本發(fā)明涉及一種固井水泥鉆通裝置及方法，特別涉及一種石油鉆井勘探鉆具水眼通用固井水泥鉆通裝置及方法。

背景技術：

在石油鉆井勘探過程中，固井是鉆井過程中的重要作業(yè)。在鉆井作業(yè)中一般至少要有兩次固井（生產(chǎn)井），多至4~5次固井（深探井）。固井施工中采用的工具主要是鉆具。

鉆具是尾部帶有螺紋的鋼管，長度一般在9.6M左右。用于連接鉆機地表設備和位于鉆井底端鉆磨設備或底孔裝置。鉆桿的用途是將鉆探泥漿運送到鉆頭，并與鉆頭一起提高、降低或旋轉底孔裝置，鉆桿必須能夠承受巨大的內(nèi)外壓、扭曲、彎曲和振動，在油氣的開采和提煉過程中，鉆桿可以多次使用。

固井就是通過鉆具將水泥漿注入井壁與套管之間的環(huán)空中的過程，其目的是為了層間封隔和支撐及保護套管，固井質(zhì)量的好壞直接關系到油氣井的壽命和資源的保護，因此必須充分考慮固井作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，如：現(xiàn)場技術參數(shù)收集、技術措施的制定、井眼準備、固井材料、固井工具及附件、固井工藝、固井裝備和固井施工等，由于現(xiàn)場的施工的特殊性，任何一個環(huán)節(jié)的操作不當和失誤，將直接影響整井固井質(zhì)量，造成固井水泥堵塞井內(nèi)鉆具，導致固井事故。

而在固井施工過程中有時候會出現(xiàn)鉆具被“灌香腸”事故，造成部分井段或者整井段的鉆具被水泥堵塞，而堵塞鉆具包括不同規(guī)格型號，如果不能有效地進行鉆具疏通，會造成資產(chǎn)浪費，影響企業(yè)發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種石油鉆井勘探鉆具水眼通用固井水泥鉆通裝置及方法，通過瞬間動力震擊、合金鉆頭破碎、水泥塊研磨、利用空氣或水循環(huán)冷卻鉆頭并攜帶水泥屑返出鉆具，以及水平鉆井技術整體結合的工作原理，對在石油勘探過程中因固井事故造成的水泥堵塞鉆具問題，可以有效的進行鉆具通徑工作，通徑完成后的各類鉆具可以繼續(xù)石油勘探鉆井使用，避免鉆具報廢。

一種石油鉆井勘探鉆具水眼通用固井水泥鉆通裝置，包括電控裝置、空氣動力裝置和水平鉆通裝置，所述的電控裝置采用自耦減壓起動箱，通過自耦減壓起動箱連接空氣動力裝置，空氣動力裝置帶動水平鉆通裝置對堵塞鉆具進行通徑，所述的空氣動力裝置包括空氣壓縮機、進氣閥門、壓力儲存罐、輸氣閥門、油霧器、往復雙向推動馬達、鑿巖機控制裝置、鉆頭吹氣口，壓力儲存罐的輸入端通過進氣閥門連接到空氣壓縮機，壓力儲存罐的輸出端通過輸氣閥門連接往復雙向推動馬達和鑿巖機控制裝置，鑿巖機控制裝置輸出動力到鉆頭吹氣口；

所述的水平鉆通裝置包括鉆具本體、鉆具母扣接頭、鉆具卡緊裝置、卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓、鉆具卡緊膠芯、升降調(diào)節(jié)座、裝置架、定向定位扶正器、合金鉆頭、鉆桿、扶正滑輪、底座、鑿巖機、所述的底座左側上部安裝裝置架，裝置架的左側上部通過升降調(diào)節(jié)座連接鉆具卡緊裝置，所述的鉆具卡緊裝置通過鉆具卡緊膠芯和卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓將鉆具本體固定牢固，鉆具本體的端部為鉆具母扣接頭；所述的裝置架的右側上部通過定向定位扶正器扶正鉆桿的左端，鉆桿的右端連接到鑿巖機，鉆桿的中部通過扶正滑輪與底座右側上部的傳動裝置連接，傳動裝置帶動鑿巖機左右移動，鑿巖機帶動鉆桿轉動，進而通過鉆桿端部的合金鉆頭對鉆具內(nèi)的水泥進行通徑。

