一种定向爆破钻井的方法与钻具

摘要

本发明涉及用于石油、天然气钻井的一种定向爆破钻井的方法与钻具，方法为：通过采用射孔弹爆炸产生高能射流将岩石熔化和挤压开，形成一个大孔径的类似于炸药爆破后形成的射孔，再通过机构使射孔弹能够在处于射孔中合适的位置一个一个间歇式地爆炸，从而达到循环定向爆破钻井的目的；钻具主要包括弹仓、射孔弹、枪头构成，所述的弹仓是一根一边封闭的空心钢管，弹仓的封闭处有一吊环；在弹仓的未封闭处有四个弹仓楔形滑动键，当弹仓装满时，弹仓楔形滑动键伸出，阻碍射孔弹下落，在弹仓达接头处时，弹仓楔形滑动键缩回，射孔弹能下落至枪头自动送弹装置处。本发明能够节约成本，加快钻井速度，能够减少钻井事故发生率，操作简单方便。

说明书

技术领域

本发明涉及用于石油、天然气钻井的一种定向爆破钻井的方法与钻具，属于石油、天然 气开采领域。

背景技术

现代钻井的方法大都是采用机械旋转钻井，这种方法经过长期的发展，取得了很大的成 果，同时也存在着不足之处。对于钻井系统来说，不仅需要钻机传递巨大的扭矩带动井底的 钻头转动，还需要一套价格昂贵的固控系统设备，在其使用的钻井液上，不仅价格昂贵，还 会对环境造成污染，无形中增加了钻井的成本。在钻遇到疏松的地层、渗透性地层或地层断 裂带等，会发生井漏事故，将有可能直接造成井塌、卡钻甚至导致对地层压力失控，造成更 为严重的井涌或井喷事故；在钻进时，井内的钻井液失水会降低岩石的胶结力，有些岩石经 过浸泡后会发生膨胀、剥落掉块，从而导致井壁的稳固和坍塌，引起卡钻等事故；在油气开 采时，钻井液会产生固相颗粒及泥饼可能会堵塞油气通道，滤失液使地层中粘土膨胀而堵塞 地层孔隙，钻井液滤液中离子与地层离子作用产生沉淀堵塞通道，产生水锁效应，增加油气 流动阻力，影响油气的流通，从而减少产值。在钻遇到坚固致密岩层时，为了维持高的钻井 速度就必须保持高钻速，这样将会使钻头牙齿磨损加剧，降低使用寿命；由于致密岩层的硬 度大，加载在钻头上的高压也会使牙齿断裂等事故的几率加大。

发明内容

本发明目的是为了克服上述的开采技术的不足，提供一种定向爆破钻井的方法与钻具， 是一种石油、天然气钻井的新方法，它能够使用现有的钻井设备，而且能在无钻井液的条件 下工作，也不需要一套固控设备来分离固相，因此成本较低，而且其特有的钻采方法能降低 井下事故发生的概率，不但能保持较高的钻井速度，还不受地层条件的影响。

本发明采用的方法是：

本发明一种定向爆破钻井的方法，方法为：通过采用射孔弹爆炸产生高能射流将岩石熔 化和挤压开，形成一个大孔径的类似于炸药爆破后形成的射孔，而熔化的岩石将会被压实后 冷却，形成一层坚固岩层，能够达到固井的目的；再通过机构使射孔弹能够在处于射孔中合 适的位置一个一个间歇式地爆炸，将孔深不断地加大，从而达到循环定向爆破钻井的目的。

本发明的技术方案是：本发明一种定向爆破钻井的钻具，主要包括弹仓、射孔弹、枪头 构成。所述的弹仓是一根一边封闭的空心钢管，弹仓的封闭处有一吊环，用来连接钢绳，能 够通过钢绳掉送的方式将射孔弹送入枪头处；在弹仓的未封闭处有四个弹仓楔形滑动键，成 对称分布；当弹仓装满时，弹仓楔形滑动键伸出，阻碍射孔弹下落，在弹仓达接头处时，弹 仓楔形滑动键缩回，射孔弹能下落至枪头自动送弹装置处。

所述的射孔弹的外壳采用易碎材料，保证在射孔后不形成大的碎片，阻碍枪头的前进； 而药型罩采用金属粉末压制，保证射孔弹爆炸后形成的高能射流中不形成杵体堵塞射孔；火 药采用高能炸药，能够尽量使射出的孔深、孔径达到最优。射孔弹爆炸后产生的高能射流具 有高温高压，能够将岩石熔化和挤压开，而且岩石熔化后在地下水作用下迅速凝固，并且同 时在高压下被压实，形成一个坚固的压实带，能够防止井壁的坍塌和在地下水浸泡而膨胀， 防止卡钻等事故的发生。

所述枪头由内枪头和外枪头组成，它们通过弹簧相连接，内枪头上有一压电装置，钻杆 带动枪头下移，当射孔孔径等于外枪头的外径，外枪头不动而内枪头继续下移，导致内枪头 与外枪头之间的距离减小，当内枪头和外枪头的口部平行时，压电装置放电，引爆射孔弹， 产生高能射流并射孔，然后下一个射孔弹抵达枪头口部，此时外枪头在弹簧作用下下移。当 射孔完毕后，枪头下移，遇到射孔孔径等于外枪头的外径时，外枪头下移受阻，继续重复上 一个射孔过程，从而达到循环间歇式爆破钻井的目的。

