[發明專利]煤礦井下復雜地層鉆孔用彈性鋼箍護孔工藝及配套裝備

在審

• 申請號: 202310095690.2
• 申請日: 2023-02-08
• 公開（公告）號: CN116163668A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 潘小葉;李彥明;孫利海;徐樹斌;李克松;郭昆明;李稱心;杜坤
• 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: E21B23/01
• 分類號: E21B23/01
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊麗芹

本發明屬于煤礦領域，涉及煤礦井下復雜地層鉆孔用彈性鋼箍護孔工藝及配套裝備，鉆孔施工鉆遇復雜地層時，退鉆，連接護孔裝置等設備送入復雜地層孔段，釋放彈性開口鋼箍，鉆具旋轉運動擴展彈性鋼箍，直至可回拉擠壓鋼箍裝置，并通過水壓展開擠壓鋼箍裝置把彈性鋼箍壓入孔壁，實現密集彈性鋼箍嵌入孔壁層護孔，防止孔壁破碎煤巖塊或斷層錯位等阻孔，再退出卸掉護孔設備，再以常規的鉆具設備鉆進復雜地層，繼續向前鉆進，直至鉆遇下一段碎軟地層時，采用類似的作業方式完成復雜地層穿越，直至完孔；在使用過程中護孔效果好、穩定性強、安全性高、無污染、工藝簡單、成本低廉，能較好保證定點護孔效果。

技術領域

本發明屬于煤礦領域，涉及煤礦井下復雜地層鉆孔用彈性鋼箍護孔工藝及配套裝備。

背景技術

我國煤礦地質條件復雜，井下鉆孔施工過程中經常鉆遇復雜地層，在復雜地層中鉆進時容易出現塌孔、縮徑以及卡鉆等情況，導致成孔性差、成孔深度淺以及孔內事故頻發等問題。雖然近年來各科研院所經過技術攻關，形成了諸如開分支繞開破碎地層、大傾角穿越破碎地層、分段擴孔鉆進、復合定向鉆進、下套管護孔以及注水泥漿加固以及泥漿循環工藝等，但均未能有效解決復雜地層深孔定向鉆進遇到的難題，護孔效果差，施工作業強度大、效率低，特別是注漿加固以及泥漿循環護孔鉆進，污染大，導致井下作業環境差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供煤礦井下復雜地層鉆孔用彈性鋼箍護孔工藝及配套裝備，解決目前煤礦井下深淺孔施工穿越復雜地層出現護孔效果差、工藝復雜、污染大等問題。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種煤礦井下復雜地層鉆孔用彈性鋼箍護孔工藝，應用煤礦井下復雜地層鉆孔用彈性鋼箍護孔工藝的配套裝備，該煤礦井下復雜地層鉆孔用彈性鋼箍護孔工藝的配套裝備由鉆桿、護孔裝置、過渡接頭、擠壓鋼箍裝置與鉆頭依次連接組成；護孔裝置由母接頭、鋼箍座、彈性鋼箍組、鋼箍卡座、剪切卡銷、活塞缸、公接頭及密封圈組成；擠壓鋼箍裝置由中心管體、限位套、擠壓卡瓦、復位彈簧、推拉缸套、連接螺釘、彈簧座、塞環及密封圈組成；包括以下步驟：

S1，煤礦井下長鉆孔從穩定地層施工至復雜地層孔段狀態，當出現塌孔、卡鉆等現象時，洗孔退鉆；

S2，退完鉆后，在鉆頭和鉆桿之間連接護孔裝置、擠壓鋼箍裝置及過渡接頭，啟動鉆機鉆具組沿孔送入復雜地層孔段處，并繼續鉆進，直至穿越復雜地層孔段或卡阻壓力大無法繼續鉆進時，停止向前鉆進；

S3，調高鉆具內流道水壓，水壓升至某個值時，護孔裝置的內部機構通過鉆具內流道傳遞過來的水壓剪斷其剪切卡銷，推動鋼箍卡座移動到位后，即卡箍座端部接觸母接頭臺肩，彈性鋼箍組釋放，彈性鋼箍組中的每個彈性鋼箍在彈性力的作用下展開支撐孔壁，調低鉆具內流道水壓，旋轉鉆具攪動彈性鋼箍組進一步徑向擴展，直至彈性鋼箍內通道孔徑能回退擠壓卡瓦長度距離，并回拉鉆具，回拉距離為擠壓鋼箍裝置的卡瓦長度；

S4，逐漸調高水壓，擠壓鋼箍裝置的推拉缸套在水壓的作用下推動擠壓卡瓦沿燕尾槽導向實現徑向展開，并旋轉鉆具，彈性鋼箍組中的位于擠壓卡瓦徑向展開頂壓和旋轉沖擊作用下的彈性鋼箍被壓入孔壁，直至彈性鋼箍環腔直徑大于鉆頭直徑，調低水壓，擠壓卡瓦收縮復位，此時再次回拉擠壓卡瓦長度距離，再次逐漸調高水壓，并旋轉鉆具，把彈性鋼箍壓入孔壁，此時彈性鋼箍組為貼住孔壁組，彈性鋼箍組為壓入孔壁組，反復操作，直至鉆頭完全回退出鋼箍護孔段；

S5，退出后，再次送入常規鉆具，穿越護孔段，繼續向前施工，如再遇復雜地層，采用相同工藝穿越復雜地層，直至完孔。

可選的，根據復雜地層孔段預估長度和具體地質條件串聯多個護孔裝置或擠壓鋼箍裝置，可交錯串聯(或者一個護孔裝置、一個擠壓鋼箍裝置、又一個護孔裝置、又一個擠壓鋼箍裝置以此類推的形式串聯；又或者一串彈性鋼箍護孔裝置串聯后，在連上一個或一串擠壓鋼箍裝置)。

可選的，S4步驟中，需不斷旋轉鉆具，展開和旋轉綜合動作擠壓，使彈性鋼箍不斷地沖擊復雜地層孔壁，使彈性鋼箍順利地壓入孔壁。