矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置及方法

本发明涉及矿山安全开采，具体为矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置及方法。

背景技术：

1、煤矿井下长距离定向钻孔逐渐成为煤矿瓦斯治理的主要手段，对比传统的瓦斯抽采巷道，长距离定向钻孔具备成本低、施工周期短等优点，目前，煤矿井下长距离定向钻孔技术已经具备较为成熟的泥浆脉冲传输系统和钻孔测斜仪，能够实时监测钻孔轨迹，使钻孔工程师能够及时调整钻孔轨迹，在随钻测量地层参数方面，尽管已经开发出各类随钻探测仪，例如随钻伽马、随钻温度和压力、随钻电磁等探测仪，能够识别煤岩和含水层，并随钻监测煤层温度、压力等参数，但是现有随钻探测仪仍存在以下不足之处：

2、1、现有随钻仪器需配合泥浆脉冲传输系统或者电磁波传输系统，随钻仪器结构复杂、造价昂贵，造成仪器使用日费高，应用场景受限；

3、2、在定向钻孔过程中发生卡钻、塌孔等事故时，孔底随钻仪器打捞难度高，容易丢失随钻仪器，造成经济损失；

4、3、现有仪器仅能测量孔底煤层或岩层的温度、压力或其他物性资料，无法测量不同钻孔时刻下沿孔身的煤层温度和压力分布资料；

5、针对上述问题，发明人提出矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置及方法用于解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决上述的问题；本发明的目的在于提供矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置及方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置，包括钻孔工具组合、定向钻钻机、泥浆泵泵组及辅助系统和随钻探测装置控制系统，所述钻孔工具组合包括钻头、微芯片探测器随钻投放装置、泥浆脉冲信号传输短节、钻杆、扶正器，所述钻头、微芯片探测器随钻投放装置、泥浆脉冲信号传输短节、扶正器、钻杆依次通过螺纹连接，所述微芯片探测器随钻投放装置包括中空短节；

3、所述定向钻钻机为钻孔工具组合提供扭矩和动力；

4、所述泥浆泵泵组及辅助系统包括岩屑收集装置、微芯片探测器孔口投放装置、泥浆泵、泥浆罐、高压管线和阀门组，所述岩屑收集装置用螺丝固定于孔口，所述孔口微芯片探测器、泥浆泵、泥浆罐和阀门通过高压管线依次连接；

5、所述随钻探测装置控制系统用于控制泥浆泵和泥浆脉冲信号传输短节，所述随钻探测装置控制系统通过控制泥浆泵频率像泥浆脉冲信号传输短节发出指令，进而控制微芯片探测器随钻投放装置释放微芯片探测器，所述随钻探测装置控制系统记录微芯片探测器的释放时间，进而确定微芯片探测器释放时刻下钻头所处的位置。

6、优选地，所述微芯片探测器随钻投放装置的中空部分用于通过钻孔泥浆和水，所述微芯片探测器随钻投放装置的外壁处开设有若干凹糟，并装有若干电子控制的夹持器，所述夹持器将微芯片探测器固定于微芯片探测器随钻投放装置的外壁，所述微芯片探测器与钻孔中流体接触，所述微芯片探测器测量孔底或孔身内温度和压力资料，所述泥浆脉冲信号传输短节控制夹持器的开合。

7、优选地，所述岩屑收集装置用于收集钻孔岩屑和微芯片探测器随钻投放装置所投放的微芯片探测器，所述岩屑收集装置为环状筛网，所述环状筛网由若干根钢索和螺丝固定于孔口处。

8、优选地，所述孔口微芯片探测器孔口投放装置由耐高压罐体和耐高压密封盖组成，所述孔口微芯片探测器孔口投放装置用于在孔口处投放微芯片探测器，所述孔口微芯片探测器孔口投放装置通过耐高压管路与泥浆管路并联，所述耐高压罐体的泥浆入口和出口处分别安装高压阀门。

