一种煤矿井下分体式水力造斜钻具组合及钻进方法技术

本发明专利技术公开一种煤矿井下分体式水力造斜钻具组合，包括顺序连接设置的通信短节、动力单元、万向短节、造斜短节和定向钻头；造斜单元包括依次连接设置的测控组件、水力造斜组件和推靠造斜组件；测控组件与用于控制过水通道通断的电磁阀电连接，通过电磁阀控制水流，进而实现水力造斜组件和推靠造斜组件沿造斜短节外管的径向推靠孔壁，使造斜短节外管相对万向轴的轴线产生偏转角。本发明专利技术装置通过水力造斜组件和推靠造斜组件的协同作用，大大提高了钻具组合的造斜力，满足了深孔钻进作业中对钻孔轨迹调整的要求；同时，可以通过设置的测控组件对造斜力的大小进行调整，加强了螺杆钻具对不同地层和钻进工况的适应性。不同地层和钻进工况的适应性。不同地层和钻进工况的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下分体式水力造斜钻具组合及钻进方法


[0001]本专利技术属于煤矿井下坑道钻探领域，具体涉及一种煤矿井下分体式水力造斜钻具组合及钻进方法。

技术介绍

[0002]目前，煤矿井下随钻测量定向钻进技术广泛应用于瓦斯抽采、水害防治和隐蔽致灾因素探查等矿井灾害预防和治理领域，有力保障着矿井的安全高效生产。其中，螺杆钻具是煤矿井下定向钻进技术的关键配套装备，在钻进过程中起到旋转破碎煤岩层成孔，调整钻进方向和钻孔轨迹的作用。
[0003]煤矿井下常用螺杆钻具一般采用一体式不可拆卸的连接方式，出厂时已组装好，在井下使用时不可拆卸和组装；采用弯接头结构，在钻进过程中通过特定方向的连续钻进实现滑动定向。因此，现有煤矿井下螺杆钻具主要存在以下几点缺陷：由于采用弯接头结构，依靠钻进给进力在弯接头处产生的侧向力实现定向钻进，在孔深加大时给进力主要用于抵消钻柱和孔壁之间的摩擦阻力，造成弯接头处侧向力明显降低，造斜能力严重不足，不能满足深孔钻进要求；现有煤矿井下螺杆钻具只能在滑动状态下侧向切削煤岩层进行定向钻进，在深孔钻进时，钻进给进力大部分用于抵消钻柱和孔壁之间的摩擦阻力，只有小部分给进力作用在螺杆钻具上，钻进给进力不足，限制了定向钻进成孔深度，导致成孔深度和质量受限；此外，滑动定向钻进钻孔孔壁光滑度差，钻孔轨迹弯曲强度高，成孔质量差；现场不可拆卸和组装，运输和使用不便。目前，井下常用螺杆钻具长度一般在4m以上，重量在100kg左右，在“以孔代巷”瓦斯治理技术要求钻孔直径加大以提高瓦斯抽采效果的背景下，螺杆钻具长度可达到5m以上，重量超过200kg，受井下运输条件和巷道尺寸限制，井下运输不便，同时向钻孔内下入和取出过程中施工人员劳动强度大，使用不便，存在安全隐患。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供一种煤矿井下分体式水力造斜钻具组合及钻进方法，以克服现有煤矿井下螺杆钻具在瓦斯抽采钻孔施工中存在的技术缺陷和问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种煤矿井下分体式水力造斜钻具组合，包括顺序连接设置的通信短节、动力单元、万向短节、造斜短节和定向钻头；
[0007]所述通信短节包括通信短节外管，套设在通讯短节外管内的通信测量组件，以及嵌设在通信短节外管内的侧壁转中心电缆；
[0008]所述动力单元包括可拆卸连接的多个动力机构，所述动力机构包括马达短节外管、设在马达短节外管内壁的定子、设在定子内的转子，以及嵌设在马达短节外管内的动力通信电缆；