上述的空氣動力裝置中的進氣閥門與空氣壓縮機之間設有吸附式干燥裝置；所述的往復雙向推動馬達的輸入端連接三位四通手動換向閥A，所述的鑿巖機控制裝置的輸入端連接三位四通手動換向閥B，所述的鉆頭吹氣口的輸入端連接二位二通手動換向閥和單向閥。

上述的水平鉆通裝置中的傳動裝置包括導軌傳動齒輪、鏈條導向輪、固定螺栓、傳動鏈條、工字軌道、往復雙向推動馬達、主動輪、扶正導輪、鏈條伸縮調(diào)節(jié)器、伸縮齒輪、伸縮調(diào)節(jié)螺栓，所述的往復雙向推動馬達提供左右移動的動力，往復雙向推動馬達通過主動輪連接傳動鏈條，使傳動鏈條帶動鑿巖機在工字軌道上作往復運動，工字軌道的兩端分別設有導軌傳動齒輪和伸縮齒輪，伸縮齒輪的旁邊設有鏈條伸縮調(diào)節(jié)器和伸縮調(diào)節(jié)螺栓。

上述的鉆桿的中部設有反扣接頭，所述的合金鉆頭采用十字型或X型的PDC鉆頭或金剛石鉆頭。

上述的鉆具卡緊裝置包括卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓、U型卡、上卡瓦、鉆具卡緊上膠芯、鉆具卡緊下膠芯、下卡瓦、升降調(diào)節(jié)公頭、升降調(diào)節(jié)母頭和底座，所述的底座上部固定有升降調(diào)節(jié)母頭，升降調(diào)節(jié)公頭與升降調(diào)節(jié)母頭螺紋配合，升降調(diào)節(jié)公頭的上部連接下卡瓦，下卡瓦的上部連接鉆具卡緊下膠芯的兩側凸出部分，鉆具卡緊下膠芯的中部為半圓形結構，與鉆具卡緊上膠芯的半圓形結構相配合對鉆具進行固定，鉆具卡緊上膠芯的上部通過上卡瓦連接固定，且上卡瓦上部設有螺孔，U型卡套在上卡瓦、鉆具卡緊上膠芯、鉆具卡緊下膠芯和下卡瓦的兩側，并通過螺栓連接固定在升降調(diào)節(jié)公頭上部的螺孔，進而將鉆具卡緊上膠芯、鉆具卡緊下膠芯之間的鉆具固定牢固。

上述的定向定位扶正器包括鉆桿定位C型槽、扶正架、上定位板、扶正器連接螺栓、下定位板、扶正器連接螺母，所述的扶正架的上部為鉆桿定位C型槽，槽的開口朝上，扶正架的下部固定上定位板，所述上定位板通過扶正器連接螺栓、下定位板和扶正器連接螺母固定在裝置架上。

本發(fā)明提到的一種石油鉆井勘探鉆具水眼通用固井水泥鉆通裝置的使用方法，包括如下步驟：

（a）將堵塞的鉆具通過鉆具卡緊裝置進行定位卡緊，通過安裝鉆具卡緊上膠芯和鉆具卡緊下膠芯，扣合在鉆具的上下兩側，并通過上、下卡瓦和U型卡固定好鉆具，并通過卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓緊固在裝置架上；

（b）當氣壓達到施工要求時，通過對氣體操縱手柄的控制，首先使氣體通過鑿巖機進入合金鉆頭進行吹氣攜巖屑和帶動鉆桿進行轉動，并通過定向定位扶正器防止鉆桿在旋轉過程中產(chǎn)生的離心轉動；

（c）再通過對空氣動力裝置的氣體操縱手柄的開合控制，給往復雙向推動馬達提供動力，推動馬達正常運轉后通過蝸輪減速器的作用，帶動主動輪低速轉動，主動輪再帶動傳動鏈條，滿足鑿巖機在工字軌道上作往復運動，并且可對鉆頭加大鉆壓，從而順利完成各類堵塞鉆具的通徑工作。