9、本发明还提供了矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置的使用方法，包括以下步骤：

10、s1、将微芯片探测器安装于微芯片探测器随钻投放装置的中空短节上，跟随钻头测量钻孔内温度和压力资料；

11、s2、通过孔口外的随钻探测装置控制系统，控制微芯片探测器随钻投放装置在不同钻进时刻下投放微芯片探测器，进而获得不同钻进时刻下完整的孔身温度和压力资料。

12、本发明还提供了矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置的使用方法，包括以下步骤：

13、s1、将微芯片探测器放入孔口微芯片探测器孔口投放装置；

14、s2、利用泥浆泵和阀门将微芯片探测器送入钻杆，微芯片探测器随钻孔泥浆，从孔口穿过钻杆、钻头，再从钻孔环空返出钻孔，测得完成孔身的温度和压力资料，根据不同的投放时间，可以测得不同钻孔进尺条件下的孔身温度和压力资料。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

16、1、本发明中，通过采用微芯片采集器，微芯片采集器的造价成本低廉，使用成本低，即使当发生卡钻、塌孔等事故时，钻具丢失造成的经济损失也较低；

17、2、本发明中，通过使用微芯片采集器，能够采集不同钻孔时刻下孔身内完整的温度和压力资料。

18、3、本发明中，通过使用随钻探测装置控制系统记录微芯片探测器的释放时间，确定不同钻孔时刻下孔身内温度和压力场分布情况，无需计算微芯片迟到时间，提高了井身温度和压力场的测量准确性。

技术特征：

1.矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置，包括钻孔工具组合、定向钻钻机、泥浆泵泵组及辅助系统和随钻探测装置控制系统，其特征在于：所述钻孔工具组合包括钻头、微芯片探测器随钻投放装置、泥浆脉冲信号传输短节、钻杆、扶正器，所述钻头、微芯片探测器随钻投放装置、泥浆脉冲信号传输短节、扶正器、钻杆依次通过螺纹连接，所述微芯片探测器随钻投放装置包括中空短节；

2.如权利要求1所述的矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置，其特征在于，所述微芯片探测器随钻投放装置的中空部分用于通过钻孔泥浆和水，所述中空短节的外壁处开设有若干凹糟，所述微芯片探测器随钻投放装置的外壁处安装有若干电子控制的夹持器，所述夹持器将微芯片探测器固定于微芯片探测器随钻投放装置的外壁，所述微芯片探测器与钻孔中流体接触，所述微芯片探测器测量孔底或孔身内温度和压力资料，所述泥浆脉冲信号传输短节控制夹持器的开合。

3.如权利要求1所述的矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置，其特征在于，所述岩屑收集装置用于收集钻孔岩屑和微芯片探测器随钻投放装置所投放的微芯片探测器，所述岩屑收集装置为环状筛网，所述环状筛网由若干根钢索和螺丝固定于孔口处。

4.如权利要求1所述的矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置，其特征在于，所述孔口微芯片探测器孔口投放装置由耐高压罐体和耐高压密封盖组成，所述孔口微芯片探测器孔口投放装置用于在孔口处投放微芯片探测器，所述孔口微芯片探测器孔口投放装置通过耐高压管路与泥浆管路并联，所述耐高压罐体的泥浆入口和出口处分别安装高压阀门。

5.一种应用于权利要求1-4任意一项所述的矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.一种应用于权利要求1-4任意一项所述的矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开矿山长距离定向钻孔随钻探测地层温压资料的装置及方法，涉及矿山安全开采技术领域；而本发明包括钻孔工具组合、定向钻钻机、泥浆泵泵组及辅助系统和随钻探测装置控制系统，钻孔工具组合包括钻头、微芯片探测器随钻投放装置、泥浆脉冲信号传输短节、钻杆、扶正器，钻头、微芯片探测器随钻投放装置、泥浆脉冲信号传输短节、扶正器、钻杆依次通过螺纹连接，微芯片探测器随钻投放装置；本发明中，通过采用微芯片采集器，微芯片采集器的造价成本低廉，使用成本低，即使当发生卡钻、塌孔等事故时，钻具丢失造成的经济损失也较低，通过使用微芯片采集器，能够采集不同钻孔时刻下孔身内完整的温度和压力资料。

技术研发人员：付玮琪,黄炳香,陈树亮,邢岳堃,赵兴龙,陈大勇,孙政
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24