钻孔设备和钻孔施工方法与流程

1.本发明涉及钻孔施工技术领域，具体地，涉及一种钻孔设备和钻孔施工方法。


背景技术：

2.在天然气开采及压裂卸压等工程中，钻孔坍塌是钻孔施工工程所面临的问题之一。当钻孔形成并安装压裂装置后，一旦钻孔发生塌孔，将面临压裂装置无法回收、压裂工程无法开展等事故。因此，为保证开孔后的后续工程的顺利开展，需要对钻孔进行加固，以避免钻孔坍塌的问题。但是相关技术中，钻孔加固工艺流程复杂，施工周期较长，且提高了长距离钻孔的施工成本高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种钻孔施工方法，该钻孔施工方法的操作工艺简单，钻孔周围的围岩加固、修复效果较好，保证了扩孔钻孔稳定不塌孔，施工成本较低。
5.本发明的实施例还提出一种钻孔设备。
6.根据本发明实施例的钻孔施工方法，包括以下步骤：
7.通过先导钻机对目标岩层钻进以形成注浆通道；
8.通过所述先导钻机向所述注浆通道内注入浆料，以填充所述注浆通道以及所述注浆通道周围的围岩缝隙；
9.在所述浆料固化后，通过扩孔钻头对所述注浆通道进行扩孔，以形成目标钻孔；
10.将所述扩孔钻头和所述先导钻机反转，以将所述扩孔钻头和所述先导钻机撤出所述目标钻孔。
11.根据本发明实施例的钻孔施工方法，可以通过先导钻机进行钻孔并形成注浆通道，并向注浆通道注入浆料，以使得注浆通道以及注浆通道周围的围岩缝隙可以填充浆料，浆料固化后可以对注浆通道以及周围岩层进行粘接强化。然后可以通过扩孔钻头对注浆通道进行二次钻孔，以使最终形成的目标钻孔的结构更加稳定，避免了钻孔坍塌的问题，且采用上述施工方式的操作工艺简单，钻孔周围的围岩加固、修复效果较好，保证了扩孔钻孔稳定不塌孔，施工成本较低。
12.在一些实施例中，所述浆料包括第一反应浆料和第二反应浆料，所述第一反应浆料的固化速度高于所述第二反应浆料的固化速度，“通过所述先导钻机向所述注浆通道内注入浆料，以填充所述注浆通道以及所述注浆通道周围的围岩”包括以下步骤：
13.通过所述先导钻机向所述注浆通道内注入第一反应浆料；
14.将所述第一反应浆料封堵于所述注浆通道的开口处；
15.通过所述先导钻机向所述注浆通道内注入第二反应浆料，所述第二反应浆料通过所述注浆通道内的压力渗透至所述围岩缝隙。
16.在一些实施例中，所述第一反应浆料具有触变性且可以形成膏体状态，所述第一
反应浆料在没有注浆压力时不流淌，且可形成与所述注浆通道接触的形状，固化后会膨胀，以密封所述注浆通道的开口。
17.在一些实施例中，所述浆料渗透至所述围岩缝隙以形成加固层，所述加固层沿所述目标钻孔的径向尺寸大于等于50mm小于等于100mm。
18.在一些实施例中，所述先导钻机包括钻杆和先导钻头，所述先导钻头设于所述钻杆的一端，所述扩孔钻头同轴设于所述钻杆上且沿所述钻杆的长度方向可移动，所述先导钻头的直径为d1，所述扩孔钻头的直径为d2，其中，2≤d2/d1≤4。
19.在一些实施例中，所述扩孔钻头与所述钻杆螺纹连接。
20.在一些实施例中，所述钻杆内设有排液通道，所述钻杆的末端设有水泵和浆泵，所述水泵和所述浆泵均与所述排液通道连通，
21.在所述先导钻头和/或所述扩孔钻头钻进时，所述水泵向所述排液通道内供水以冲洗钻孔；
22.在向所述注浆通道内注入浆料时，所述浆泵向所述排液通道内供浆，以使所述注浆通道和所述围岩缝隙填充有浆料。
23.在一些实施例中，所述钻杆上设有喷嘴，所述喷嘴至少为一个，所述喷嘴设于所述钻杆邻近所述先导钻头的一端且与所述排液通道连通。
24.根据本发明的另一实施例的钻孔设备，包括：先导钻机，所述先导钻机包括钻杆和先导钻头，所述先导钻头设于所述钻杆的一端，所述钻杆内设有排液通道，所述钻杆上设有喷嘴，所述喷嘴设于所述钻杆邻近所述先导钻头的一端且与所述排液通道连通；扩孔钻头，所述扩孔钻头设于所述钻杆上且沿所述钻杆的长度可移动，所述扩孔钻头的直径大于所述先导钻头的直径。
