本發(fā)明涉及一種聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置及其在溶洞堵漏中的應(yīng)用，屬于井下施工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳酸鹽巖地層油氣井鉆完井施工過程中經(jīng)常發(fā)生井漏，輕微的漏失會使鉆井工作中斷，嚴重的漏失要耽誤大量的生產(chǎn)時間，耗費大量的人力和物力。如果井漏得不到及時處理，還會引起井塌、井噴和卡鉆事故，導(dǎo)致部分井段甚至全井的報廢，嚴重井噴還有可能造成人身傷亡事故，所以及時處理井漏恢復(fù)正常鉆進是非常重要的。目前，針對滲透型和裂縫型漏失，國內(nèi)已有成熟的堵漏工藝及技術(shù)，但溶洞型漏失屬于國際級難題，工業(yè)界一直未能找到有效的解決方式。

對于裂縫性漏失,目前常用的堵漏技術(shù)多達十幾種。主要分為承壓堵漏技術(shù)、隨鉆堵漏技術(shù)、塑性堵漏技術(shù)、膨脹管堵漏技術(shù)、氣體鉆井技術(shù)和注水泥堵漏技術(shù)。第一種技術(shù)適用于封堵深井、惡性低壓漏失井；第二種技術(shù)是一種主動致漏并自動止漏的方法，其適用于復(fù)雜構(gòu)造地層、裂縫發(fā)育地層等承壓能力較低的地層；第三種技術(shù)通過制劑間的相互作用使堵漏漿“失重”，驅(qū)動力消失，進而解決井漏問題，堵漏漿具有塑性蠕變、密度可調(diào)、耐久等特性；第四種技術(shù)膨脹管堵漏技術(shù)，一旦封堵成功，效果明顯，且能對同一裸眼段的多個復(fù)雜層進行多次封固，但該技術(shù)要求對已鉆的丼眼進行擴孔，從事現(xiàn)場施工的人員都知道，擴眼難度大，速度慢，危險性高，而且由于漏失使破碎的巖屑無法帶到地面，這也是膨脹管堵漏技術(shù)沒有廣泛應(yīng)用的原因；第五種是氣體鉆井，對于防止漏失效果明顯，同時可以提高機械鉆速和井身質(zhì)量，節(jié)約鉆井成本，但氣體鉆井在地層出水或易坍塌的地層無法進行；第六種方法是注水泥封堵。

以上六種常規(guī)堵漏技術(shù)（傳統(tǒng)物理堵漏技術(shù)與化學堵漏技術(shù)）對于溶洞性漏失幾乎毫無效果，只有通過向井內(nèi)填充大量固體物及長纖維材料架橋后再堵方能奏效，但這樣施工需要反復(fù)進行，效果差，耗時長、成功率低、成本高、處理過程中造成井噴的危險性較大，即使勉強堵住，在后續(xù)的鉆進中易再次發(fā)生漏失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在分析了井下工況及各種工具的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一種針對溶洞性漏失的新型井下爆炸堵漏工具及其應(yīng)用—聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置及其在溶洞堵漏中的應(yīng)用，解決了常規(guī)堵漏方法中堵漏材料不易駐留形成橋架的難題，能有效提高溶洞性地層的堵漏成功率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置，其特征是，包括外部的割縫金屬管和內(nèi)部的筑巢爆破工具，所述割縫金屬管管壁上割有螺旋縫或直縫，所述筑巢爆破工具為表面帶有若干炸藥槽的芯軸（即爆炸桿），該槽內(nèi)安放有炸藥，所述割縫金屬管套在芯軸上，并予以固定，芯軸與割縫金屬管采用動配合。

所述割縫金屬管為雙層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)層割縫金屬管和外層割縫金屬管，內(nèi)、外層割縫金屬管的長度相等，其長度比溶洞縱向長度長400mm。

所述內(nèi)層割縫金屬管的外徑等于外層割縫金屬管的內(nèi)徑，外層割縫金屬管的外徑比所堵井段鉆進時鉆頭直徑小5-10mm。

所述內(nèi)層割縫金屬管管壁割有若干左螺旋縫或右螺旋縫，所述外層割縫金屬管管壁同樣割有若干螺旋縫，該螺旋縫的旋向與內(nèi)層割縫金屬管的螺旋縫旋向相反；

所述內(nèi)層割縫金屬管或外層割縫金屬管的相鄰兩條螺旋縫之間的距離為10-50mm（即相鄰兩條螺旋縫之間形成一個螺旋條，該螺旋條寬度為10-50mm），螺旋縫的起始端距離對應(yīng)的割縫金屬管頂端30-200mm，同樣，螺旋縫的末端距離對應(yīng)的割縫金屬管末端30-200mm（即金屬管上、下端各留30-200mm不割縫）。

