹；所述的楔面开 口边沿与有筒状偏心楔5的筒状母线平行，所述的倾斜式平滑导向壁8为斜平面。 使用本实用新型的操作步骤如下，以小75mm直径垂直钻孔为例 1、纠斜位置的选择 钻孔钻进到一定深度后进行测斜，如果钻孔偏距即将超出设计偏距或钻孔孔底倾 角较大，则需要进行纠斜。纠斜工作在基岩中进行，位置选择在地层岩性完整、致密坚硬的 地段。 2、偏心楔的制作偏心楔采用小75mm钻杆制作，楔面长度控制在2_2. 5m，偏心楔底端开口约占钻杆 的2/3，顶端开口约占钻杆的1/3，开口从底端到顶端均匀变化。偏心楔底部垫起部分采用 内贴和外贴两种方式，垫起的高度要缓慢平滑上升，垫起长度1-1. 5m，用电焊把每个连接部 位焊接牢固，在使用砂轮把偏心楔内部打磨平滑，不允许出现毛剌、台阶、突起等情况。 陀螺偏心纠斜技术中偏心楔面厚度是关系到纠斜效果的重要因素，根据不同情
况制定了不同厚度的偏心楔，主要分为以下几种情况(i)当倾角大于r时，楔面厚度
30-35mm;(2)当倾角小于1°大于0.5°时，楔面厚度20-30mm ; (3)当倾角小于0.5。时，楔 面厚度15-20mm ; (4)在扫过井、处理过事故和使用水泥注起来进行纠斜的，由于钻孔井壁 遭到破坏，楔面厚度增大一个等级。 3、定位器的制作和安装 定位器采用尼龙胶管加工而成，外径尺寸58mm，内径尺寸47mm，长200mm，定位键 固定在定位器的中间部位。加工好之后要对定位器的内壁进行打磨，防止有小的毛剌影响 定位靴入靴。定位器安装在偏心楔上开口的上部钻杆内，定位键的位置在偏心楔开口面的 中心线上，由于钻杆规格略有差异，使钻杆的内径不太相同，内径稍大的钻杆可以在定位器 外壁缠少量胶带，以增加固定强度和与钻杆的同心度，避免晃动，并且与钻杆之间用铆钉铆 住，固定好之后要把定位器你残留的塑料屑、铁屑等擦拭干净。 4、偏心楔的下放[0026] 偏心楔制作好安装定位器后，连接小75mm钻杆下放到钻孔底部。下放前计算好孔 深、偏心楔和钻杆的长度，确保偏心楔能够顺利下到孔底纠斜位置。下放过程中钻杆间的连 接扣要拧紧，避免在纠斜过程中由于纠斜钻杆的转动带动小75mm钻杆转动，而改变偏心楔 的定位方向。 5、纠斜方位的选取 纠斜方位的选取采用钻孔闭合方位、孔底方位与孔底倾角相结合的方法共同分 析，来确定纠斜定向方位。主要方法有以下几种(l)当孔底倾角小于O. 5°时，纠斜定向方 位按照闭合方位来确定；(2)当孔底倾角大于0.5。小于1°时，纠斜定向方位按照孔底方 位和闭合方位的平均方位来确定；(3)当孔底倾角大于r时，纠斜定向方位按照孔底方位 来确定，如果孔底方位与闭合方位相差较大时(大于50° )，纠斜定向方位可以往闭合方位 旋转10-20° 。 6、偏心楔定向 偏心楔下放到孔底后，将连接有定位靴的陀螺定向仪放到小75mm钻杆内，下放到 钻杆底部，使定位靴进入到定位器内，通过定位器观测偏心楔的方位，在孔口转动钻杆改变 偏心楔的方位，使偏心楔方位达到纠斜设计的方位。在孔口固定好钻杆，升上测斜仪。在钻 杆内下入底端带丝锥小42mm钻杆，将偏心楔上端的尼龙定位器取出。 7、纠斜钻具的钻进 纠斜钻具采用小60mm钻具制作，长度1.5-2m，上部与小42mm钻杆连接，下放到 小75mm钻杆底部。纠斜钻进过程中严格控制钻进的转速和压力，使纠斜钻具缓慢通过偏心 楔，钻进3-5m后，提升纠斜钻具和偏心楔。在钻孔内下入前端带导正的小75mm钻具进行扩 孔，导正长度20-30cm。扩孔结束后，去掉前端导正，正常钻进，为保持纠斜效果，纠斜位置一 下20m内不可提高钻进的速度和压力。钻进至纠斜位置以下25-30m后，进行钻孔测斜，检 查纠斜效果，观测其倾角和偏斜方位的变化，如果效果好可继续钻进，否则重复上述方法再 次进行纠斜。 