25.根据本发明实施例的钻孔设备，可以通过先导钻机进行钻孔并形成注浆通道，并向注浆通道注入浆料，以使得注浆通道以及注浆通道周围的围岩缝隙可以填充浆料，浆料固化后可以对注浆通道以及周围岩层进行粘接强化。然后可以通过扩孔钻头对注浆通道进行二次钻孔，以使最终形成的目标钻孔的结构更加稳定，避免了钻孔坍塌的问题。因此，本发明实施例的钻孔设备的操作方便，使得钻孔周围的围岩加固效果较好，施工成本较低。
附图说明
26.图1是本发明实施例的钻孔施工方法的注浆通道注浆前的示意图。
27.图2是本发明实施例的钻孔施工方法的注浆通道注浆后的示意图。
28.图3是本发明实施例的钻孔施工方法钻进目标钻孔时的示意图。
29.图4是本发明实施例的钻孔施工方法的工艺流程图。
30.附图标记：
31.1、先导钻机；11、钻杆；111、排液通道；12、先导钻头；
32.2、扩孔钻头。
33.3、注浆通道；
34.4、目标钻孔；
35.5、加固层。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.下面参考附图1至图4描述根据本发明实施例的钻孔设备和钻孔施工方法。
38.如图1至图4所示，根据本发明实施例的钻孔施工方法，包括以下步骤：
39.s1：通过先导钻机1对目标岩层钻进以形成注浆通道3；
40.s2：通过先导钻机1向注浆通道3内注入浆料，以填充注浆通道3以及注浆通道3周围的围岩缝隙；
41.s3：在浆料固化后，通过扩孔钻头2对注浆通道3进行扩孔，以形成目标钻孔4；
42.s4：将扩孔钻头2和先导钻机1反转，以便将扩孔钻头2和先导钻机1撤出目标钻孔4。
43.根据本发明实施例的钻孔施工方法，可以通过先导钻机1进行钻孔并形成注浆通道3，并向注浆通道3注入浆料，以使得注浆通道3以及注浆通道3周围的围岩缝隙可以填充浆料，浆料固化后可以对注浆通道3以及周围岩层进行粘接强化。然后可以通过扩孔钻头2对注浆通道3进行二次钻孔，以使最终形成的目标钻孔4的结构更加稳定，避免了钻孔坍塌的问题，且采用上述施工方式的操作工艺简单，钻孔周围的围岩加固、修复效果较好，保证了扩孔钻孔稳定不塌孔，施工成本较低。
44.可以理解的是，如图1至图3所示，本发明的实施例的钻孔施工方法通过小直径先导孔钻进，以形成注浆通道3，通过带压注射触变型注浆材料，将注浆通道3充填并将破碎围岩的裂隙进行充填、粘接及强化，以实现对钻孔周围围岩的加固，后期采用扩孔钻头2对加固完的围岩进行二次钻进，形成最终可安装压裂装置的目标钻孔4。因此，本发明的实施例的钻孔施工方法可以实现了长钻孔固孔，在钻孔不发生垮塌的情况下，压裂装置能够顺利安装、完成施工并安全回收，最终保证压裂工程顺利开展。
45.可选地，浆料包括第一反应浆料和第二反应浆料，第一反应浆料的固化速度高于第二反应浆料的固化速度。换言之，第一反应浆料相比于第二反应浆料可以快速固化。“通过先导钻机1向注浆通道3内注入浆料，以填充注浆通道3以及注浆通道3周围的围岩”包括以下步骤：
46.通过先导钻机1向注浆通道3内注入第一反应浆料；
47.将第一反应浆料封堵于注浆通道3的开口处；
48.通过先导钻机1向注浆通道3内注入第二反应浆料，第二反应浆料通过注浆通道3内的压力渗透至围岩缝隙。
49.具体地，第一反应浆料具有触变性且可以形成膏体状态，第一反应浆料在没有注浆压力时不流淌，且可形成与注浆通道3接触的形状，固化后会膨胀，以密封注浆通道3的开口。
50.可以理解的是，本发明实施例的钻孔施工方法可以先注射第一反应浆料(快速反应材料)后注射第二反应浆料(慢速反应材料)，第一反应浆料在孔口附近形成封孔效果，第二反应浆料前期起到推动第一反应浆料运动的作用，然后第一反应浆料封孔口以使得第二反应浆料可以带压注浆，并渗透入围岩裂隙中，实现对围岩的加固。当钻孔及裂隙内材料完全固化后，采用扩孔钻头2进行二次钻进，扩孔钻头2通过旋转及钻头内螺纹与钻杆11啮合
前进，实现扩孔钻进，且此时的围岩已经被加固和强化，不会再塌孔，以能够保证后续安装压裂装置开展后续施工。
