[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

一種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，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；本發明實現了煤礦井下超深孔定向鉆進時鉆壓的高效施加以及鉆柱的安全、穩定、高效推進，解決鉆柱因在長距離近水平定向孔中的彎曲變形產生的接觸摩阻導致的孔口鉆機推進力不能有效傳遞至鉆頭的問題，解決近水平孔內滑動鉆進時因巖屑沉積導致的摩阻增大和施工風險增大的問題，對于提高定向鉆孔深度和深孔定向鉆進效率具有重大意義。

技術領域

本發明涉及煤礦井下鉆探技術領域，尤其涉及一種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。

背景技術

目前我國煤礦井下近水平鉆孔在采用螺桿馬達滑動定向鉆進過程中，采用孔口鉆機動力頭推進方式，由于鉆孔彎曲影響，孔內鉆柱受壓狀態下產生彎曲變形與孔壁產生非重力引起的接觸力，進而產生接觸摩阻。當孔深達到一定程度后，鉆柱彎曲引起的累積摩阻問題突出，使鉆壓不能有效傳遞，產生托壓效應，導致滑動定向鉆進效率嚴重降低。鉆遇地層越堅硬，鉆壓需要越大，孔口給進力就需相應增大，鉆柱受壓變形越劇烈，產生的摩阻越大，鉆壓傳遞效果越差。煤礦井下定向鉆進主要采用清水作為排渣介質，清水粘度低攜渣性能不強，滑動鉆進工藝下近水平孔內鉆渣容易沉積形成巖屑床，巖屑床不僅引起摩阻增大而且容易誘發孔內事故。

隨著近年來定向鉆進技術在探放水孔、底板加固孔、頂板高位孔中的應用越來越多，加之煤礦企業對于大深度、高效率鉆孔的要求越來越高，托壓效應已經成為制約定向鉆孔深度和鉆進效率的瓶頸問題。目前解決深孔定向鉆進托壓的主要技術手段是復合鉆進工藝，即螺桿馬達破巖鉆進的同時給鉆桿施加一定的轉動，將靜摩擦變為動摩擦，但是存在著無法連續高效造斜鉆進、影響鉆具壽命等一系列問題。目前采用復合鉆進在起伏不大的完整煤層中最大孔深達到了2311m，在完整的、起伏較小的中硬巖層中最大孔深達到了1056m，在地層復雜的巖層中最大孔深達到了1016m。制約復雜地層鉆孔深度的主要原因是因托壓效應導致無法連續滑動造斜定向鉆進，導致鉆孔軌跡進入不穩定層位而被迫終孔。

為此，本發明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，研究設計出一種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，以克服上述缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種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，實現了煤礦井下超深孔定向鉆進時鉆壓的高效施加以及鉆柱的安全、穩定、高效推進，解決鉆柱因在長距離近水平定向孔中的彎曲變形產生的接觸摩阻導致的孔口鉆機推進力不能有效傳遞至鉆頭的問題，解決近水平孔內滑動鉆進時因巖屑沉積導致的摩阻增大和施工風險增大的問題，對于提高定向鉆孔深度和深孔定向鉆進效率具有重大意義。

為解決上述問題，本發明公開了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，所述殼體的左側設有連接至螺桿馬達的連接部，右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，所述殼體的右側內腔以及第一活塞的右側設有花鍵傳動軸，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，且所述殼體的右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3的右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。