[0001] 本发明属于地下防治水技术领域，具体涉及一种受控定向钻进下斜钻孔堵漏装置及方法。

[0002] 受控定向钻进技术具有使钻井(孔)定向弯曲，钻达目标地层，避开地表障碍物，纠正已斜的井眼或者绕过井内坠落物而进行侧钻的优点，且分支孔开孔精确，集束能力强，被广泛应用于石油、天然气钻井工程、探测煤层、煤层瓦斯抽采、井下(地面)探放水及页岩气开采等领域。

[0003] 但不论在那个领域，当受控定向钻进钻孔遇到不明地层，如地下溶洞、空腔、岩溶地层或采空区时，经常出现钻杆给进力、扭矩突然下降、泥浆大量漏失、地层水大量涌入钻孔等异常现象，导致钻孔无法正常进行，不能到达目标层位，造成钻探成本增加，甚至整个受控定向钻进失败，影响整个受控钻孔定向钻进。

[0004] 公告号CN215630731U的中国实用新型专利公开了一种工程施工用分支孔堵漏调整装置，该装置是利用置于钻孔内的堵漏调整装置，通过电机驱动操作箱上的喷料管在钻孔内部进行旋喷注浆以实现对分支孔进行堵漏，但是将分支孔堵漏调整装置置于钻孔内，装置故障排除、维修不仅耗时而且费用高；旋喷使物料大面积覆盖在分支孔表面，对于遇到不明地层的地下溶洞、空腔、岩溶地层或采空区时，不仅大量消耗物料，增加堵漏成本，而且旋喷注浆对于空腔、溶洞等大空间的堵漏效果较差；同时，堵漏装置元件设备多，成本高，在深部地层空间相互之间驱动启动时可靠性差，喷浆系统堵塞等故障无法及时排除。

[0044] 下面将结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

[0045] 如图1所示，一种受控定向钻进下斜钻孔堵漏装置，包括与钻杆1螺纹连接的接手2，接手2的下端与钻孔堵漏器17连接，所述钻孔堵漏器17包括与接手2下端连接的连接杆3，连接杆3下端的外丝扣与扫孔钻头8连接，连接杆3上套设有锥形鱼骨橡胶环5，锥形鱼骨橡胶环5的下端设置有套设在连接杆3上的止逆器6，锥形鱼骨橡胶环5的上端设置有套设在连接杆3上的限位止桨环4；所述钻孔堵漏器总长度为500mm；所述钻杆1和接手2用于将钻孔堵漏器17送至异常地层11。

[0046] 所述接手2上端为内丝扣，其下端为内凹四方孔。

[0047] 所述连接杆3的上端为凸四方杆，其长度与接手2下端的内凹四方孔深度一致，所述连接杆3上端的凸四方杆长度为100mm，其截面为正方形，截面边长是钻杆1外径的二分之一。

[0048] 所述限位止桨环4的有效直径与扫孔钻头8的直径相同。

[0049] 所述锥形鱼骨橡胶环5为中空橡胶环，锥形鱼骨橡胶环套5从连接杆3近丝扣端套入并固定在连接杆3上；所述锥形鱼骨橡胶环5的材质为吸水浸泡膨胀型橡胶，其形状为从上到下渐缩的锥形结构，锥形结构靠近扫孔钻头8一端的有效直径与扫孔钻头8的直径相同，另一端的有效直径为扫孔钻头8直径的1.1‑1.2倍，其中空内径比连接杆3外径小5mm；单个锥形鱼骨橡胶环5的长度为300mm。

[0050] 所述止逆器6为中空管，中空管内径比连接杆3外径小5mm，管外周同一高度环形均匀焊接有四根锥形触手7，设置两排，锥形触手7为弹簧钢筋，沿钻孔前进方向可正常推进，沿钻孔反方向受压时可向外膨胀紧抓岩壁。