所述芯軸的炸藥槽為直槽。

所述內(nèi)層、外層割縫金屬管管壁均割有若干直縫，內(nèi)層割縫金屬管上的直縫間距與外層割縫金屬管上的直縫間距不等；直縫的起始端距離對應(yīng)的割縫金屬管頂端30-200mm，直縫的末端距離對應(yīng)的割縫金屬管末端30-200mm（即金屬管上、下端各留30-200mm不割縫）。

所述芯軸的炸藥槽是螺旋槽。

所述割縫金屬管為單層結(jié)構(gòu)，螺旋縫或直縫的起始端距離金屬管頂端30-200mm，螺旋縫或直縫的末端距離金屬管末端30-200mm（即金屬管上、下端各留30-200mm不割縫）。

若割縫金屬管割有螺旋縫，則芯軸的炸藥槽為直槽；若割縫金屬管割有直縫，則芯軸的炸藥槽為螺旋槽。

聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置在溶洞堵漏中的應(yīng)用，其特征是，包括以下步驟：

1）若外部的割縫金屬管為單層,要求該金屬管的長度比溶洞縱向長度長400mm；

若外部的割縫金屬管為雙層結(jié)構(gòu),選擇兩根尺寸不同的金屬管，金屬管的壁厚依據(jù)不同的金屬材料而不同；外層金屬管的內(nèi)徑等于內(nèi)層金屬管的外徑，外層金屬管的外徑小于所堵井段鉆進時鉆頭直徑5-10mm，兩根金屬管的長度相等，比溶洞縱向長度長400mm；

2）對于單層結(jié)構(gòu)的割縫金屬管，在地面將金屬管管壁割成若干直縫或螺旋縫，金屬管上、下端各留30-200mm不割，得到單層割縫金屬管；

對于雙層結(jié)構(gòu)的割縫金屬管，在地面將兩根金屬管分別割成左右不同旋向的螺旋條，螺旋條的寬度為10-50mm，金屬管上、下端各留30-200mm不割，得到雙層割縫金屬管；

或在兩根金屬管管壁上割若干直縫，內(nèi)層金屬管上的直縫間距與外層金屬管上的直縫間距不等，同樣，金屬管上、下端各留30-200mm不割，得到雙層割縫金屬管；

3）在下井的鉆具下面連接一根帶若干炸藥槽的芯軸，炸藥槽的寬度依安放炸藥量的不同而不同；若金屬管割的是直縫，則芯軸的炸藥槽是螺旋槽，若金屬管割的是螺旋縫，則芯軸的炸藥槽是直槽；再把割縫金屬管套在芯軸上，予以固定，芯軸與金屬管采用動配合，在芯軸的炸藥槽內(nèi)安放炸藥；

4）用鉆具將芯軸送到溶洞處，點燃炸藥，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的能量，讓固定在芯軸上的割縫金屬管產(chǎn)生塑性變形貼附到溶洞壁上，割縫金屬管的上、下端分別頂在溶洞的上、下板上，完成筑巢作業(yè)，之后注入長纖維材料或堵漏膠液，形成人工井壁，從而保證鉆井安全、高效、快速穿過數(shù)米溶洞。

雖然膨脹管也可以爆炸成形堵漏，但存在3個問題：1、炸藥用量大，每米約需2kg炸藥；2、膨脹管采用的是韌性較好的合金材料，強度較高，在突出井壁的地方，鉆頭很難修整；3、膨脹管沒有泄流通道，爆炸變形過程中對環(huán)形空間的液體會施加一個巨大的沖擊力，這個沖擊力對會造成井壁失穩(wěn)，同時阻礙了膨脹管的變形。

綜上所述，本發(fā)明研發(fā)出的適應(yīng)井下小型溶洞（段長8m以內(nèi))漏失的聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置及其應(yīng)用（新技術(shù)與新工具），其中割縫金屬管爆炸后能形成橋架（引爆后可將割縫金屬管沖擊成鳥巢型），這就解決了常規(guī)堵漏方法中堵漏材料不易進入地層的難題，能有效提高溶洞性地層的堵漏成功率。如此高效低成本的堵漏施工，將有利于增加塔里木盆地、西南四川盆地、東北松遼盆地等地區(qū)碳酸鹽巖地層天然氣的開采比重，并對國家順利實施綠色低碳戰(zhàn)略、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、維持經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大意義。

本發(fā)明不光對于溶洞地層鉆井堵漏具有重要的意義，而且對于礦井堵漏及隧道掘進堵漏也有一定的參考價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中單層結(jié)構(gòu)的螺旋割縫金屬管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中金屬管爆炸后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中單層結(jié)構(gòu)的直割縫金屬管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3中金屬管爆炸后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中雙層結(jié)構(gòu)的螺旋割縫金屬管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5中金屬管爆炸后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明中炸藥槽為直槽的芯軸；

