[發(fā)明專利]一種破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合及定向鉆進方法

有效

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• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113047774B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張杰;黃寒靜;姚寧平;王建強;田宏亮;王常委;管強盛;王力
• 申請（專利權(quán)）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;E21B7/00;E21B17/22;E21B10/43
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 趙中霞

本發(fā)明公開一種破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合及定向鉆進方法，包括依次連接的定向鉆頭、外螺旋液動螺桿鉆具、泥漿脈沖隨鉆測量裝置以及依次重復(fù)交替連接的偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具和整體螺旋鉆桿。偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具往復(fù)回轉(zhuǎn)時正反向翼片能充分排渣并對鉆孔修復(fù)；在破碎地層段可先定向后回轉(zhuǎn)掃孔，對破碎帶孔壁磨削修復(fù)，并將破碎煤巖塊體和顆粒攪拌、碾壓和磨碎；復(fù)合定向鉆進時，改變轉(zhuǎn)速、泵壓、鉆速實現(xiàn)軌跡控制；鉆遇塌孔憋壓段逐級退鉆掃孔，多根偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具逐級接替作用，無須整個鉆孔提鉆掃孔即可保證整個鉆孔通暢。本發(fā)明能有效解決破碎地層排渣問題，提高鉆孔成孔率和成孔深度，實現(xiàn)鉆孔軌跡定向控制，滿足定向鉆孔施工要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦井下鉆探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合及定向鉆進方法。

背景技術(shù)

煤礦井下定向鉆進技術(shù)由于鉆孔軌跡可控、在目標(biāo)地層有效延伸實現(xiàn)長鉆孔施工而廣泛應(yīng)用。在破碎煤層或巖層定向鉆進時，由于地層破碎塌孔往往無法鉆進成孔，還可能出現(xiàn)卡鉆或埋鉆事故。針對這一問題，目前常采用寬翼片螺旋鉆桿或三棱(螺旋)鉆桿復(fù)合定向鉆進方式施工、提鉆回轉(zhuǎn)擴孔擴大鉆孔直徑或注水泥漿加固等技術(shù)方案處理。其中，通過寬翼片螺旋鉆桿或三棱(螺旋)鉆桿配套液動螺桿鉆具以及隨鉆測量裝置復(fù)合鉆進施工，是利用鉆桿的螺旋翼片或三棱結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)時增強排渣效果，從而提高成孔率；但是對于塌孔時產(chǎn)生的一些較大和較硬煤巖塊，由于受到寬翼片螺旋鉆桿或三棱(螺旋)鉆桿結(jié)構(gòu)限制，螺旋槽淺，一般僅有3-5mm，無法有效碾壓破碎，當(dāng)孔內(nèi)鉆渣堆積后，就會出現(xiàn)鉆進壓力和泥漿泵壓等參數(shù)急劇升高的異常情況，導(dǎo)致無法正常施工，需要反復(fù)活動鉆具并沖孔使鉆進參數(shù)正常后才能鉆進，而且效果往往并不理想；而采用提鉆擴孔方式工序復(fù)雜、工程量大，鉆遇多個破碎帶時需要反復(fù)處理，費時費力，另外孔徑增大也會造成鉆孔穩(wěn)定性變差；注水泥漿加固方式對于深孔注漿量大、注漿效果差。

為有效解決破碎地層定向成孔問題，研究采用偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具配套液動螺桿鉆具和隨鉆測量系統(tǒng)進行定向鉆進方法進行施工，能夠有效解決地層破碎帶排渣和孔壁修復(fù)問題，提高鉆孔成孔率和成孔深度；同時還滿足目前常用套銑鉆具打撈工藝要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合及定向鉆進方法，解決地層破碎帶有效排渣和孔壁修復(fù)問題，以提高鉆孔成孔率和成孔深度。

為達到上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

一種偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具，包括中空的鉆具本體、設(shè)在鉆具本體外壁的偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片以及分別位于鉆具本體兩端的公接頭和母接頭；

所述偏心正向螺旋翼片的螺旋方向為順時針方向，偏心反向螺旋翼片的螺旋方向為逆時針方向；偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片均為兩個，兩個偏心正向螺旋翼片之間的周向夾角為90°，兩個偏心反向螺旋翼片之間的周向夾角為90°；兩個偏心正向螺旋翼片分別與兩個偏心反向螺旋翼片軸向位置相對應(yīng)；偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片與鉆具本體中心軸線夾角均為15-30°；偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的翼片高度均大于20mm；

偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的一側(cè)邊緣均設(shè)置復(fù)合片切削齒，偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的另一側(cè)均設(shè)置保徑齒，偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的的保徑齒相鄰，偏心正向螺旋翼片和偏心反向螺旋翼片的的切削齒分別靠近鉆具本體的兩端。

本發(fā)明還包括如下技術(shù)特征：

具體的，所述鉆具本體的中空結(jié)構(gòu)；所述公接頭外壁和母接頭內(nèi)壁均設(shè)有螺紋。

一種破碎地層多級孔壁修復(fù)鉆具組合，包括依次連接的定向鉆頭、外螺旋液動螺桿鉆具、泥漿脈沖隨鉆測量裝置以及依次重復(fù)交替連接的所述的偏心螺旋孔眼修復(fù)鉆具和整體螺旋鉆桿；