一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具及钻进方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具及钻进方法，该钻具包括导向钻具和能够插入导向钻具内的柔性分支钻具；导向钻具内壁上设置有一段定位槽，导向套管管壁上设置有供柔性分支钻具伸出的导向口；柔性分支钻具包括依次连接的内钻杆、定位接头、连续管、弯接头和喷头，定位接头包括接头管体、沿接头管体径向设置的定位键和用于调整定位键径向位置的定位键调整件；本发明专利技术通过调整导向钻具姿态，可以精准控制开分支方向，在导向钻具引导下，可沿钻孔径向任意方向进行侧钻分支；而且分支孔数量和间距不受预留分支点影响，可确保各分支孔有效搭接，避免了灾害防治空白带。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具及钻进方法
本专利技术属于煤矿井下坑道钻探
，具体涉及一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具及钻进方法。
技术介绍
煤矿井下定向孔具有轨迹控制精高、一孔多分支、目标地层延伸距离长、覆盖范围广等优点，可进行超前、区域、精准灾害隐患探查和治理，在煤矿安全生产中发挥着重要作用。煤矿井下定向孔一般包括主孔和分支孔两部分，其中分支孔是提高钻孔覆盖范围，确保灾害防治无盲区的关键。目前煤矿井下定向孔主要采用无孔底侧钻分支工艺、慢速磨削开分支法进行分支孔施工，其存在以下不足：第一，需预留分支点。侧钻分支点应选在钻孔倾角连续增长段，定向孔主孔施工时就需要连续造斜，预留好分支点。第二，分支孔间距大。由于只能在预留分支点处开分支，而受定向孔轨迹控制影响，每隔50～80m才能预留一个分支点，因此分支孔间距一般为50～80m，无法保证分支孔的相互搭接，容易产生空白带。第三，侧钻分支效率低。侧钻分支时，主要依靠定向钻头侧切削刃刮削孔壁下侧，使主孔产生小的台阶，并不断增大，最终从主孔脱离形成分支孔。当给进速度太快或者给进速度不稳定时，台阶形成困难，容易导致侧钻分支失败，因此为了保证侧钻分支成功率，需要严格控制给进速度，侧钻分支效率相对较低，尤其是岩层侧钻分支往往需要耗时几个小时，甚至需要几天。第四，分支孔无法下入筛管护孔。为确保钻孔后期灾害防治效果，需保持钻孔始终畅通有效，虽然目前已可实现定向孔的主孔筛管护孔，但是分支孔仍主要采用裸孔完孔，坍塌报废可能性大。>
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具及钻进方法，解决了目前煤矿井下灾害防治定向孔需预留分支点、分支孔间距大、侧钻分支效率低、分支孔无法下入筛管护孔等问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具，该钻具包括导向钻具和能够插入导向钻具内的柔性分支钻具；所述导向钻具内壁上设置有一段定位槽，导向套管管壁上设置有供柔性分支钻具伸出的导向口；所述柔性分支钻具包括依次连接的内钻杆、定位接头、连续管、弯接头和喷头；所述定位接头包括接头管体、沿接头管体径向设置的定位键和用于调整定位键径向位置的定位键调整件；所述接头管体两端分别与内钻杆、连续管连接，接头管体的管壁上设置有供定位键沿径向移动的通孔；所述定位键上设置有限位块，定位键的端部与所述外套管上的定位槽匹配；所述定位键调整件上设置有沿接头管体轴向延伸的滑槽；所述定位键一端通过第一弹性件与接头管体内壁连接，定位键另一端穿过所述滑槽与通孔对应；所述定位键调整件夹设在接头管体内壁与限位块之间，且定位键调整件能够沿接头管体轴向来回移动；限位块挤顶在定位键调整件的调整面上，所述调整面上设置有一段凹向通孔方向的内凹面。具体的，所述定位键调整件包括滑套段和定位键调整段，所述滑套段包括一端设置有凸缘的套筒和套设在套筒上的第二弹性件，第二弹性件的两端分别挤顶在套筒的凸缘和接头管体内壁的凸台上；定位键调整段由两个并列连接在套筒端部的调整板组成，两个调整板之间设置有一定间距，该间距形成所述的滑槽。优选的，所述导向口与定位槽位于外套管的同一过轴面上，所述定位槽的方向与弯接头的弯曲方向一致。优选的，所述导向钻具包括外套管与外套管连接的导向套管；所述外套管与导向套管之间通过六方公接头与六方母接头连接，且六方公接头与六方母接头之间通过一销钉固定。优选的，所述导向套管内位于导向口附近设置有弹性导向体，弹性导向体一边设置为弧形边，该弧形边与导向套管管壁侧边缘之间形成连接导向口与导向套管内孔的弧形过渡通道。优选的，所述导向套管的自由端设置为半圆球形。进一步的，在上述钻具基础上，该钻具还包括筛管完孔钻具，筛管完孔钻具包括筛管和连接在筛管上的推送短节，所述推送短节上设置有通道，所述通道上设置有阀体。具体的，所述推送短节包括壳体、阀体和第三弹性件，所述阀体包括杆体和封堵头，所述壳体上设置有第一流通孔和第二流通孔；所述杆体一端通过第一流通孔与设置在壳体外的封堵头连接，杆体另一端连接在壳体上；所述杆体上设置有凸缘，所述第三弹性件两端分别连接在凸缘和与杆体连接处的壳体内壁上，第三弹性件伸缩方向沿杆体的轴向。