[發明專利]煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統及方法

有效

• 申請號: 201810728314.1
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108868605B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 徐保龍;姚寧平;王力;金新;豆旭謙;曹靜;黃寒靜
• 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;E21B19/086
• 代理公司: 11340 北京天奇智新知識產權代理有限公司
• 代理人: 李振文

1.一種煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統，至少包括依次設置的鉆頭、水力輔助加壓器、螺桿馬達和定向鉆具組合、第一鉆柱組、第一推進器、巖屑床清洗器、第二推進器、第二鉆柱組和水便，其特征在于：

所述水力輔助加壓器包括殼體、第一活塞、花鍵傳動軸、端蓋和第一下接頭，所述殼體的后側設有連接至螺桿馬達的連接部，前側內腔供第一活塞滑動設置，且所述第一活塞的中心設有貫通的節流孔，以產生壓差進而使所述第一活塞產生軸向推力，所述殼體的前側內腔以及第一活塞的前側設有花鍵傳動軸，所述花鍵傳動軸設有外漸開線花鍵，所述殼體設有與外漸開線花鍵配合的內漸開線花鍵，且所述殼體的前側設有端蓋以將花鍵傳動軸固定于殼體內，所述花鍵傳動軸的前側與第一下接頭通過絲扣連接，所述第一下接頭連接至鉆頭。

2.如權利要求1所述的煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統，其特征在于：所述第一推進器和第二推進器結構相同，均包括上殼體、第二活塞、防掉螺母、下殼體和第二下接頭，所述上殼體和下殼體相互連接以形成貫通的內通道，所述第二活塞滑動設置于上殼體內，其中心同樣設有節流孔以產生壓差進而使所述第二活塞產生軸向推力，所述下殼體的前側設有四方孔，所述第二下接頭設有貫通四方孔的四方桿，所述下殼體的中部設有內臺階，所述防掉螺母通過絲扣連接在所述第二下接頭位于內臺階后側的位置。

3.如權利要求2所述的煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統，其特征在于：所述內臺階設有供密封圈容置的凹槽，以起到防止鉆渣進入內部的作用。

4.如權利要求1所述的煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統，其特征在于：所述巖屑床清洗器包括上接頭、螺桿軸、旋轉外套、橡膠轉子和第三下接頭，所述旋轉外套設置于螺桿軸的外緣，所述螺桿軸的前端連接至第三下接頭，且所述螺桿軸的外緣設有一定導程的多頭螺旋凸起，所述旋轉外套內壁有橡膠轉子，所述螺桿軸與橡膠轉子組成螺桿傳動副，以將來自后部鉆具的流體一部分壓力能轉化為所述橡膠轉子與所述旋轉外套的旋轉動能。

5.如權利要求4所述的煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統，其特征在于：所述旋轉外套的外表面加工螺旋槽，所述螺旋槽在旋轉時能夠攪動孔內鉆渣促進其排出孔外以清除巖屑床。

6.如權利要求4所述的煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統，其特征在于：所述旋轉外套的兩端內緣與螺桿軸之間設有第一密封膠囊和第二密封膠囊。

7.如權利要求4所述的煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統，其特征在于：所述旋轉外套的直徑比所述上接頭和第三下接頭的外徑大2～4mm。

8.如權利要求6所述的煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統，其特征在于：所述旋轉外套對應第一密封膠囊和第二密封膠囊的位置還設有單向油堵。

9.一種煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進方法，通過如權利要求1-8中任一所述的煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統實現，該方法包括如下步驟：

步驟一、鉆孔采用通用定向鉆進技術施工至深孔段時孔口給進力不能有效傳遞至鉆頭為止，起鉆；

步驟二、根據所鉆的地層巖性確定鉆壓大小，進而選擇適合的水力輔助加壓器；

步驟三、根據鉆柱與地層摩擦系數以及第一推進器和第二推進器的推進力大小確定第一鉆柱組和第二鉆柱組的長度；

步驟四、安裝煤礦井下近水平超深孔定向鉆進鉆柱動力推進系統下鉆；

步驟五、緩慢開泥漿泵，小排量等待孔口返水，返水后根據所需鉆壓的參數調到泥漿泵的最佳排量，通過鉆機緩慢加壓推進后部鉆柱向孔內運動，時刻關注泥漿泵壓力，若在一定范圍內明顯降低說明某一組鉆柱沒有跟上前部鉆柱位移，繼續增加孔口給進速度以達到最優鉆速；

步驟六、加鉆桿重復步驟五，當后部鉆桿總長度達到單組鉆柱長度時安裝一個推進器繼續鉆進；

步驟七、達到設計孔深后，提鉆。