[發明專利]碎軟煤層穿地質異常體套管護孔氣液定向成孔系統及方法

在審

• 申請號: 202111578912.3
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN114439369A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 孫永新;張杰;張宏杰;王常委;張亞洲;陳天柱;張偉;王建強
• 申請（專利權）人: 山西天地王坡煤業有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B21/00;E21B3/02;E21B47/13;E21B47/022;E21B17/22;E21B10/61;E21B33/13
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 王芳

本發明公開了一種碎軟煤層穿地質異常體氣液雙介質定向成孔系統，包括中心鉆具、動力源系統和護孔裝置，中心鉆具包括依次連接的定向鉆頭、氣液兩用螺桿馬達、下無磁鉆桿、上無磁鉆桿和螺旋鉆桿；下無磁鉆桿側壁內設置有無線電磁波隨鉆測量短節，螺旋鉆桿的后端連接氣液兩用器；動力源系統包括制氮機車、泥漿泵車、高壓管路與氣液轉換裝置，制氮機車、泥漿泵車均通過高壓管路連接至氣液兩用器；所述護孔裝置包括套銑沖擊密封鉆頭和護孔管。本發明利用兩種動力源驅動螺桿馬達進而驅動定向鉆頭高效破巖。鉆進至地質異常體時采用清水為動力源。實現碎軟煤層穿地質異常體定向長鉆孔施工，實現安全高效鉆進，減少鉆孔施工量，提高鉆孔瓦斯抽采效果。

技術領域

本發明涉及煤礦井下鉆探技術領域，用于煤礦井下碎軟煤層穿地質異常體定向鉆進施工，具體是涉及一種碎軟煤層穿地質異常體套管護孔氣液定向成孔方法。

背景技術

煤礦井下定向鉆進技術在煤礦安全領域得到了較大推廣與應用，已經廣泛地應用于巖層和較穩定、較硬煤層和精確地質構造的勘探，以及煤礦井下的水害防治與瓦斯災害防治。隨著開采深度與開采強度的不斷增強，煤層賦存條件日趨復雜，尤其是碎軟煤層穿地質異常體長距離定向鉆孔的成孔率已成為當前所面臨的難題之一。

目前，碎軟煤層鉆孔施工采用風力螺桿馬達，以壓縮氣體或者氣液兩相體作為排渣介質，其對孔壁的影響相對較小，有利于鉆孔保持穩定，但對于稍硬煤巖層，受到螺桿馬達性能制約，鉆進效率極低而且易造成鉆具損壞。遇到地質異常體時，采用水力螺桿馬達，水作為沖洗介質，在鉆進過程中，對孔壁產生沖刷、浸泡和滲透作用，容易造成地層結構破壞，從而導致塌孔、卡鉆和丟鉆等情況發生，造成定向鉆孔的深度淺、成孔率低與鉆進效率低。

為此，本發明通過控制氣液轉換裝置閥可以實現一根螺桿馬達在風動、液動、氣液兩相三種動力源中快速轉換功能：碎軟煤層中螺桿馬達使用氣體作為動力源；地質異常體中螺桿馬達使用液體作為動力源。施工中遇到地質異常體時，套銑沖擊密封鉆頭的膨脹封孔膠A、B混合，起到密封護孔管與孔壁間環空間隙，護孔管保護全煤層孔壁，減少清水對煤壁沖刷，提高孔壁穩定性，提高了長距離鉆孔的成孔率，有利于鉆孔瓦斯抽采。因此，提出一種碎軟煤層穿地質異常體套管護孔氣液雙介質定向成孔方法。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種煤礦井下碎軟煤層穿地質異常體套管護孔氣液雙介質定向成孔方法，該方法能夠實現碎軟煤層穿地質異常體安全、高效鉆進，氣液兩用螺桿馬達可在不同動力源快速切換，增加螺桿馬達適用性，護孔管保護碎軟煤層被清水沖刷，提高長距離鉆孔成孔率，提高鉆孔瓦斯抽采效果。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種碎軟煤層穿地質異常體氣液雙介質定向成孔系統，包括中心鉆具、動力源系統和護孔裝置，其中，所述中心鉆具包括由前至后依次連接的定向鉆頭、氣液兩用螺桿馬達、下無磁鉆桿、上無磁鉆桿和螺旋鉆桿，且它們的內部空腔相連通；所述下無磁鉆桿側壁內設置有無線電磁波隨鉆測量短節，螺旋鉆桿的后端連接氣液兩用器；所述動力源系統包括制氮機車、泥漿泵車、高壓管路與氣液轉換裝置，制氮機車、泥漿泵車均通過高壓管路連接至氣液兩用器；所述氣液轉換裝置設置在高壓管路上；所述護孔裝置包括前后相連接的套銑沖擊密封鉆頭和護孔管；所述套銑沖擊密封鉆頭和護孔管整體套裝在中心鉆具外部。

進一步的，所述氣液兩用螺桿馬達采用水力驅動或者風力驅動，或者采用氣液兩相體作為動力來源。

進一步的，所述氣液兩用器采用送水器。

進一步的，所述氣液轉換裝置采用氣動三通球閥。

進一步的，所述套銑沖擊密封鉆頭包括鉆頭，在所述鉆頭的上下部對稱設有兩個空腔，空腔的側壁上設置有滑軌，所述滑軌上安裝有能夠沿其移動的滑動片，位于滑軌前端的側壁上設有連通空腔的出口，所述滑動片覆蓋出口且采用銷釘固定，在兩個空腔內部分別封裝有膨脹封孔膠A膠和B膠。

進一步的，所述螺旋鉆桿采用大通孔螺旋鉆桿，其內徑大于40mm。