本专利技术还公开了一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻方法，该方法采用本专利技术记载的钻具进行分支孔钻进，具体包括以下步骤：步骤1，钻进主孔，从主孔下入导向钻具至设计的侧钻分支点处；步骤2，调整导向钻具的导向口方向，使其与设计侧钻分支方向一致后，锁定导向钻具；步骤3，从导向钻具内孔中插入柔性分支钻具，向柔性分支钻具内输入冲洗液，回转柔性分支钻具，冲洗液推动柔性分支钻具中的定位键调整件前移，使限位块与调整面的内凹面接触，当定位键卡入定位槽中时，停止回转柔性分支钻具；步骤4，调整冲洗液的压力，推动定位键调整件继续前移，使限位块与调整面的外凸面接触，带动定位键从定位槽中缩回；推动柔性分支钻具从导向钻具的导向口伸出，喷头在冲洗液作用下进行回转碎岩，从主孔孔壁侧钻出分支孔；步骤5，当前分支孔钻进完成后，从钻孔中退出柔性分支钻具，解除对导向钻具的锁定，移动导向钻具至下一侧钻分支点处，重复步骤2至步骤4；完成所有分支孔的钻进；当增加筛管完孔钻具时，从导向钻具中退出柔性分支钻具，下入筛管完孔钻具，向导向钻具内输入冲洗液，冲洗液压力推动筛管完孔钻具进入当前分支孔内；然后解除对导向钻具的锁定，移动导向钻具至下一侧钻分支点处，重复步骤2至步骤4；完成所有分支孔的钻进。具体的，所述步骤4中分支孔钻进时，当设计轨迹为稳斜段时，利用钻机提供的给进动力和回转动力，使柔性分支钻具在钻机和冲洗液带到下进行回转碎岩，弯接头方向一直变化，钻孔轨迹保持稳定向前施工；当设计轨迹为造斜段时，保持弯接头方向不变，利用钻机提供给进动力，喷头在冲洗液作用下进行回转碎岩。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过调整导向钻具姿态，可以精准控制开分支方向，在导向钻具引导下，可沿钻孔径向任意方向进行侧钻分支；而且分支孔数量和间距不受预留分支点影响，可确保各分支孔有效搭接，避免了灾害防治空白带。(2)本专利技术采用冲洗液喷射的方式进行分支孔钻进，侧钻分支速度与正常钻进速度相同，施工效率高。(3)本专利技术通过导向钻具与柔性分支钻具配合，钻进过程向主孔施工时不用预留分支点，实现任意位置开分支。(4)本专利技术利用导向钻具引导，以冲洗液为动力推动，实现了分支孔筛管完孔，避免了分支孔坍塌失效，保障了定向孔灾害防治效果。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例记载的导向钻具与柔性分支钻具的结构示意图。图2是本专利技术实施例记载的外套管的结构示意图。图3是本专利技术实施例记载的导向钻具的结构示意图。图4是本专利技术实施例记载的定位接头的结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具，其特征在于，包括导向钻具(1)和能够插入导向钻具(1)内的柔性分支钻具(2)；/n所述导向钻具(1)内壁上设置有一段定位槽(111)，导向套管(12)管壁上设置有供柔性分支钻具(2)伸出的导向口(121)；/n所述柔性分支钻具(2)包括依次连接的内钻杆(21)、定位接头(22)、连续管(23)、弯接头(24)和喷头(25)；所述定位接头(22)包括接头管体(221)、沿接头管体(221)径向设置的定位键(222)和用于调整定位键(222)径向位置的定位键调整件(223)；/n所述接头管体(221)两端分别与内钻杆(21)、连续管(23)连接，接头管体(221)的管壁上设置有供定位键(222)沿径向移动的通孔(2211)；/n所述定位键(222)上设置有限位块(224)，定位键(222)的端部与所述外套管(11)上的定位槽(111)匹配；所述定位键调整件(223)上设置有沿接头管体(221)轴向延伸的滑槽(2234)；所述定位键(222)一端通过第一弹性件(225)与接头管体(221)内壁连接，定位键(222)另一端穿过所述滑槽(2234)与通孔(2211)对应；所述定位键调整件(223)夹设在接头管体(221)内壁与限位块(224)之间，且定位键调整件(223)能够沿接头管体(221)轴向来回移动；限位块(224)挤顶在定位键调整件(223)的调整面上，所述调整面上设置有一段凹向通孔(2211)方向的内凹面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具，其特征在于，包括导向钻具(1)和能够插入导向钻具(1)内的柔性分支钻具(2)；
所述导向钻具(1)内壁上设置有一段定位槽(111)，导向套管(12)管壁上设置有供柔性分支钻具(2)伸出的导向口(121)；
所述柔性分支钻具(2)包括依次连接的内钻杆(21)、定位接头(22)、连续管(23)、弯接头(24)和喷头(25)；所述定位接头(22)包括接头管体(221)、沿接头管体(221)径向设置的定位键(222)和用于调整定位键(222)径向位置的定位键调整件(223)；
所述接头管体(221)两端分别与内钻杆(21)、连续管(23)连接，接头管体(221)的管壁上设置有供定位键(222)沿径向移动的通孔(2211)；
所述定位键(222)上设置有限位块(224)，定位键(222)的端部与所述外套管(11)上的定位槽(111)匹配；所述定位键调整件(223)上设置有沿接头管体(221)轴向延伸的滑槽(2234)；所述定位键(222)一端通过第一弹性件(225)与接头管体(221)内壁连接，定位键(222)另一端穿过所述滑槽(2234)与通孔(2211)对应；所述定位键调整件(223)夹设在接头管体(221)内壁与限位块(224)之间，且定位键调整件(223)能够沿接头管体(221)轴向来回移动；限位块(224)挤顶在定位键调整件(223)的调整面上，所述调整面上设置有一段凹向通孔(2211)方向的内凹面。