本發(fā)明的主要工作原理是采用在整體軌道水平制作的基礎上，運用沖擊破碎原理進行工作的，工作時鑿巖機活塞做高頻往復運動，不斷地沖擊傳動桿，在沖擊力的作用下，呈尖楔狀的鉆頭連接在鉆桿的一端，可將鉆具內(nèi)水泥壓碎并鑿入一定的深度；雙向運轉推動馬達帶動鏈條雙向運轉，可以滿足鑿巖機帶動傳動桿及鉆頭前進后退。加上整體鉆桿連同鉆頭一直轉動，對水泥塊形成碾壓減少體積，還加大外排推力，利用空氣或水循環(huán)活對鉆頭形成降溫冷卻，并對鉆具內(nèi)的水泥屑進行清理。針對凝固后的強度比泥巖要高，屬較軟地層巖的特點，結合石油鉆井中的實際技術運用，選用十字型或X型的PDC或金剛石鉆頭，它的特點是鉆進平穩(wěn)、不易鉆偏。

本發(fā)明的有益效果是：1、利用水平鉆進原理，進行鉆具水泥疏通工作，可以有效的利用空氣或水為介質(zhì)，既環(huán)保又安全，而且滿足生產(chǎn)工作需要，能夠滿足石油鉆井行業(yè)中各種規(guī)格型號的鉆具水泥通徑工作；2、操作簡單易行；3、兩人即可完成現(xiàn)場操作，節(jié)省勞動力；4、通徑完成后的鉆具不會傷及內(nèi)壁，可以重復使用，避免了鉆具報廢，造成資源浪費。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的水平鉆通裝置的結構示意圖；

附圖2是本發(fā)明的空氣動力裝置的結構示意圖；

附圖3是本發(fā)明的卡緊裝置的結構圖；

附圖4是本發(fā)明的定向定位扶正器的結構圖；

上圖中：鉆具本體1、鉆具母扣接頭2、鉆具卡緊裝置3、卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓4、鉆具卡緊膠芯5、升降調(diào)節(jié)座6、裝置架7、定向定位扶正器8、合金鉆頭9、鉆桿10、反扣接頭11、導軌傳動齒輪12、扶正滑輪13、鏈條導向輪14、底座15、固定螺栓16、傳動鏈條17、鑿巖機18、工字軌道19、往復雙向推動馬達20、主動輪21、扶正導輪22、鏈條伸縮調(diào)節(jié)器23、伸縮齒輪24、伸縮調(diào)節(jié)螺栓25；

空氣壓縮機a1、吸附式干燥裝置a2、進氣閥門a3、壓力儲存罐a4、泄壓閥a5、罐壓表a6、輸氣閥門a7、油霧器a8、三位四通手動換向閥Aa9、往復雙向推動馬達a10、三位四通手動換向閥Ba11、鑿巖機控制裝置a12、二位二通手動換向閥a13、單向閥a14、鉆頭吹氣口a15；

卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓3.1、固定U型卡3.2、上卡瓦3.3、鉆具卡緊上膠芯3.4、鉆具卡緊下膠芯3.5、下卡瓦3.6、升降調(diào)節(jié)公頭3.7、底座3.8和升降調(diào)節(jié)母頭3.9；

鉆桿定位C型槽8.1、扶正架8.2、上定位板8.3、扶正器連接螺栓8.4、下定位板8.5、扶正器連接螺母8.6。

具體實施方式

結合附圖1-4，對本發(fā)明作進一步的描述：

一種石油鉆井勘探鉆具水眼通用固井水泥鉆通裝置，包括電控裝置、空氣動力裝置和水平鉆通裝置，所述的電控裝置采用自耦減壓起動箱，通過自耦減壓起動箱連接空氣動力裝置，空氣動力裝置帶動水平鉆通裝置對堵塞鉆具進行通徑，所述的空氣動力裝置包括空氣壓縮機a1、進氣閥門a3、壓力儲存罐a4、泄壓閥a5、罐壓表a6、輸氣閥門a7、油霧器a8、往復雙向推動馬達a10、鑿巖機控制裝置a12、鉆頭吹氣口a15，壓力儲存罐a4的輸入端通過進氣閥門a3連接到空氣壓縮機a1，壓力儲存罐a4的輸出端通過輸氣閥門a7連接往復雙向推動馬達a10和鑿巖機控制裝置a12，鑿巖機控制裝置a12輸出動力到鉆頭吹氣口a15；

