一种煤矿定向钻孔施工方法及钻具组合

摘要

本发明属于煤矿开采设备技术领域。涉及一种煤矿定向钻孔施工方法及钻具组合；本发明中定向钻孔用钻具组合包括依次连接的定向钻头、螺杆马达、用以测量钻孔轨迹的泥浆脉冲测量短节、钻杆、水辫，所述泥浆脉冲测量短节与螺杆马达、钻杆之间均设有无磁钻杆；所述螺杆马达、泥浆脉冲测量短节、钻杆、无磁钻杆外形均为三棱结构；本发明中煤矿定向钻孔施工方法包括：预钻孔、滑动定向钻孔、复合定向钻孔。本发明利用定向钻孔钻具，通过滑动定向钻孔及复合定向钻孔施工，提高了钻孔精度，同时具有更好的排渣能力。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿开采设备技术领域，涉及一种煤矿定向钻孔施工方法及钻具组合。

背景技术

目前通过施工钻孔抽采煤层瓦斯依然是我国煤矿进行瓦斯治理的最根本手段。当采用常规的回转钻进工艺施工钻孔时，普遍存在钻孔深度浅、轨迹不可控等缺点，导致钻孔无效进尺多、瓦斯抽采盲区隐患大等问题；当采用定向钻进工艺施工钻孔时，受煤岩地层条件复杂制约，在松软破碎煤层中施工定向钻孔极易发生塌孔、卡钻等事故，存在成孔难度大、施工成本高的问题。

随着国家对防突细则的修订，高瓦斯矿井通过施工定向钻孔来满足区域瓦斯治理成为必要的技术手段。但目前煤矿井下定向钻孔多采用外平或螺旋槽定向钻杆和常规螺杆马达进行钻孔施工，当钻遇复杂煤岩地层时，因孔壁垮塌将形成大量煤岩渣屑，而所用的钻具组合因结构特点对孔内集聚的渣屑扰动小、排渣效果差，极易导致堵孔，进而发生钻不到位、钻孔事故频发等情况，制约了矿井瓦斯治理进度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决现有定向钻孔排渣不畅，钻孔精度差的问题，提供一种煤矿定向钻孔施工方法及钻具组合。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿定向钻孔用钻具组合，包括依次连接的定向钻头、螺杆马达、用以测量钻孔轨迹的泥浆脉冲测量短节、钻杆、水辫，所述泥浆脉冲测量短节与螺杆马达、钻杆之间均设有无磁钻杆；所述螺杆马达、泥浆脉冲测量短节、钻杆、无磁钻杆外形均为三棱结构。

本方案的原理在于：通过泥浆脉冲测量短节测量倾角、方位角等数据，用以调整螺杆马达工具面的角度，螺杆马达、泥浆脉冲测量短节、钻杆、无磁钻杆均采用三棱结构，利用三棱结构扰动沉积在孔底的岩屑床。

本基础方案的有益效果在于：通过泥浆脉冲测量短节测量钻孔倾角、方位角数据，用以调整螺杆马达工具面的角度，来控制钻孔轨迹，提高钻孔精度；螺杆马达、泥浆脉冲测量短节、钻杆、无磁钻杆均采用三棱结构，钻具转动过程中，三棱结构能够对沉积钻渣起到搅动作用，提高排渣能力。

进一步，所述螺杆马达外壳上设有螺旋槽，有益效果：螺旋槽能够增大对沉积钻渣接触，增强搅动用，进一步提高排渣能力。

进一步，所述泥浆脉冲测量短节、钻杆、无磁钻杆上均设有螺旋槽，有益效果：螺旋槽能够增大对沉积钻渣接触，增强搅动用，进一步提高排渣能力。

一种应用权利要求1所述钻具组合的煤矿定向钻孔施工方法，包括如下步骤：

S1、预钻孔：调整好开孔倾角、方位角后回转开孔，钻进设定距离后，退钻，更换扩孔钻头进行扩孔钻进，完成后对下入封孔管进行封孔，待凝固后安装孔口装置；

S2、滑动定向钻进：安装好钻具后，水辫接通高压水，启动螺杆马达，此时泥浆脉冲测量短节、钻杆、无磁钻杆均不转动，对岩层进行钻进，通过泥浆脉冲测量短节将测量的数据发送至孔口接收装置，根据测量数据调整螺杆马达的工具面的角度，来控制钻孔轨迹；

S3、复合定向钻进：当钻孔从岩层进入煤层后，启动钻杆、泥浆脉冲测量短节、无磁钻杆，使钻杆、泥浆脉冲测量短节、无磁钻杆、螺杆马达一起转动，利用钻具的三棱结构扰动岩屑床，通过水流将钻渣带出。

本发明的有益效果在于：通过泥浆脉冲测量短节测量钻孔倾角、方位角数据，用以调整螺杆马达工具面的角度，来控制钻孔轨迹，提高钻孔精度；螺杆马达、泥浆脉冲测量短节、钻杆、无磁钻杆均采用三棱结构，钻具转动过程中，三棱结构及螺旋槽能够对沉积钻渣起到搅动作用，提高排渣能力；在岩层钻进过程中采用滑动定向钻进，从岩层进入煤层后，煤层返渣量变大，大量钻渣沉积在煤岩交界处，采用复合定向钻进的施工方法，提高了排渣能力。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明中钻具整体示意图；

图2为本发明中滑动定向钻进时钻具转动状态示意图；

图3为本发明中复合定向钻进时钻具转动状态示意图；

图4为本发明中三棱结构示意图。

附图标记：1-定向钻头；2-螺杆马达；3-下无磁钻杆；4-泥浆脉冲测量短节；5-上无磁钻杆；6-钻杆；7-水辫；8-三棱结构；9-高压水通道；10-扰动圈；11-岩屑床。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1、图4，为一种煤矿定向钻孔用钻具组合，包括依次通过螺纹连接的定向钻头1、螺杆马达2、用以测量钻孔轨迹的泥浆脉冲测量短节4、钻杆6、水辫7，泥浆脉冲测量短节4与螺杆马达2之间安装有下无磁钻杆3，泥浆脉冲测量短节4与钻杆6之间安装有上无磁钻杆5；螺杆马达2、钻杆6、下无磁钻杆3、上无磁钻杆5外形均采用三棱结构8，并且其外圆上还开有螺旋槽。

采用以上钻具组合的煤矿定向钻孔施工方法，包括以下实施步骤：

S1、预钻孔：调整好开孔倾角、方位角后回转开孔，钻进设定距离后，退钻，更换扩孔钻头进行扩孔钻进，完成后对下入封孔管进行封孔，待凝固后安装孔口装置；

S2、滑动定向钻进：请参阅图2，安装好钻具后，水辫7接通高压水，启动螺杆马达2，此时螺杆马达2带动定向钻头1转动，泥浆脉冲测量短节4、钻杆6、下无磁钻杆3、上无磁钻杆5均不转动，对岩层进行钻进，通过泥浆脉冲测量短节4将测量的数据发送至孔口接收装置，根据测量数据调整螺杆马达2工具面的角度，来控制钻孔轨迹；

S3、复合定向钻进：请参阅图3，当钻孔从岩层进入煤层后，增大水压，此时螺杆马达2、泥浆脉冲测量短节4、钻杆6、下无磁钻杆3、上无磁钻杆5、一起转动，三棱结构8的三条棱边在岩屑床11中形成扰动圈10，扰动圈10范围内的钻渣通过高压水通道9中的水流带动，从钻孔中排出。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。