2.如权利要求1所述的煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具，其特征在于，所述定位键调整件(223)包括滑套段和定位键调整段，所述滑套段包括一端设置有凸缘的套筒(2231)和套设在套筒(2231)上的第二弹性件(2232)，第二弹性件(2232)的两端分别挤顶在套筒(2231)的凸缘和接头管体(221)内壁的凸台(2212)上；定位键调整段由两个并列连接在套筒(2231)端部的调整板(2233)组成，两个调整板(2233)之间设置有一定间距，该间距形成所述的滑槽(2234)。


3.如权利要求1所述的煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具，其特征在于，所述导向口(121)与定位槽(111)位于外套管(11)的同一过轴面上，所述定位槽(111)的方向与弯接头(24)的弯曲方向一致。


4.如权利要求1所述的煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具，其特征在于，所述导向钻具(1)包括外套管(11)与外套管(11)连接的导向套管(12)；所述外套管(11)与导向套管(12)之间通过六方公接头与六方母接头连接，且六方公接头与六方母接头之间通过一销钉(26)固定。


5.如权利要求1所述的煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具，其特征在于，所述导向套管(12)内位于导向口(121)附近设置有弹性导向体(122)，弹性导向体(122)一边设置为弧形边，该弧形边与导向套管(12)管壁侧边缘之间形成连接导向口(121)与导向套管(12)内孔的弧形过渡通道(123)。


6.如权利要求1所述的煤矿井下定向孔近距离多分支侧钻钻具，其特征在于，所述导向套...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾明群，王传留，吴智峰，方俊，李乔乔，范运林，王亚波，马晓琳，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61