圖8為本發(fā)明中炸藥槽為螺旋槽的芯軸；

圖9為雙層螺旋割縫金屬管在溶洞堵漏應(yīng)用時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1割縫金屬管、2螺旋縫、3直縫、4炸藥槽、5芯軸、6內(nèi)層割縫金屬管、7外層割縫金屬管、8井壁、9鉆桿接頭、10螺旋條。

具體實施方式

實施例1（單層直割縫金屬管）

聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置，包括外部的割縫金屬管1和內(nèi)部的筑巢爆破工具，割縫金屬管為單層結(jié)構(gòu)，管壁上割有若干直縫3（如圖3所示）。筑巢爆破工具為表面帶有若干炸藥槽4的芯軸5，該槽為螺旋槽（如圖8所示），槽內(nèi)安放有炸藥，割縫金屬管套在芯軸上，并予以固定，芯軸與割縫金屬管采用動配合。直縫的起始端距離金屬管頂端30-200mm，直縫的末端距離金屬管末端30-200mm。

聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置在溶洞堵漏中的應(yīng)用，包括以下步驟：

1）外部的割縫金屬管為單層,要求該金屬管的長度比溶洞縱向長度長400mm，金屬管的壁厚依據(jù)不同的金屬材料而不同；

2）對于單層結(jié)構(gòu)的割縫金屬管，在地面將金屬管管壁割成若干直縫，金屬管上、下端各留30-200mm不割，得到單層割縫金屬管；

3）在下井的鉆具下面連接一根帶若干炸藥槽的芯軸，炸藥槽的寬度依安放炸藥量的不同而不同，芯軸的炸藥槽是螺旋槽；再把割縫金屬管套在芯軸上，予以固定，芯軸與金屬管采用動配合，在芯軸的炸藥槽內(nèi)安放炸藥；

4）用鉆具將芯軸送到溶洞處，點燃炸藥，如圖4所示，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的能量，讓固定在芯軸上的割縫金屬管產(chǎn)生塑性變形貼附到溶洞壁上，割縫金屬管的上、下端分別頂在溶洞的上、下板上，完成筑巢作業(yè)，之后注入長纖維材料或堵漏膠液，形成人工井壁，從而保證鉆井安全、高效、快速穿過數(shù)米溶洞。

實施例2（單層螺旋割縫金屬管）

聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置，包括外部的割縫金屬管1和內(nèi)部的筑巢爆破工具，割縫金屬管管壁上割有螺旋縫2（如圖1所示），筑巢爆破工具為表面帶有若干炸藥槽4的芯軸5，該槽為直槽（如圖7所示），槽內(nèi)安放有炸藥，割縫金屬管套在芯軸上，并予以固定，芯軸與割縫金屬管采用動配合。直縫的起始端距離金屬管頂端30-200mm，直縫的末端距離金屬管末端30-200mm。

聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置在溶洞堵漏中的應(yīng)用，包括以下步驟：

1）外部的割縫金屬管為單層,要求該金屬管的長度比溶洞縱向長度長400mm，金屬管的壁厚依據(jù)不同的金屬材料而不同；

2）對于單層結(jié)構(gòu)的割縫金屬管，在地面將金屬管管壁割成若干螺旋縫，金屬管上、下端各留30-200mm不割，得到單層割縫金屬管；

3）在下井的鉆具下面連接一根帶若干炸藥槽的芯軸，炸藥槽的寬度依安放炸藥量的不同而不同，芯軸的炸藥槽是直槽；再把割縫金屬管套在芯軸上，予以固定，芯軸與金屬管采用動配合，在芯軸的炸藥槽內(nèi)安放炸藥；

4）用鉆具將芯軸送到溶洞處，點燃炸藥，如圖2所示，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的能量，讓固定在芯軸上的割縫金屬管產(chǎn)生塑性變形貼附到溶洞壁上，割縫金屬管的上、下端分別頂在溶洞的上、下板上，完成筑巢作業(yè)，之后注入長纖維材料或堵漏膠液，形成人工井壁，從而保證鉆井安全、高效、快速穿過數(shù)米溶洞。

實施例3（雙層直割縫金屬管）

聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置，包括外部的割縫金屬管和內(nèi)部的筑巢爆破工具，筑巢爆破工具為表面帶有若干炸藥槽4的芯軸5，該炸藥槽是螺旋槽，槽內(nèi)安放有炸藥。割縫金屬管套在芯軸上，并予以固定，芯軸與割縫金屬管采用動配合。

割縫金屬管為雙層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)層割縫金屬管和外層割縫金屬管，內(nèi)、外層割縫金屬管的長度相等，其長度比溶洞縱向長度長400mm。