本发明的有益效果是：本发明能够节约成本，加快钻井速度，在复杂的地质条件下其钻 井速度优于机械旋转钻井，而且能够减少钻井事故发生率，操作简单方便。

附图说明

图1为本发明一种定向爆破钻井的钻具的结构示意图；

图2为本发明的弹仓结构示意图；

图3为图2的A-A剖面图；

图4为本发明的接头结构示意图；

图5为本发明的枪头结构示意图；

图6为本发明的射孔弹结构示意图。

图中：1.钻杆，2.弹仓，3.接头，4.枪头，5.射孔弹，6.弹仓吊环，7.弹仓楔形 滑动键，8.楔形导向筒，9.弹簧，10.阻落键，11.楔形导向筒，12.压电装置，13.外 枪头，14.内枪头，15.弹簧，16.电火花引爆装置，17.射孔弹外壳，18.高能炸药，19.药 型罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明一种定向爆破钻井的方法，方法为：通过采用射孔弹5爆炸产生高能射流将岩石 熔化和挤压开，形成一个大的类似于炸药爆破后形成的射孔，而熔化的岩石将会被压实后冷 却，形成一层坚固岩层，能够达到固井的目的；再通过机构使射孔弹5能够在处于射孔中合 适的位置一个一个间歇式地爆炸，将孔深不断地加大，从而达到循环定向爆破钻井的目的。

如附图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明一种定向爆破钻井的钻具，主要包括弹 仓2、射孔弹5、枪头4构成。所述的弹仓2是一根一边封闭的空心钢管，弹仓2的封闭处有 一弹仓吊环6，用来连接钢绳，能够通过钢绳掉送的方式将弹仓2送入枪头4处；在弹仓2 的未封闭处有四个弹仓楔形滑动键7，成对称分布；当弹仓2装满时，弹仓楔形滑动键7伸 出，阻碍射孔弹5下落；当弹仓2到达接头3处时，弹仓楔形滑动键7缩回，射孔弹5能下 落至枪头4自动送弹装置处。

所述枪头4由内枪头14和外枪头13组成，它们通过弹簧15相连接，内枪头14上有一 压电装置12，钻杆1带动枪头4下移，当射孔孔径等于外枪头13的外径，外枪头13不动而 内枪头14继续下移，导致内枪头14与外枪头13之间的距离减小，当内枪头14和外枪头13 的口部平行时，压电装置12放电，引爆射孔弹5，产生高能射流并射孔，然后下一个射孔弹 5抵达枪头4口部，此时外枪头13在弹簧15作用下下移。当射孔完毕后，枪头4下移，遇 到射孔孔径等于外枪头13的外径时，外枪头13下移受阻，继续重复上一个射孔过程，从而 达到循环间歇式爆破钻井的目的。

本发明运用于油田钻井中,首先在地面用钻杆1、接头3和枪头4连接，并在枪头4口部 处装上一枚射孔弹5，并利用井架上的钻机将已连接好的钻具导入已打好的钻洞内，钻洞是 类似于圆锥形的孔，且其孔径大部分都大于钻具的外径，再将射孔弹5装入弹仓2内，每根 弹仓2可装上百发射孔弹5。弹仓2装满后，将弹仓楔形滑动键7移出，可阻碍射孔弹5的 下落。再利用钢绳与弹仓吊环6相连接，将弹仓2通过钻杆1的内孔道吊送至接头3的楔形 导向筒8处，则弹仓楔形滑动键7在射孔弹5和弹仓2两者的重力作用下向内滑动，此时射 孔弹5可自由下落至阻落键处10。

当整个枪头4下移时，由于地面的钻孔为一近似圆锥形，因此外枪头13下移至其外径与 射孔孔径相等处遇阻，而内枪头14却能无阻碍下移，并压迫弹簧15。当内枪头14和外枪头 13的口部平行时，压电装置12放电，引爆射孔弹5，其爆炸产生的高能射流将岩石熔化和挤 压开，形成了一个类似于圆锥形，且大部分孔径大于外枪头外径的射孔。

在内枪头14和外枪头13的口部平行过程中，内枪头14由于下移带动阻落键10下移， 在遇到楔形导向筒11时，阻落键10通过两者之间的楔形滑动被顶开，这时阻落键10向内移 动，射孔弹5下落至枪头4口部。当射孔完成后，外枪头13释放，在弹簧15的作用下下移， 从而带动楔形导向筒11下移，与阻落键10脱离开来，而阻落键10在弹簧9的作用下又回到 原来的位置，继续阻碍下一个射孔弹的下落，然后枪头4继续下移，遇到阻碍时继续射孔， 从而达到循环间歇式爆破钻井的目的。

本发明中弹仓2可以重复使用，节约成本。射孔弹外壳17采用易碎材料，保证在射孔后 不形成大的碎片阻碍枪头4的前进；而药型罩19采用金属粉末压制，保证形成的高能射流中 不形成杵体堵塞射孔；由于射孔的孔形类似于圆锥形，在射孔弹5引爆时，下方离孔底还有 一段距离，这就为射孔弹5提供了更有利的炸高，能够将射孔弹5的性能发挥到极致，打出 质量更佳的射孔。