[0009]所述万向短节包括万向轴、套装在万向轴外的万向短节外管，以及嵌设在万向短
节外管内的万向短节通信电缆；
[0010]所述造斜短节包括传扭轴、套在传扭轴外的造斜短节外管，设在造斜短节外管上的造斜单元，以及嵌设在造斜短节外管外壁上且与所述造斜单元相连的造斜短节通信电缆，所述传扭轴内设置有沿轴向延伸的内腔体，所述内腔体靠近定向钻头的一端开放，远离定向钻头的一端与开设在传扭轴外侧壁上的第一入水口连通；
[0011]所述转子、万向轴、传扭轴和定向钻头顺序连接；所述通信短节外管、马达短节外管、万向短节外管、造斜短节外管依次连通；所述侧壁转中心电缆、动力通信电缆、万向短节通信电缆和造斜短节通信电缆依次连通，形成供电通信通道；
[0012]所述传扭轴的侧壁上开设有入水孔，通信短节外管内壁与通信测量组件之间形成第一水流通道、所述定子与转子之间形成第二水流通道，所述万向短节外管内壁与万向轴外壁之间形成第三水流通道、所述传扭轴的中心通孔形成第四水流通道，所述第一水流通道、第二水流通道、第三水流通道与第四水流通道连通；
[0013]所述造斜短节外管上沿传扭轴的轴向设置有过水通道，所述过水通道与沿万向轴轴向开设在万向短节外管上的进水通道连通，所述进水通道与开设在万向短节外管内壁上的第二入水口连通；
[0014]所述造斜单元包括依次连接设置的测控组件、水力造斜组件和推靠造斜组件；所述测控组件与用于控制过水通道通断的电磁阀电连接，通过电磁阀控制水流，进而实现水力造斜组件和推靠造斜组件沿造斜短节外管的径向推靠孔壁，使所述造斜短节外管相对所述万向轴的轴线产生偏转角。
[0015]本专利技术还具有以下技术特征：
[0016]具体的，所述通信测量组件包括依次相连的中心通信接头、侧壁转中心接头和导向头；所述侧壁转中心电缆依次通过通讯短节外管上沿径向开设的第一过线孔、侧壁转中心接头上沿径向开设的第二过线孔与中心通信接头相连。
[0017]更进一步的，所述侧壁转中心接头上还沿轴向开设有过流通孔；所述中心通信接头与通信短节外管之间还设置有固定环和扶正器，所述固定环用于中心通信接头的固定，扶正器用于中心通信接头的扶正。
[0018]更进一步的，所述转子包括连接设置的第一转子和第二转子，第一转子的远离第二转子的一端设置有防脱接头，且靠近第二转子的一端设置有快接公接头；第二转子靠近第一转子的一端设置有快接母接头，且远离第一转子的一端设置有用于连接万向轴的传动接头。
[0019]更进一步的，所述测控组件包括沿造斜短节外管同一母线方向顺序排列的测量单元、控制单元和传输单元，所述测量单元安装在开设于造斜短节外管上的第一安装腔内，所述测量单元上设置有用于测量推靠造斜组件造斜方向的加速度传感器；所述控制单元与所述电磁阀电连接，用于控制电磁阀的开度；所述传输单元用于接收由通信测量组件传送的控制指令并将接收到的控制指令发送给控制单元。
[0020]更进一步的，所述推靠造斜组件包括侧推块，所述侧推块安装在沿径向贯通设置于造斜短节外管上的第二安装腔内，侧推块下方设置有与侧推块抵接的水力活塞，且所述水力活塞经开设在造斜短节外管内壁上的过水口穿入过水通道，当过水通道有水流通过时，水力活塞在水力作用下推动侧推块沿造斜短节外管径向孔壁侧移动。