所述的水平鉆通裝置包括鉆具本體1、鉆具母扣接頭2、鉆具卡緊裝置3、卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓4、鉆具卡緊膠芯5、升降調(diào)節(jié)座6、裝置架7、定向定位扶正器8、合金鉆頭9、鉆桿10、扶正滑輪13、底座15、鑿巖機18、所述的底座15左側上部安裝裝置架7，裝置架7的左側上部通過升降調(diào)節(jié)座6連接鉆具卡緊裝置3，所述的鉆具卡緊裝置3通過鉆具卡緊膠芯5和卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓4將鉆具本體1固定牢固，鉆具本體1的端部為鉆具母扣接頭2；所述的裝置架7的右側上部通過定向定位扶正器8扶正鉆桿10的左端，鉆桿10的右端連接到鑿巖機18，鉆桿10的中部通過扶正滑輪13與底座15右側上部的傳動裝置連接，傳動裝置帶動鑿巖機18左右移動，鑿巖機18帶動鉆桿轉動，進而通過鉆桿端部的合金鉆頭9對鉆具內(nèi)的水泥進行通徑；其中，合金鉆頭9采用十字型或X型的PDC鉆頭或金剛石鉆頭。

參照附圖2，本發(fā)明的空氣動力裝置中的進氣閥門a3與空氣壓縮機a1之間設有吸附式干燥裝置a2；所述的往復雙向推動馬達a10的輸入端連接三位四通手動換向閥Aa9，所述的鑿巖機控制裝置a12的輸入端連接三位四通手動換向閥Ba11，所述的鉆頭吹氣口a15的輸入端連接二位二通手動換向閥a13和單向閥a14；

根據(jù)空氣壓縮機a1的軸功率51KW的高壓要求，普通廠區(qū)內(nèi)工業(yè)用電滿足不了直接啟動，可配置安裝自耦減壓起動箱作為降壓啟動。當工作人員正常啟動空氣壓縮機打開進氣閥門a3以后，壓縮空氣通過吸附式干燥裝置a2，使壓力空氣到到標準的干燥程度。后經(jīng)管路進入儲氣罐內(nèi)，使罐內(nèi)壓力逐漸增大，從而獲得工作所需的壓縮空氣。當排氣壓力達到額定壓力0.85MPa時，由壓力開關控制而自動停機，當儲氣罐壓力降至0.5--0.6MPa時壓力開關自動聯(lián)接啟動。工作人員在施工過程中可以直接觀看壓力表a6了解空氣動力端的運轉情況，同時，在停止設備或罐內(nèi)壓力過高的情況下，泄壓閥a5可以將罐內(nèi)的壓力進行釋放。同時，油霧器a8以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴射呈霧狀并混合于壓縮空氣中，使該壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。對各個氣壓設備實施潤滑，保證氣壓裝置能正常工作。由此看來，該空氣動力端安全可靠，便于控制和操作，另外，確保人員和設備的安全。

當壓縮空氣壓力值達到0.85Mpa的時候，工作人員便可以按照操作流程進行操作。首先，通過操縱二位二通手動換向閥的控制手柄a13，讓壓力空氣通過單向閥a14經(jīng)鑿巖機、鉆桿和鉆頭水眼，實現(xiàn)吹氣過程，它的作用有兩點：一是可以冷卻鉆頭，鉆頭在高頻率震擊巖石和研磨巖屑的過程中會產(chǎn)生高溫，壓縮空氣可以降低鉆頭溫度，增強鉆頭的硬度和延長鉆頭的使用壽命；二是，壓縮空氣可以將鉆頭震擊、破碎的巖屑吹出鉆具，確保不會造成鉆卡、鉆具內(nèi)壁堵塞等現(xiàn)象。

