[發明專利]煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統及鉆進方法

有效

• 申請號: 201711077770.6
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107605402B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 徐保龍;王力;王毅;黃寒靜;侯紅;姚亞峰;賈明群
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21F7/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

1.一種煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，包括撓性內控旋轉定向鉆具、定向系統、螺旋鉆桿、可開閉式鉆頭和雙動力頭鉆機，其特征在于：

所述撓性內控旋轉定向鉆具位于螺旋鉆桿和可開閉式鉆頭之間以實現旋轉定向鉆進，所述定向系統貫穿于螺旋鉆桿以對鉆進軌跡進行測量和控制，所述雙動力頭鉆機包含大動力頭和小動力頭以提供鉆進動力

所述撓性內控旋轉定向鉆具包含撓性外管、彎芯軸和套筒，所述撓性外管的前端連接所述可開閉式鉆頭，后端聯動于螺旋鉆桿，所述彎芯軸穿置于撓性外管內，所述撓性外管的管體中部設有蘑菇瓣狀撓性接頭進行連接，所述管體的外緣設有螺旋葉片，從而撓性外管的前后管體能夠相對于另外一半管體向任意方向彎曲，所述彎芯軸的軸體分為兩部分，該兩部分的軸體的軸線具有一定夾角；

所述定向系統包括上無磁鉆桿、下無磁鉆桿、探管外管、測量探管和通纜內管，所述上無磁鉆桿的后端連接至螺旋鉆桿的前端，所述下無磁鉆桿的前端連接至撓性外管的后端，所述探管外管分別連接至上無磁鉆桿和下無磁鉆桿，所述測量探管的前后端與所述彎芯軸以及通纜內管相連接。

2.如權利要求1所述的煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，其特征在于：所述夾角的角度為1～1.5°，撓性外管的前后管體自由彎曲角度不低于4°，蘑菇瓣狀撓性接頭的抗扭強度不低于4000N.m。

3.如權利要求1所述的煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，其特征在于：所述彎芯軸前后側分別通過前軸承組和后軸承組支撐于撓性外管內，所述彎芯軸的前端伸出前軸承組且縱向貫穿有銷釘。

4.如權利要求1-3中任一所述的煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，其特征在于：所述軸體內設有介質通道，從而通過軸體后部的介質進入口將來自鉆桿內的排粉介質傳遞給鉆頭，所述軸體靠近鉆頭的一側加工有銷釘孔，以供銷釘貫穿容置，從而銷釘在正常鉆進過程中起到限位和為彎芯軸提供拉力的作用，鉆孔施工完畢后拉動彎芯軸，當拉力達到銷釘抗剪強度后銷釘被剪斷，從而打開護孔篩管的下入通道。

5.如權利要求1所述的煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，其特征在于：所述測量探管和探管外管之間還設有限位的居中器，以使測量探管的軸線與所述探管外管軸線重合，所述居中器設有前后貫通的介質通道，不影響壓風、霧化空氣等排渣介質的通過。

6.如權利要求1所述的煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，其特征在于：所述通纜內管包括通纜管體、線管、銅線和通訊彈簧，所述線管設置于通纜管體內，所述銅線貫穿于所述線管內，所述銅線的后端連接有通訊彈簧以連接至測量線和防爆計算機。

7.如權利要求6所述的煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，其特征在于：所述通纜管體的周向設有至少一組通孔，所述通孔內設有鎖緊銷釘以對線管插入后進行有效固定。

8.如權利要求1所述的煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，其特征在于：所述可開閉式鉆頭包括鉆頭體、一字鉸接切削部分和非金屬單向閥，所述鉆頭體內設有所述非金屬單向閥，前部通過一字鉸接切削部分進行開閉，其前端設有多個切削齒。

9.如權利要求8所述的煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進系統，其特征在于：所述非金屬單向閥包括彈簧、閥體、堵頭和球，所述閥體的后端通過鉆頭體內的臺階進行限位，前端抵靠于堵頭，所述閥體內設有供球限位的弧形部和供彈簧容置的直筒部，所述球容置于弧形部且前端通過彈簧抵靠于堵頭。

10.一種煤礦井下碎軟煤層撓性內控旋轉定向鉆進方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一、鉆孔設計；

步驟二、施工先導孔；施工孔深大于10m的先導孔，為如權利要求4所述的鉆進系統鉆入提供空間；

步驟三、安裝鉆進系統的撓性內控旋轉定向鉆具以及定向系統，并連接至大動力頭和小動力頭；

步驟四、鉆進，通過小動力頭制動通纜內管，通過大動力頭進行旋轉鉆進，鉆進時小動力頭回轉功能制動并且與大動力頭同步前進；

步驟五、當實鉆鉆孔軌跡與設計鉆孔軌跡偏差較大時調整工具面；通過大動力頭制動鉆桿，旋轉小動力頭帶動通纜內管旋轉且同時測量工具面值，達到要求后停止旋轉小動力頭，然后繼續鉆進，實現實鉆鉆孔軌跡與設計鉆孔軌跡的實時修正；

步驟六、達到設計孔深后，通過大動力頭固定鉆桿，起拔小動力頭，剪斷銷釘，提出通纜內管；

步驟七、下入懸掛系統和護孔篩管，推開可開閉式鉆頭的開閉部分，將護孔篩管依靠懸掛系統固定在孔內；

步驟八、提出鉆桿和可開閉式鉆頭，封孔。