8、方法应用实例 钻孔K301设计孔深420m，设计钻孔最大偏距2. 4m。钻孔钻进至145m时进行了测 斜，发现钻孔的偏距即将达到设计的最大偏距，而且钻孔孔底倾角(斜度)较大，决定对其 纠斜。根据上述方法，偏心楔楔面厚度设计为31cm，定向方位设计为212。的反方向32° ， 对其进行了纠斜工作，钻进至170m后进行了测斜检查纠斜效果，发现钻孔的倾角变小，偏 距的增大趋势减慢，但由于钻孔方位没有发生太大变化，偏距仍然还在增加，决定在170m 处进行第二次纠斜。楔面厚度设计为25cm，定向方向设计为187°的反方向7度，进行了第 二次纠斜，钻进至200m后进行测斜检查纠斜效果，发现钻孔的钻进方位发生了变化，偏距 开始变小，直到终孔偏距都在设计要求范围内，纠斜取得了非常好的效果。 如图5所示，偏心楔定好方位后，把陀螺定向仪和定位器取出，在小75mm钻杆内下 入畅Omm纠斜钻具，通过偏心楔底部垫起部分的挤压作用，改变钻孔的方位走向，达到纠 斜的目的。纠斜钻进3-5m后，取出小75mm钻杆和小60mm纠斜钻具，采用底端带导正钻头 的小75mm钻具进行扩孔。扩孔结束后去掉导正钻头，采用正常小75mm钻具进行钻进。 采用陀螺偏心纠斜方法能够很好的控制钻孔的偏斜范围，提高小口径钻探的钻探 精度。对于探矿钻孔能够更加准确的圈定出矿的位置、规模，提供精确的矿产储量。特别是对于帷幕注浆孔，通过控制注浆钻孔的偏斜范围，能够更加准确计算出注浆孔的浆液扩散 半径，保障了帷幕注浆效果的实现。
权利要求一种垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置，其特征在于具有筒状偏心楔(5)，偏心楔(5)下端侧面设有楔面开口，开口具有一定长度，偏心楔(5)下端内侧壁设有倾斜式平滑导向壁(8)；筒状偏心楔(5)中具有筒状定位器(6)，筒状定位器(6)和筒状偏心楔(5)间具有间隙，筒状定位器(6)的侧壁设有定位键(10)，在筒状定位器(6)中连接带有定位靴(7)的井下陀螺定向仪(3)，定位键(10)与定位靴(7)锚定，使偏心楔和陀螺定向仪方位一致。
2. 根据权利要求1所述的垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置，其特征在于所述的筒状偏心楔 (5)的上端具有和上部钻杆的连接结构。
3. 根据权利要求1或2所述的垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置，其特征在于所述的楔面开 口边沿与有筒状偏心楔(5)的筒状母线平行。
4. 根据权利要求3所述的垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置，其特征在于所述的倾斜式平滑 导向壁(8)为斜平面。
专利摘要本实用新型的目的是提供一种垂直钻孔陀螺偏心纠斜装置，涉及垂直孔钻探设备技术领域。具有筒状偏心楔，偏心楔下端侧面设有楔面开口，开口具有一定长度，偏心楔下端内侧壁设有倾斜式平滑导向壁；筒状偏心楔中具有筒状定位器，筒状定位器和筒状偏心楔间具有间隙，筒状定位器的侧壁设有定位键，在筒状定位器中设有下部连有定位靴的井下陀螺定向仪，定位靴上设有可与上述定位键配合的定位孔。其结构简单，使用方便，使用它可以很好地控制钻孔的偏斜范围，可使钻孔的钻进轨迹重新回到设计范围内，不受钻井液水压和流速的影响，提高小口径钻探的钻探精度；应用范围广。
文档编号E21B7/10GK201521245SQ20092025420
公开日2010年7月7日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者于同超, 刘殿凤, 唐英杰, 宋峰, 蒋鹏飞, 贾伟杰, 韩贵雷 申请人:华北有色工程勘察院有限公司