[發明專利]一種定向長鉆孔鉆、沖一體化裝置及其方法

在審

• 申請號: 202110251855.1
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112855022A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張俞;史春寶;趙志強;梅安平;王清峰;劉莉;舒將軍;孫利海;蔣開勇;孔偉
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 陰知見

本發明屬于煤礦井下定向鉆進工藝領域，涉及一種定向長鉆孔鉆、沖一體化裝置及其方法，包括高壓定向鉆具以及與該高壓定向鉆具內部相連通的壓力泵；高壓定向鉆具前端靠近鉆頭位置還設置有水力沖孔器，該水力沖孔器包括水力沖孔器殼體，設置在水力沖孔器殼體上的噴嘴，以及設置在水力沖孔器殼體內的水壓轉換活塞與彈簧。本發明定向鉆進時采用高壓定向鉆具組合，低泵壓小泵量實現定向鉆孔施工，鉆孔完成后不退鉆，通過調大泵壓泵量開啟沖孔裝置進行水力沖孔，通過一套專用高壓定向鉆具，融合定向鉆孔技術和水力沖孔技術，一次性完成定向鉆孔及沖孔施工，實現定點消突防突作業。

技術領域

本發明屬于煤礦井下定向鉆進工藝領域，涉及一種定向長鉆孔鉆、沖一體化裝置及其方法。

背景技術

水力沖孔是利用巖石巷道作為安全屏障，在完成煤礦瓦斯抽放鉆孔后，采用高壓水射流破碎煤體，沖出部分煤體和瓦斯氣體，引起鉆孔周邊煤巖體應力降低、卸壓增透，強化抽放效果，達到提高抽采量、消除掘進期間瓦斯突出危險性的目的，現在已成為突出礦井消除瓦斯突出的一種重要技術手段。目前比較成熟的兩種水力沖孔增透技術為常規回轉鉆進+水力沖孔、定向鉆孔+水力沖孔(軌跡可控，但需退鉆更換鉆具)。常規回轉鉆進+水力沖孔工藝施工時，到預定孔深后即可沖孔，但是無法控制鉆孔軌跡，超過50米后鉆孔軌跡偏差較大，特別是在起伏較大的煤層，鉆孔無法保證在煤層中延續，無法滿足中深順層鉆孔水力沖孔的施工要求。現有的定向鉆孔+水力沖孔的工藝技術需要兩套鉆具交替作業，定向鉆具退鉆后再下入水力沖孔鉆具，退鉆過程費時費力，同時無法保證水力沖孔鉆具沿著已有鉆孔軌跡下到預定深度，在煤層硬度低、易塌孔地層再次送入水力沖孔鉆具時容易造成抱鉆、竄孔等孔內事故，從而無法完成水力沖孔作業，進而產生瓦斯消突防突的盲區，造成安全隱患。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種定向長鉆孔鉆、沖一體化裝置及其方法，融合定向鉆孔技術和水力沖孔技術，一次性完成定向鉆孔及沖孔施工，實現定點消突防突作業。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種定向長鉆孔鉆、沖一體化裝置，包括高壓定向鉆具以及與該高壓定向鉆具內部相連通的壓力泵；

高壓定向鉆具前端靠近鉆頭位置還設置有水力沖孔器，該水力沖孔器包括水力沖孔器殼體，設置在水力沖孔器殼體上的噴嘴，以及設置在水力沖孔器殼體內的水壓轉換活塞與彈簧。

可選的，水力沖孔器在出口處還設置有前接頭殼體，噴嘴設置在水壓轉換活塞與水力沖孔器入口之間。

可選的，高壓定向鉆具為無線隨鉆鉆具或者有線隨鉆鉆具。

可選的，有線隨鉆鉆具包括依次連通的水辮、高壓螺旋通纜定向鉆桿、單向閥、螺旋上無磁、探管、螺旋下無磁、耐高壓螺桿鉆具、水力沖孔器以及鉆頭；

高壓螺旋通纜定向鉆桿連通有鉆機計算機。

可選的，無線隨鉆鉆具包括依次連通的水辮、高壓螺旋鉆桿、螺旋上無磁、泥漿脈沖探管、螺旋下無磁、耐高壓螺桿鉆具、水力沖孔器以及鉆頭；

泥漿脈沖探管連通有鉆機計算機。

可選的，高壓定向鉆具耐壓大于15MPa。

可選的，高壓定向鉆具的外表面均采用螺旋槽輔助排渣。

一種定向長鉆孔鉆、沖一體化方法，應用如上述的一種定向長鉆孔鉆、沖一體化裝置，還包括以下步驟：

S1，高壓定向鉆具在常規泵流量160～220L/min、泵壓＜15MPa下鉆進施工定向孔至目標煤層，保持整套鉆具在孔底；

S2，更換高壓泵，使限定壓力為15～20MPa，采用沖孔流量≥280L/min，此時水力沖孔器內水壓轉換活塞壓縮彈簧，堵塞與鉆頭之間的連接通道，高壓水回流并從噴嘴位置射出開始煤層沖孔增透。

本發明的有益效果在于：