[发明专利]一种煤层气导向钻井测控装置及其方法

权利要求书

1.一种煤层气导向钻井测控装置，其特征在于,包括：导向钻进时随钻铤一同旋转的测控装置本体(1)、钻井液分流装置；所述测控装置本体(1)的下部直接与钻头相接，上部与钻铤相接；

在所述测控装置本体(1)靠近钻铤的一端设置有凹槽，在该凹槽内设置有供电装置、地质信息探测装置、中心处理器；在靠近钻头的一端设置有导向执行机构；所述钻井液分流装置一端与钻铤内部连通，另一端与导向执行机构连通；

所述供电装置用于给地质信息探测装置和中心处理器提供电能；

所述地质信息探测装置随钻柱一同旋转，用于探测和记录360°井周的地质信息；

所述中心处理器用于处理所述地质信息探测装置测取的信息，判断当前井眼轨迹的前进趋势是否与煤层的倾角/走向相吻合，进而给出导向钻进的指令；

所述钻井液分流装置用于接收中心处理器给出的导向指令，分配钻井液流量为导向执行机构提供水力能量；

所述导向执行机构用于根据中心处理器的导向指令控制钻头的钻进方向。

2.根据权利要求1所述的煤层气导向钻井测控装置，其特征在于,沿所述测控装置本体的周向分布有至少三套所述导向执行机构，每个导向执行机构对应设置有一个配套的钻井液分流装置。

3.根据权利要求1所述的煤层气导向钻井测控装置，其特征在于，所述钻井液分流装置包括与中心处理器信号连接的电磁阀(6)、钻井液分流通道(10)、钻井液容纳腔(11)；所述钻井液分流通道的一端与钻铤内部连通，并且安装所述电磁阀(6)、另一端与钻井液容纳腔(11)连通；

所述导向执行机构安装在所述钻井液容纳腔(11)上。

4.根据权利要求3所述的煤层气导向钻井测控装置，其特征在于，所述导向执行机构包括：伸缩机构(8)、限位装置(9)；所述伸缩机构(8)通过限位装置(9)安装在所述钻井液容纳腔(11)上。

5.根据权利要求4所述的煤层气导向钻井测控装置，其特征在于，所述伸缩机构(8)为可伸缩活塞。

6.根据权利要求4所述的煤层气导向钻井测控装置，其特征在于，在伸缩机构(8)与限位装置(9)之间设置有密封装置(7)。

7.根据权利要求1所述的煤层气导向钻井测控装置，其特征在于，所述地质信息探测装置包括地层放射性探测传感器和声波探测传感器。

8.根据权利要求1所述的煤层气导向钻井测控装置，其特征在于，所述供电装置为整装电池或者是钻井液液力发电机。

9.根据权利要求1所述的煤层气导向钻井测控装置，其特征在于，所述地质信息探测装置与接入钻头处的距离为1±0.3m。

10.一种煤层气导向钻井测控方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据地质信息探测装置探测的地质信息，确定煤层的放射性、孔隙度、渗透率、倾角以及顶板和底板岩层的自然放射性；

(2)中心处理器获取所述地质信息后，通过预编制的智能算法，优化确定直井段深度、造斜段造斜率以及稳斜段导向控制的启动策略及阀值；

(3)在预定井位根据步骤(2)中确定的直井段和造斜段的井身结构，使用所述煤层气导向钻井测控装置完成稳斜段之前的钻井作业任务；

(4)稳斜段钻进过程中，由于煤层的厚度、倾角、以及煤岩和上下围岩的自然放射性是变化的，需根据随钻测量信息进一步优化导向控制的启动策略和阀值，该过程默认由井下中心处理器自动完成，也可通过井下与地面间的双向通讯系统由地面工程师修正；

(5)所述导向策略至少包括以下三种：一种是井眼前进趋势与煤层走向吻合时，不提供导向力，维持当前的钻进井斜和方位；一种是井眼有从顶板出煤层的趋势，导向机构中的可伸缩活塞旋转至井眼高边时应伸出以获得向下的导向力；一种是井眼有从底板出煤层的趋势，导向机构中的可伸缩活塞旋转至井眼低边时应伸出以获得向上的导向力；在井眼轨迹预设计时，即应结合煤层地质信息、稳斜段延伸长度和导向测控装置的工作原理，尽量减少稳斜段调整井斜方位的次数，光滑的井眼有利于降本增效；

(6)电磁阀接收中心处理器的指令，并调整阀门的开度以控制钻井液的流量，为导向执行机构提供所需的导向力；

(7)进行导向作业时，自电磁阀接收指令开启至钻井液进入容纳腔推靠可伸缩活塞之间存在时间滞后，而可伸缩活塞随测控装置动态旋转，所述智能算法考虑上述因素在启动电磁阀时设置了提前量。