51.可选地，如图2和图3所示，浆料渗透至围岩缝隙以形成加固层5，加固层5可以将原破碎围岩修复，以保证扩孔钻孔时围岩不会垮塌。加固层5沿目标钻孔4的径向尺寸大于等于50mm小于等于100mm。换言之，浆料渗透至围岩缝隙的径向尺寸大于等于50mm小于等于100mm。本技术的发明人根据实验发现，当浆料渗透至围岩缝隙的径向尺寸满足上述数值时，可以使得钻孔的结构较为稳定且减少了浆料的消耗，施工成本较低。
52.在一些实施例中，如图3所示，先导钻机1包括钻杆11和先导钻头12，先导钻头12设于钻杆11的一端，扩孔钻头2同轴设于钻杆11上且沿钻杆11的长度方向可移动，先导钻头12的直径为d1，扩孔钻头2的直径为d2，其中，2≤d2/d1≤4。例如，d2/d1的比值可以为2、3或4。在本发明的实施例中，先导钻头12的直径可以为46mm，扩孔钻头2的直径为150mm。本技术的发明人根据实验发现，当d2/d1满足上述比值时，可以使得钻孔施工时的工作效率更高，钻孔效果更好。
53.可选地，如图1至图3所示，钻杆11内设有排液通道111，钻杆11的末端设有水泵(未示出)和浆泵(未示出)，水泵和浆泵均排液通道111连通。在先导钻头12和扩孔钻头2钻进时，水泵向排液通道111内供水以冲洗钻孔。在向注浆通道3内注入浆料时，浆泵向排液通道111内供浆，以使注浆通道3和围岩缝隙填充有浆料。可以理解的是，操作人员可以根据实际的施工需要，向排液通道111注入不同的液体，施工操作简单，且便于钻杆11的加工和制造，施工成本较低。
54.可选地，如图1所示，钻杆11上设有喷嘴(未示出)，喷嘴设于钻杆11邻近先导钻头12的一端(如图1中钻杆11的右端)且与排液通道111连通。当先导钻头12和扩孔钻头2钻进时，喷嘴可以向钻孔内喷水以清理钻头。在向注浆通道3内注入浆料时，可以通过喷嘴向钻孔内注入浆料。喷嘴可以为一个或多个，本技术对此不作限定。
55.如图1至图3所示，根据本发明的另一实施例的钻孔设备，包括先导钻机1和扩孔钻头2，先导钻机1包括钻杆11和先导钻头12，先导钻头12设于钻杆11的一端，钻杆11内设有排液通道111，钻杆11上设有喷嘴，喷嘴设于钻杆11邻近先导钻头12的一端且与排液通道111连通。扩孔钻头2设于钻杆11上且沿钻杆11的长度可移动，扩孔钻头2的直径大于先导钻头12的直径。
56.根据本发明实施例的钻孔设备，可以通过先导钻机1进行钻孔并形成注浆通道3，并向注浆通道3注入浆料，以使得注浆通道3以及注浆通道3周围的围岩缝隙可以填充浆料，浆料固化后可以对注浆通道3以及周围岩层进行粘接强化。然后可以通过扩孔钻头2对注浆通道3进行二次钻孔，以使最终形成的目标钻孔4的结构更加稳定，避免了钻孔坍塌的问题。因此，本发明实施例的钻孔设备的操作方便，使得钻孔周围的围岩加固效果较好，施工成本较低。
57.可选地，先导钻头12的直径为d1，扩孔钻头2的直径为d2，其中，2≤d2/d1≤4。例如，d2/d1的比值可以为2、3或4。在本发明的实施例中，先导钻头12的直径可以为46mm，扩孔钻头2的直径为150mm。本技术的发明人根据实验发现，当d2/d1满足上述比值时，可以使得钻孔施工时的工作效率更高，钻孔效果更好。
58.可选地，扩孔钻头2与钻杆11螺纹连接。可以理解的是，扩孔钻头2的内壁设有内螺
纹，钻杆11的外壁设有外螺纹，外螺纹与内螺纹配合，从而可以使得扩孔钻头2相对钻杆11旋转，以使扩孔钻头2沿钻杆11的长度方向移动，以对岩层进行扩孔。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
61.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
62.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
63.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
64.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。