內(nèi)層割縫金屬管的外徑等于外層割縫金屬管的內(nèi)徑，外層割縫金屬管的外徑比所堵井段的井壁直徑小5-10mm。

內(nèi)層、外層割縫金屬管管壁均割有若干直縫，內(nèi)層割縫金屬管上的直縫間距與外層割縫金屬管上的直縫間距不等；直縫的起始端距離對應(yīng)的割縫金屬管頂端30-200mm，直縫的末端距離對應(yīng)的割縫金屬管末端30-200mm。

如圖9所示，聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置在溶洞堵漏中的應(yīng)用，包括以下步驟：

1）選擇兩根尺寸不同的金屬管，金屬管的壁厚依據(jù)不同的金屬材料而不同；外層金屬管的內(nèi)徑等于內(nèi)層金屬管的外徑，外層金屬管的外徑小于所堵井段鉆進時鉆頭直徑5-10mm，兩根金屬管的長度相等，比溶洞縱向長度長400mm；

2）在兩根金屬管管壁上割若干直縫，內(nèi)層金屬管上的直縫間距與外層金屬管上的直縫間距不等，同樣，金屬管上、下端各留30-200mm不割，得到雙層割縫金屬管；

3）在下井的鉆具下面連接一根帶若干炸藥槽的芯軸，炸藥槽的寬度依安放炸藥量的不同而不同，芯軸的炸藥槽是螺旋槽；再把割縫金屬管套在芯軸上，予以固定，芯軸與金屬管采用動配合，在芯軸的炸藥槽內(nèi)安放炸藥；

4）用鉆具將芯軸送到溶洞處，點燃炸藥，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的能量，讓固定在芯軸上的割縫金屬管產(chǎn)生塑性變形貼附到溶洞壁上，割縫金屬管的上、下端分別頂在溶洞的上、下板上，完成筑巢作業(yè)，之后注入長纖維材料或堵漏膠液，形成人工井壁，從而保證鉆井安全、高效、快速穿過數(shù)米溶洞。

實施例4（雙層螺旋割縫金屬管）

聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置，包括外部的割縫金屬管1和內(nèi)部的筑巢爆破工具，割縫金屬管管壁上割有螺旋縫2，如圖7所示，筑巢爆破工具為表面帶有若干炸藥槽4的芯軸5，該炸藥槽為直槽，槽內(nèi)安放有炸藥，割縫金屬管套在芯軸上，并予以固定，芯軸與割縫金屬管采用動配合。

如圖5所示，割縫金屬管為雙層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)層割縫金屬管6和外層割縫金屬管7，內(nèi)、外層割縫金屬管的長度相等，其長度比溶洞縱向長度長400mm。內(nèi)層割縫金屬管的外徑等于外層割縫金屬管的內(nèi)徑，外層割縫金屬管的外徑比所堵井段鉆進時鉆頭直徑小5-10mm。

內(nèi)層割縫金屬管管壁割有若干左螺旋縫或右螺旋縫，外層割縫金屬管管壁同樣割有若干螺旋縫，該螺旋縫的旋向與內(nèi)層割縫金屬管的螺旋縫旋向相反；內(nèi)層割縫金屬管或外層割縫金屬管的相鄰兩條螺旋縫之間的距離為10-50mm，螺旋縫的起始端距離對應(yīng)的割縫金屬管頂端30-200mm，同樣，螺旋縫的末端距離對應(yīng)的割縫金屬管末端30-200mm。

聚能捆綁型筑巢堵漏固壁裝置在溶洞堵漏中的應(yīng)用，包括以下步驟：

1）選擇兩根尺寸不同的金屬管，金屬管的壁厚依據(jù)不同的金屬材料而不同；外層金屬管的內(nèi)徑等于內(nèi)層金屬管的外徑，外層金屬管的外徑小于所堵井段鉆進時鉆頭直徑5-10mm，兩根金屬管的長度相等，比溶洞縱向長度長400mm；

2）在地面將兩根金屬管分別割成左右不同旋向的螺旋條，螺旋條的寬度為10-50mm，金屬管上、下端各留30-200mm不割，得到雙層割縫金屬管；

3）在下井的鉆具下面連接一根帶若干炸藥槽的芯軸，炸藥槽的寬度依安放炸藥量的不同而不同，芯軸的炸藥槽是直槽；再把割縫金屬管套在芯軸上，予以固定，芯軸與金屬管采用動配合，在芯軸的炸藥槽內(nèi)安放炸藥；

4）用鉆具將芯軸送到溶洞處，點燃炸藥，如圖6所示，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的能量，讓固定在芯軸上的割縫金屬管產(chǎn)生塑性變形貼附到溶洞壁上，割縫金屬管的上、下端分別頂在溶洞的上、下板上，完成筑巢作業(yè)，之后注入長纖維材料或堵漏膠液，形成人工井壁，從而保證鉆井安全、高效、快速穿過數(shù)米溶洞。