然后，操作人員通過對三位四通手動換向閥Ba11手柄的開合控制，可以使鑿巖機帶動鉆桿和鉆頭進行轉動和強力震擊。最后，打開三位四通手動換向閥Aa9，可運行往復雙向推動馬達a10，馬達內(nèi)的主動輪帶動鏈條轉動后，可完成鑿巖裝置來回移送工作。其主要作用有三點：一是可以來回移動整套鑿巖裝置，便于鉆桿和鉆頭充分攜帶巖屑返出鉆具外；二是，在鉆進的過程中如果遇卡現(xiàn)象，推動馬達可以提供充足的動力，來回活動鉆桿和鉆頭，保證鑿巖設備不會卡在鉆具內(nèi)；三是在正常鉆進破碎水泥過程中，推動馬達帶動鏈條可以直接提供大小不同的鉆壓，確保鉆進的速度和效率。

本發(fā)明的水平鉆通裝置中的傳動裝置包括導軌傳動齒輪12、鏈條導向輪14、固定螺栓16、傳動鏈條17、工字軌道19、往復雙向推動馬達20、主動輪21、扶正導輪22、鏈條伸縮調(diào)節(jié)器23、伸縮齒輪24、伸縮調(diào)節(jié)螺栓25，所述的往復雙向推動馬達20提供左右移動的動力，往復雙向推動馬達20通過主動輪21連接傳動鏈條17，使傳動鏈條17帶動鑿巖機18在工字軌道19上作往復運動，工字軌道19的兩端分別設有導軌傳動齒輪12和伸縮齒輪24，伸縮齒輪24的旁邊設有鏈條伸縮調(diào)節(jié)器23和伸縮調(diào)節(jié)螺栓25；其中，鉆桿10的中部設有反扣接頭11。

參照附圖3，鉆具卡緊裝置3包括卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓3.1、U型卡3.2、上卡瓦3.3、鉆具卡緊上膠芯3.4、鉆具卡緊下膠芯3.5、下卡瓦3.6、升降調(diào)節(jié)公頭3.7、升降調(diào)節(jié)母頭3.8和底座3.9，所述的底座3.9上部固定有升降調(diào)節(jié)母頭3.8，升降調(diào)節(jié)公頭3.7與升降調(diào)節(jié)母頭3.8螺紋配合，升降調(diào)節(jié)公頭3.7的上部連接下卡瓦3.6，下卡瓦3.6的上部連接鉆具卡緊下膠芯3.5的兩側凸出部分，鉆具卡緊下膠芯3.5的中部為半圓形結構，與鉆具卡緊上膠芯3.4的半圓形結構相配合對鉆具進行固定，鉆具卡緊上膠芯3.4的上部通過上卡瓦3.3連接固定，且上卡瓦3.3上部設有螺孔，U型卡3.2套在上卡瓦3.3、鉆具卡緊上膠芯3.4、鉆具卡緊下膠芯3.5和下卡瓦3.6的兩側，并通過螺栓連接固定在升降調(diào)節(jié)公頭3.7上部的螺孔3.10，進而將鉆具卡緊上膠芯3.4、鉆具卡緊下膠芯3.5之間的鉆具固定牢固；

