煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，该装置包括：套管、扶正器、螺杆钻具、扩眼器、领眼钻头，所述套管端部设置有钻具锁，所述螺杆钻具的第一部分设置在套管内，并且端部与所述套管内一侧设置的扶正器连接，所述螺杆钻具的第二部分设置在套管外，并且通过扩眼器与领眼钻头连接，所述螺杆钻具通过钻具锁与套管连接；本发明还公开了一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法，通过本发明降低事故发生可能性和施工风险，防止煤层坍塌阻塞瓦斯抽采通道，确保松软煤层瓦斯抽采钻孔轨迹的精确性，减少瓦斯抽采盲区，有效延长瓦斯抽采时间，提高抽采效率。
【专利说明】煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿井下松软煤层定向钻孔施工的成孔【技术领域】，具体涉及一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置及其方法。
【背景技术】
[0002]在松软突出煤层钻进时，由于煤层稳定性差、瓦斯含量高而压力大，钻孔施工中容易出现喷孔、塌孔和卡钻等异常现象，导致钻孔成孔深度浅(一般不超过150m)、成孔率低、钻孔事故频发；无法精确控制钻孔轨迹，在地层造斜力的作用下产生轨迹偏斜，瓦斯抽采孔无法全面均匀覆盖抽采区域，产生抽采盲区；成孔后没有完孔措施，裸孔易坍塌，堵塞瓦斯抽采通道，抽采量衰减快，抽采效率低。针对这类问题，目前一般采用干式螺旋钻进、常风压空气钻进、中风压空气钻进等钻进方法进行施工，相比于普通清水钻进，这些方法在一定程度上提高了钻孔深度和成孔率，降低了发生事故的风险，但是由于施工过程中整个孔段始终处于裸露状态，当局部孔段出现塌孔便无法继续钻进，存在很大的施工风险。回转钻进时，在地层造斜力作用下钻孔轨迹偏斜严重，无法保证钻孔均匀覆盖抽采区域，易形成抽采盲区。在松软煤层中钻孔没有采取有效完孔措施，钻孔的坍塌会堵塞瓦斯抽采通道，降低瓦斯抽采效率。
【发明内容】
[0003]为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置及其方法。
[0004]为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的:
本发明实施例提供一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，该装置包括:套管、扶正器、螺杆钻具、扩眼器、领眼钻头，所述套管端部设置有钻具锁，所述螺杆钻具的第一部分设置在套管内，并且端部与所述套管内一侧设置的扶正器连接，所述螺杆钻具的第二部分设置在套管外，并且通过扩眼器与领眼钻头连接，所述螺杆钻具通过钻具锁与套管连接。
[0005]上述方案中，所述钻具锁包括设置在一个环形上的凸起和设置在另一个环形上的凹槽，所述螺杆钻具的两部分交接处设置有凸起，所述凸起与设置在套管端部内壁的凹槽配合连接。
[0006]上述方案中，所述凸起设置有三个，并且均匀设置在螺杆钻具的圆周上。
[0007]上述方案中，所述螺杆钻具的两部分交接处通过钻具锁与套管连接。
[0008]上述方案中，所述螺杆钻具第一部分中远离两部分交接处的一端通过钻具锁与套管连接。
[0009]本发明实施例还提供一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法，该方法包括以下步骤:
步骤1，随钻套管定向钻进:通过钻具锁将螺杆钻具与套管锁定，将螺杆钻具进行定向钻进的同时随钻跟入套管； 步骤2，提出螺杆钻具:钻进至设计孔深后，通过解锁将螺杆钻具与套管分离，提出定向钻具，将套管留在孔内。
[0010]上述方案中，所述步骤I具体为:将所述套管连接钻具锁，从套管内下入螺杆钻具，顺时针旋转螺杆钻具，钻具锁锁死，在螺杆钻具前端连接扩眼器和领眼钻头，在钻机给进力作用下螺杆钻具带动套管滑动定向钻进，冲洗介质携带钻屑从环空间隙返出孔外，实现随钻套管定向钻进。
[0011 ] 上述方案中，所述步骤2具体为:随钻套管定向钻进至设计孔深后，逆时针旋转钻具，钻具锁打开，所述螺杆钻具与套管分离，上提钻具，所述扩眼器的翼片上提力作用下收缩至套管内，从而使扩眼器、领眼钻头与螺杆钻具一起提出孔外，所述套管留在孔内。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果:
本发明在随钻套管定向钻进时，扩眼器扩孔，螺杆钻具带动套管滑动钻进，实现随钻套管定向钻进；该方法可以降低事故发生可能性和施工风险，防止煤层坍塌阻塞瓦斯抽采通道，确保松软煤层瓦斯抽采钻孔轨迹的精确性，减少瓦斯抽采盲区，有效延长瓦斯抽采时间，提高抽采效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例1提供的一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置的结构示意图；