[0051] 所述接手2、连接杆3以及扫孔钻头8的材质均为橡胶或者钢制材料，止逆器6和触手7的材质均为钢制材料。

[0052] 如图2和图3所示，一种受控定向钻进下斜钻孔堵漏的方法，包括以下步骤：

[0053] 步骤1：正常地质钻探时，钻机9的钻杆1顶端给进力P，扭矩T保持一定峰值，迫使钻杆1沿设计的定向钻进钻孔轨迹10正常钻至目标层位12；不同岩性地层所施加的给进力P，扭矩T峰值不同，同一岩性地层随着钻进深度变化，所施加的给进力P，扭矩T峰值亦有差异，不同岩性地层所施加的给进力P，扭矩T用下式记录：

[0054]

[0055] 式中，Pi为钻杆1顶端给进力，单位为N；Ti为钻杆1顶端扭矩，单位为N.m；

[0056] 定向钻进过程中t时刻，当所施加地质钻探参数给进力P，扭矩T发生下式中变化时，说明钻杆1前段钻头遇异常地层11；

[0057]

[0058] 式中，Q出为由钻孔内循环回地面的泥浆量，单位为m3；

[0059] 这时，反转钻机9，直至钻机9下放的Ni根钻杆1全部退出地面，记录退出地面的Ni根钻杆的累计长度L，即定向钻孔钻进过程中所遇异常地层11的钻孔距离地面钻机9的空间轨迹长度；

[0060] 步骤2：更换钻机9的钻杆1下端的钻进钻头，在钻机9的钻杆1下端安装钻孔堵漏器17，沿步骤1中设计的定向钻进钻孔轨迹10下放Ni根钻杆1，将钻孔堵漏器17下放至钻孔堵漏段15停钻，此时，首先调整钻杆1顶端施加的给进力P，扭矩T为下式峰值：

[0061]

[0062] 当钻杆1退出地面长度为100～150mm时，钻杆1顶端的接手2与钻孔堵漏器17完全分离，将钻孔堵漏器17留在地层中；

[0063] 再次调整钻杆1顶端施加的给进力P，扭矩T为下式峰值：

[0064]

[0065] 以使钻杆1退钻，直至下放至钻孔内的Ni根钻杆1全部退出地面，完成钻孔内钻孔堵漏器17安装；

[0066] 重复上述操作，依次将三个钻孔堵漏器17下放至钻孔内堵漏段15，三个钻孔堵漏器17为一组，所述定向钻孔内至少安装一组钻孔堵漏器17；钻孔堵漏器17采用空气柱间隔安装，组内相邻的钻孔堵漏器17的空间间距为500mm，组间相邻的钻孔堵漏器17的空间间距为1000mm；

[0067] 所述三个钻孔堵漏器17的钻孔堵漏段15中的具体位置如下：

[0068] 1#钻孔堵漏器17下放至距离步骤1中异常地层11空间长度d处停钻，因此，下放进入地层的Ni根钻杆1累积长度L1＝L‑d，得到1#钻孔堵漏器17距离地面钻机9的空间轨迹长度；所述空间长度d为1000mm；

[0069] 2#钻孔堵漏器17下放至距离1#钻孔堵漏器17空间长度为b处停钻，因此，下放进入地层的Ni根钻杆1累积长度L2＝L1‑b，得到2#钻孔堵漏器17距离地面钻机9的空间轨迹长度；所述空间长度b为500mm；

[0070] 3#钻孔堵漏器17下放至距离2#钻孔堵漏器17空间长度为b处停钻，因此，下放进入地层的Ni根钻杆1累积长度L3＝L2‑b，得到3#钻孔堵漏器17距离地面钻机9的空间轨迹长度；所述空间长度b为500mm；

[0071] 步骤3：对步骤1所遇的异常地层11完成堵漏后，更换钻机9的钻头为钻进钻头，沿步骤1设计的定向钻进钻孔轨迹10继续钻进，直至钻机9的钻头下端距离步骤2最后安装的钻孔堵漏器17空间长度为10000mm时，重新开下斜分支孔，沿新开下斜分支孔钻孔空间轨迹16钻至目标地层12。

[0072] 所述异常地层11为地层空腔或采空区；所述钻杆1顶端给进力P和扭矩T通过定向钻进监控仪显示。