[發(fā)明專利]煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810061857.2
• 申請(qǐng)日: 2018-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN108343380B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜磊;李泉新;許超;趙建國(guó);楊冬冬;劉飛;王鮮
• 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;E21B17/10;E21B47/022
• 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

1.一種煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具，由彎外殼、傳動(dòng)軸、萬(wàn)向軸、旋轉(zhuǎn)芯軸、支撐固定系統(tǒng)和隨鉆測(cè)量系統(tǒng)組成，其特征在于：

所述旋轉(zhuǎn)芯軸、萬(wàn)向軸和傳動(dòng)軸順序連接于彎外殼內(nèi)，所述隨鉆測(cè)量系統(tǒng)包含無(wú)磁鉆桿和設(shè)置在無(wú)磁鉆桿內(nèi)部的測(cè)量探管；

所述支撐固定系統(tǒng)包含多個(gè)可伸縮翼肋、異形活塞和彈簧，所述彎外殼位于所述旋轉(zhuǎn)芯軸的外緣至少設(shè)有第一凸臺(tái)，所述第一凸臺(tái)的前方與旋轉(zhuǎn)芯軸之間形成一第一活動(dòng)空間，所述第一凸臺(tái)與旋轉(zhuǎn)芯軸之間形成第二活動(dòng)空間，所述多個(gè)可伸縮翼肋等距間隔的旋轉(zhuǎn)貫穿設(shè)置于彎外殼在第二活動(dòng)空間的周緣上，所述異形活塞包含中間臺(tái)階、上臺(tái)階和下臺(tái)階，所述中間臺(tái)階可滑動(dòng)的設(shè)置于第二活動(dòng)空間內(nèi)，所述上臺(tái)階位于中間臺(tái)階的前端并可滑動(dòng)的設(shè)置于第一活動(dòng)空間內(nèi)，所述彈簧位于所述第一活動(dòng)空間內(nèi)且頂推于上臺(tái)階的后端，所述下臺(tái)階位于中間臺(tái)階的后端，所述旋轉(zhuǎn)芯軸位于第一活動(dòng)空間的位置設(shè)有過(guò)水孔；所述旋轉(zhuǎn)芯軸位于第一活動(dòng)空間的位置設(shè)有一第一花鍵，所述上臺(tái)階的內(nèi)側(cè)設(shè)有第一鍵槽以對(duì)應(yīng)容納所述第一花鍵，所述下臺(tái)階上設(shè)置有在滑動(dòng)中能頂推可伸縮翼肋進(jìn)行伸縮的凸輪。

2.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具，其特征在于：所述中間臺(tái)階的外壁上設(shè)置有周向均勻分布的多個(gè)第二花鍵，所述彎外殼的第二活動(dòng)空間的內(nèi)壁設(shè)有對(duì)應(yīng)的多個(gè)第二鍵槽，第二花鍵與第二鍵槽的配合使異形活塞與彎外殼之間只能相對(duì)滑動(dòng)而不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具，其特征在于：所述可伸縮翼肋上正向旋轉(zhuǎn)的一側(cè)安裝有硬質(zhì)合金齒，外表面上鑲嵌有硬質(zhì)合金耐磨顆粒。

4.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具，其特征在于：所述可伸縮翼肋為一組或多組可伸縮翼肋，其三個(gè)為一組且周向120°均勻分布。

5.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具，其特征在于：所述傳動(dòng)軸的下部通過(guò)下推力軸承支撐固定于彎外殼內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)芯軸的上部通過(guò)上推力軸承支撐固定于彎外殼內(nèi)，所述傳動(dòng)軸的下端設(shè)置有連接鉆頭的轉(zhuǎn)接頭。

6.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具，其特征在于：測(cè)量探管為有線隨鉆測(cè)量探管。

7.一種煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)方法，利用權(quán)利要求1-6中任一所述的煤礦井下近水平鉆進(jìn)用指向式旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具，該方法包含如下步驟：該方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：孔口調(diào)試

當(dāng)定向鉆進(jìn)工具在孔口時(shí)，定向鉆進(jìn)工具的下端接定向鉆頭，上端接鉆桿，固定鉆桿后手動(dòng)旋轉(zhuǎn)定向鉆進(jìn)工具的彎外殼，當(dāng)彎外殼無(wú)法旋轉(zhuǎn)時(shí)表明異形活塞的第一鍵槽與旋轉(zhuǎn)芯軸的第一花鍵形成配合；

步驟二：修正工具面

轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具使工具的彎外殼隨鉆桿一起旋轉(zhuǎn)至彎頭朝向正上方，此時(shí)修正工具面為0°，因?yàn)楫愋位钊逆I槽和旋轉(zhuǎn)芯軸上的花鍵均唯一，因此以后每次異形活塞的鍵槽與旋轉(zhuǎn)芯軸的花鍵形成配合而使工具的彎外殼隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，工具的工具面向角均為0°；

步驟三：調(diào)整工具面

把定向鉆進(jìn)工具下放到孔內(nèi)指定位置后，按鉆孔軌跡需要轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，根據(jù)需要在開泵之前調(diào)整定向鉆進(jìn)工具的工具面向角調(diào)整工具面；

步驟四：定向鉆進(jìn)

開泵，當(dāng)沖洗液壓力達(dá)到一定值后，異形活塞在沖洗液壓力和彈簧彈力的共同作用下上行，使可伸縮翼肋伸出支撐于孔壁，使工具的彎外殼相對(duì)于孔壁固定，從而固定工具的工具面，可伸縮翼肋能在鉆具壓力的作用下滑動(dòng)前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)；

步驟五：調(diào)整工具面

單次定向鉆進(jìn)完成后，關(guān)泵，加單根，然后轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，工具的彎外殼會(huì)在孔壁摩擦力的作用下相對(duì)于內(nèi)部旋轉(zhuǎn)芯軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)異形活塞的鍵槽與旋轉(zhuǎn)芯軸的花鍵形成配合以后，可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆柱調(diào)整工具面，重復(fù)步驟四繼續(xù)定向鉆進(jìn)。