图2为图1中D-D向剖视图；
图3为本发明实施例2提供的一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置的结构示意图；
图4为本发明实施例3提供的一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法的随钻套管定向钻进钻具组合钻进示意图；
图5为本发明实施例3提供的一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法的提钻示意图；
图6为本发明实施例4提供的一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法的随钻套管定向钻进钻具组合钻进示意图；
图7为本发明实施例4提供的一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法的提钻示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0015]实施例1:
本发明实施例提供一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，如图1、2所示，该装置包括:套管1、扶正器3、螺杆钻具4、扩眼器5、领眼钻头6，所述套管I端部设置有钻具锁2，所述螺杆钻具4的第一部分设置在套管I内，并且端部与所述套管I内一侧设置的扶正器3连接，所述螺杆钻具4的第二部分设置在套管I外，并且通过扩眼器5与领眼钻头6连接，所述螺杆钻具4的两部分交接处通过钻具锁2与套管I连接。
[0016]所述钻具锁2包括设置在一个环形上的凸起和设置在另一个环形上的凹槽，所述螺杆钻具4的两部分交接处设置有凸起，所述凸起与设置在套管I端部内壁的凹槽配合连接。
[0017]所述凸起设置有三个，并且均匀设置在螺杆钻具4的圆周上，同样，所述套管I内壁设置的凹槽也设置有三个与凸起配合。
[0018]所述螺杆钻具4两部分连接，并且两部分之间呈角度连接。
[0019]实施例2:
本发明实施例提供一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，如图3所示，该装置包括:套管1、扶正器3、螺杆钻具4、扩眼器5、领眼钻头6，所述套管I端部设置有钻具锁2，所述螺杆钻具4的第一部分设置在套管I内，并且端部与所述套管I内一侧设置的扶正器3连接，所述螺杆钻具4的第二部分设置在套管I外，并且通过扩眼器5与领眼钻头6连接，所述螺杆钻具4第一部分中远离两部分交接处的一端通过钻具锁2与套管I连接。
[0020]所述钻具锁2包括设置在一个环形上的凸起和设置在另一个环形上的凹槽，所述螺杆钻具4的两部分交接处设置有凸起，所述凸起与设置在套管I端部内壁的凹槽配合连接。
[0021]所述凸起设置有三个，并且均匀设置在螺杆钻具4的圆周上，同样，所述套管I内壁设置的凹槽也设置有三个与凸起配合。
[0022]所述螺杆钻具4两部分连接，并且两部分之间呈角度连接。
[0023]采用实施例1或实施例2时，从所述套管I内下入螺杆钻具4、扩眼器5和领眼钻头6，所述螺杆钻具4的凸起运动到钻具锁2时，顺时针旋转螺杆钻具4，所述凸起进入凹槽，所述套管I与螺杆钻具4通过钻具锁2锁死，实现同时给进、起拔和旋转。所述扩眼器5的翼片在套管I内处于收缩状态，滑出钻具锁2后在给进压力作用下扩眼器5的翼片张开(并用限位槽控制翼片张开角度)，钻孔直径扩大，启动空气压缩机后，所述螺杆钻具4传动轴带动扩眼器开始旋转碎岩，实现随钻套管定向钻进，钻进过程中套管I与钻具均不回转。
[0024]当随钻套管定向钻进到预定孔深后，继续来回活动套管1，排净孔内钻渣，再将钻头提离孔底f 2m，此时螺杆钻具4的凸起处于钻具锁2上端，逆时针旋转钻具，所述钻具锁2解锁，上提钻具，使扩眼器5的翼片在钻具锁2内上提力作用下收缩至套管I内，从而使扩眼器5和领眼钻头6随钻具一起退出孔外，所述套管11在孔内。
[0025]实施例3:
本发明实施例还提供一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法，采用如实施例1所述的煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，如图4、5所示，该方法包括以下步骤:步骤I，随钻套管定向钻进:通过钻具锁2将螺杆钻具4与套管I锁定，将螺杆钻具4进行定向钻进的同时随钻跟入套管I ;
具体的，将所述套管I连接钻具锁，从套管I内下入螺杆钻具4，顺时针旋转螺杆钻具，钻具锁2锁死，在螺杆钻具4前端连接扩眼器5和领眼钻头6，在钻机给进力作用下螺杆钻具带动套管滑动定向钻进，冲洗介质携带钻屑从环空间隙返出孔外，实现随钻套管定向钻进。