其中，升降調(diào)節(jié)公母扣接頭組成升降調(diào)節(jié)裝置，運用螺紋對接固定，然后把母扣接頭底面焊接在裝備架上，兩個公扣接頭一端面焊接內(nèi)角為雙90℃的下卡瓦，該卡瓦是用于安裝定位鉆具下卡緊膠芯，另一端則和母扣進行對接上扣實現(xiàn)升降調(diào)節(jié)。升降調(diào)節(jié)裝置的主要作用是根據(jù)不同規(guī)格型號的鉆具直徑大小，適當?shù)恼{(diào)整鉆具高度，最終達到鉆具的中心線與通徑設備的中心線在同一水平高度，為通徑工作奠定基礎。鉆具卡緊上下膠芯是根據(jù)該工作需要，專門設計的鋼板橡膠組合體，它是由兩個半圓對應的鋼板橡膠體組成，通過把鉆具夾在圓圈內(nèi)，實現(xiàn)橡膠表面與鉆具本體無縫卡緊。因為在通徑過程中，會遇到不同規(guī)格型號的鉆具，為此，專門設計制作了2 7/8"、3 1/2"、4"、4 1/2"、5"、5 1/2"等多項與鉆具外壁尺寸相對應的鉆具卡緊膠芯，扣合固定U型卡之后，使用扳手對卡緊裝置固定調(diào)節(jié)螺栓進行上扣緊固，這樣便完成各類鉆具的卡緊工作。

參照附圖4，定向定位扶正器8包括鉆桿定位C型槽8.1、扶正架8.2、上定位板8.3、扶正器連接螺栓8.4、下定位板8.5、扶正器連接螺母8.6，所述的扶正架8.2的上部為鉆桿定位C型槽8.1，槽的開口朝上，扶正架8.2的下部固定上定位板8.3，所述上定位板8.3通過扶正器連接螺栓8.4、下定位板8.5和扶正器連接螺母8.6固定在裝置架7上；

鉆桿定位C型槽是用壁厚20mm的鋼板高溫燒注加工制作而成，它的直徑剛好容納鉆頭和鉆桿來回出入。扶正器的高度則由扶正架來決定，頂端與定位C型槽焊接而成，末端則焊接在扶正器的上定位板上進行固定。為了滿足不同高度下的施工情況，可以改變扶正架的高度，扶正器上下定位板是通過固定螺栓與螺帽連接，使整套扶正器固定在裝置架上，扶正器上下定位板的寬度則要超過裝置架的寬度，能更好的發(fā)揮穩(wěn)定性。

本發(fā)明提到的一種石油鉆井勘探鉆具水眼通用固井水泥鉆通裝置的使用方法，包括如下步驟：

（a）、將堵塞的鉆具通過鉆具卡緊裝置3進行定位卡緊，通過安裝鉆具卡緊上膠芯3.4和鉆具卡緊下膠芯3.5，扣合在鉆具的上下兩側，并通過上、下卡瓦和U型卡固定好鉆具，并通過卡緊裝置調(diào)節(jié)螺栓3.1緊固在裝置架7上；

在具體施工過程中，擺放堵塞鉆具的管排架水平高度度與通徑裝置的高度是首要解決的問題。首先，要保證地面水泥硬化度和作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)地面標準的水平線，應選用標號較高、質(zhì)量較好的水泥。在制作通徑裝置底座的時候鋼材的下料尺寸要和管排架的尺寸一致，鉆具水眼的中心點要與鉆桿和鉆頭的中心點在同一水平線，目的是為了避免在鉆進過程中出現(xiàn)偏磨，對鉆具造成損壞。另外，底座的尺寸寬度達到1000mm、厚度20mm的鋼板，并縮短底座之間的距離，并選用長度20mm、￠20的膨脹螺栓進行鉆眼定樁，目的是增加地面接觸面積和避免該設備在運轉過程中扭矩過大造成通徑裝備搖擺。

（b）、當氣壓達到施工要求時，通過對氣體操縱手柄的控制，首先使氣體通過鑿巖機18進入合金鉆頭9進行吹氣攜巖屑和帶動鉆桿10進行轉動，并通過定向定位扶正器8防止鉆桿在旋轉過程中產(chǎn)生的離心轉動；

（c）、再通過對空氣動力裝置的氣體操縱手柄的開合控制，給往復雙向推動馬達20提供動力，推動馬達正常運轉后通過蝸輪減速器的作用，帶動主動輪21低速轉動，主動輪再帶動傳動鏈條17，滿足鑿巖機18在工字軌道19上作往復運動，并且可對鉆頭加大鉆壓，從而順利完成各類堵塞鉆具的通徑工作。