[發(fā)明專利]煤礦井下碎軟煤層撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)系統(tǒng)及鉆進(jìn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711077770.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN107605402B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐保龍;王力;王毅;黃寒靜;侯紅;姚亞峰;賈明群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司
• 主分類號(hào): E21B7/04
• 分類號(hào): E21B7/04;E21F7/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

一種煤礦井下碎軟煤層撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)系統(tǒng)及鉆進(jìn)方法，鉆進(jìn)系統(tǒng)包括撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆具、定向系統(tǒng)、螺旋鉆桿、可開閉式鉆頭和雙動(dòng)力頭鉆機(jī)，所述撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆具位于螺旋鉆桿和可開閉鉆頭之間以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)，所述定向系統(tǒng)貫穿于螺旋鉆桿以對(duì)鉆進(jìn)軌跡進(jìn)行測(cè)量，所述雙動(dòng)力頭鉆機(jī)包含大動(dòng)力頭和小動(dòng)力頭以提供鉆進(jìn)動(dòng)力，所述撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆具包含撓性外管、彎芯軸、軸承組和套筒，所述定向系統(tǒng)包括上無(wú)磁鉆桿、下無(wú)磁鉆桿、探管外管、測(cè)量探管、通纜內(nèi)管和防爆計(jì)算機(jī)；由此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了煤礦井下碎軟煤層本煤層鉆孔旋轉(zhuǎn)方式下的定向鉆進(jìn)和篩管完孔護(hù)孔，提高鉆進(jìn)安全性和鉆進(jìn)效率，進(jìn)而提高煤層鉆遇率和瓦斯抽采效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦井下鉆探的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦井下碎軟煤層撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)系統(tǒng)及鉆進(jìn)方法。

背景技術(shù)

目前煤礦井下碎軟煤層本煤層鉆孔主要采用螺旋、三棱等異性結(jié)構(gòu)鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工，排粉介質(zhì)采用礦井壓風(fēng)，采用水作為沖洗介質(zhì)對(duì)碎軟煤層孔壁沖刷作用大，易造成鉆孔塌孔。由于目前旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝無(wú)法控制鉆孔軌跡，導(dǎo)致碎軟煤層本煤層鉆存在著煤層鉆遇率低，同時(shí)容易造成采煤工作面抽采盲區(qū)的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響碎軟煤層安全高效開采。

井下定向鉆進(jìn)常規(guī)采用水力驅(qū)動(dòng)的螺桿鉆具，不適用于碎軟煤層。相關(guān)人員嘗試采用壓風(fēng)驅(qū)動(dòng)的孔底動(dòng)力機(jī)具在碎軟煤層中進(jìn)行滑動(dòng)定向鉆進(jìn)，碎軟煤層鉆孔產(chǎn)粉量大，需要靠異型鉆桿旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)起來(lái)后被壓風(fēng)攜帶至孔外，滑動(dòng)定向鉆進(jìn)時(shí)由于鉆桿不旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致煤粉堆積，引起造斜困難、容易誘發(fā)孔內(nèi)事故。

綜上：采用水作為排粉介質(zhì)不適用碎軟煤層鉆進(jìn)，采用壓風(fēng)作為排粉介質(zhì)的滑動(dòng)定向鉆進(jìn)方法存在排粉困難、造斜效果差的問題。因此，采用旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔軌跡的人工控制而且鉆頭切削下來(lái)的煤粉在鉆桿旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)下能夠順利被壓風(fēng)等介質(zhì)攜帶至孔外。

為此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設(shè)計(jì)，綜合長(zhǎng)期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種煤礦井下碎軟煤層撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)系統(tǒng)及鉆進(jìn)方法，以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下碎軟煤層撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)系統(tǒng)及鉆進(jìn)方法，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了煤礦井下碎軟煤層本煤層鉆孔旋轉(zhuǎn)方式下的定向鉆進(jìn)和篩管完孔護(hù)孔，提高鉆進(jìn)安全性和鉆進(jìn)效率，進(jìn)而提高煤層鉆遇率和瓦斯抽采效果。

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種煤礦井下碎軟煤層撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)系統(tǒng)，包括撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆具、定向系統(tǒng)、螺旋鉆桿、可開閉式鉆頭和雙動(dòng)力頭鉆機(jī)，其特征在于：

所述撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆具位于螺旋鉆桿和可開閉鉆頭之間以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)，所述定向系統(tǒng)貫穿于螺旋鉆桿以對(duì)鉆進(jìn)軌跡進(jìn)行測(cè)量和控制，所述雙動(dòng)力頭鉆機(jī)包含大動(dòng)力頭和小動(dòng)力頭以提供鉆進(jìn)動(dòng)力

所述撓性內(nèi)控旋轉(zhuǎn)定向鉆具包含撓性外管、彎芯軸、軸承組和套筒，所述撓性外管的前端連接所述可開閉式鉆頭，后端聯(lián)動(dòng)于螺旋鉆桿，所述彎芯軸穿置于撓性外管內(nèi)，所述撓性外管的管體中部設(shè)有蘑菇瓣?duì)顡闲越宇^進(jìn)行連接，所述管體的外緣設(shè)有螺旋葉片，從而撓性外管的前后管體能夠相對(duì)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(tǒng)包括上無(wú)磁鉆桿、下無(wú)磁鉆桿、探管外管、測(cè)量探管和通纜內(nèi)管，所述上無(wú)磁鉆的后端連接至螺旋鉆桿的前端，所述下無(wú)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(wú)磁鉆桿和下無(wú)磁鉆桿，所述測(cè)量探管的前后端與所述彎芯軸以及通纜內(nèi)管相連接。

其中：所述夾角的角度為1～1.5°，撓性外管的前后管體最大彎曲角度不低于4°，蘑菇瓣?duì)顡闲越宇^的抗扭強(qiáng)度不低于4000N.m。

其中：所述彎芯軸前后側(cè)分別通過前軸承組和后軸承組支撐于撓性外管內(nèi)，所述彎芯軸的前端伸出前軸承組且縱向貫穿有銷釘。