[0026]步骤2，提出螺杆钻具:钻进至设计孔深后，通过解锁将螺杆钻具4与套管I分离，提出定向钻具，将套管I留在孔内。
[0027]具体的，随钻套管定向钻进至设计孔深后，逆时针旋转钻具，钻具锁2打开，所述螺杆钻具4与套管I分离，上提钻具，所述扩眼器5的翼片上提力作用下收缩至套管内，从而使扩眼器5、领眼钻头6与螺杆钻具4 一起提出孔外，所述套管I留在孔内。
[0028]实施例4:
本发明实施例还提供一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法，采用如实施例2所述的煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，如图6、7所示，该方法包括以下步骤:步骤I，随钻套管定向钻进:通过钻具锁2将螺杆钻具4与套管I锁定，将螺杆钻具4进行定向钻进的同时随钻跟入套管I ;
具体的，将所述套管I连接钻具锁，从套管I内下入螺杆钻具4，顺时针旋转螺杆钻具，钻具锁2锁死，在螺杆钻具4前端连接扩眼器5和领眼钻头6，在钻机给进力作用下螺杆钻具带动套管滑动定向钻进，冲洗介质携带钻屑从环空间隙返出孔外，实现随钻套管定向钻进。
[0029]步骤2，提出螺杆钻具:钻进至设计孔深后，通过解锁将螺杆钻具4与套管I分离，提出定向钻具，将套管I留在孔内。
[0030]具体的，随钻套管定向钻进至设计孔深后，逆时针旋转钻具，钻具锁2打开，所述螺杆钻具4与套管I分离，上提钻具，所述扩眼器5的翼片上提力作用下收缩至套管内，从而使扩眼器5、领眼钻头6与螺杆钻具4 一起提出孔外，所述套管I留在孔内。
【权利要求】
1.一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，其特征在于，该装置包括:套管(1)、扶正器(3)、螺杆钻具(4)、扩眼器(5)、领眼钻头(6)，所述套管(I)端部设置有钻具锁(2)，所述螺杆钻具(4)的第一部分设置在套管(I)内，并且端部与所述套管(I)内一侧设置的扶正器(3)连接，所述螺杆钻具(4)的第二部分设置在套管(I)外，并且通过扩眼器(5)与领眼钻头(6)连接，所述螺杆钻具(4)通过钻具锁(2)与套管(I)连接。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，其特征在于:所述钻具锁(2)包括设置在一个环形上的凸起和设置在另一个环形上的凹槽，所述螺杆钻具(4)的两部分交接处设置有凸起，所述凸起与设置在套管(I)端部内壁的凹槽配合连接。
3.根据权利要求2所述的煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，其特征在于:所述凸起设置有三个，并且均匀设置在螺杆钻具(4)的圆周上。
4.根据权利要求3所述的煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，其特征在于:所述螺杆钻具(4)的两部分交接处通过钻具锁(2)与套管(I)连接。
5.根据权利要求3所述的煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进装置，其特征在于:所述螺杆钻具(4)第一部分中远离两部分交接处的一端通过钻具锁(2)与套管(I)连接。
6.一种煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤1，随钻套管定向钻进:通过钻具锁(2)将螺杆钻具(4)与套管(I)锁定，将螺杆钻具(4)进行定向钻进的同时随钻跟入套管(I)； 步骤2，提出螺杆钻具:钻进至设计孔深后，通过解锁将螺杆钻具(4)与套管(I)分离，提出定向钻具，将套管(I)留在孔内。
7.根据权利要求6所述的煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法，其特征在于:所述步骤I具体为:将所述套管(I)连接钻具锁，从套管(I)内下入螺杆钻具(4)，顺时针旋转螺杆钻具，钻具锁(2)锁死，在螺杆钻具(4)前端连接扩眼器(5)和领眼钻头(6)，在钻机给进力作用下螺杆钻具带动套管滑动定向钻进，冲洗介质携带钻屑从环空间隙返出孔外，实现随钻套管定向钻进。
8.根据权利要求6或7所述的煤矿井下松软煤层随钻套管定向钻进方法，其特征在于:所述步骤2具体为:随钻套管定向钻进至设计孔深后，逆时针旋转钻具，钻具锁(2)打开，所述螺杆钻具(4)与套管(I)分离，上提钻具，所述扩眼器(5)的翼片上提力作用下收缩至套管内，从而使扩眼器(5)、领眼钻头(6)与螺杆钻具(4) 一起提出孔外，所述套管(I)留在孔内。
【文档编号】E21B7/04GK104453712SQ201410721151
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】姚宁平, 王力, 姚亚峰, 张 杰, 贾明群, 孙新胜, 黄寒静 申请人:中煤科工集团西安研究院有限公司