[0021]更进一步的，所述造斜短节外管上还开设有多个与过水通道连通的造斜通孔，所述造斜通孔内设置有水力造斜组件；所述水力造斜组件包括可封闭造斜通孔的密封活塞；所述密封活塞包括活塞座、与活塞座固定连接的活塞杆，所述活塞杆上套装有复位弹簧，所述复位弹簧的一端与活塞座的上表面抵接，另一端与设置在造斜通孔内的台阶面抵接，当流经过水通道的高压水进入造斜通孔时，密封活塞可在水流推动下沿造斜通孔的轴向移动。
[0022]更进一步的，所述通信短节外管和马达短节外管连接处、马达短节外管和万向短节外管连接处均设置有跨接头通信组件，以构成通信测量组件和测控组件之间的有线供电通信传输通道；所述跨接头通信组件包括两个相对的绝缘橡胶环，在第一绝缘橡胶环上设有第一环形槽，在第二绝缘橡胶环上设有第二环形槽；第一环形槽内设有公滑环且在公滑环和第一环形槽槽底之间设有高强度弹簧，第二环形槽内设有母滑环；公滑环和母滑环配合接触，且公滑环和母滑环分别连接有伸出两个绝缘橡胶环的跨接头电缆。
[0023]更进一步的，所述万向短节外管和造斜短节外管连接处设有通水走线组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下分体式水力造斜钻具组合，其特征在于，包括顺序连接设置的通信短节(1)、动力单元(2)、万向短节(3)、造斜短节(4)和定向钻头(5)；所述通信短节(1)包括通信短节外管(11)，套设在通讯短节外管(11)内的通信测量组件(12)，以及嵌设在通信短节外管(11)内的侧壁转中心电缆(13)；所述动力单元(2)包括可拆卸连接的多个动力机构，所述动力机构包括马达短节外管(21)、设在马达短节外管(21)内壁的定子(22)、设在定子(22)内的转子(23)，以及嵌设在马达短节外管(21)内的动力通信电缆(24)；所述万向短节(3)包括万向轴(31)、套装在万向轴(31)外的万向短节外管(32)，以及嵌设在万向短节外管(32)内的万向短节通信电缆(33)；所述造斜短节(4)包括传扭轴(41)、套在传扭轴(41)外的造斜短节外管(42)，设在造斜短节外管(42)上的造斜单元(43)，以及嵌设在造斜短节外管(42)外壁上且与所述造斜单元(43)相连的造斜短节通信电缆(44)，所述传扭轴(41)内设置有沿轴向延伸的内腔体，所述内腔体靠近定向钻头(5)的一端开放，远离定向钻头(5)的一端与开设在传扭轴(41)外侧壁上的第一入水口(411)连通；所述转子(23)、万向轴(31)、传扭轴(41)和定向钻头(5)顺序连接；所述通信短节外管(11)、马达短节外管(21)、万向短节外管(32)、造斜短节外管(42)依次连通；所述侧壁转中心电缆(13)、动力通信电缆(24)、万向短节通信电缆(33)和造斜短节通信电缆(44)依次连通，形成供电通信通道；所述通信短节外管(11)内壁与通信测量组件(12)之间形成第一水流通道、所述定子内壁(22)与转子(23)外壁之间形成第二水流通道，所述万向短节外管(32)内壁与万向轴(31)外壁之间形成第三水流通道、所述传扭轴(41)的内腔体形成第四水流通道，所述第一水流通道、第二水流通道、第三水流通道与第四水流通道连通；所述造斜短节外管(42)上沿传扭轴(41)的轴向设置有过水通道(412)，所述过水通道(412)与沿万向轴(31)轴向开设在万向短节外管(32)上的进水通道(321)连通，所述进水通道(321)与开设在万向短节外管(32)内壁上的第二入水口(322)连通；所述造斜单元(43)包括依次连接设置的测控组件(431)、水力造斜组件(432)和推靠造斜组件(433)；所述测控组件(431)与用于控制过水通道(412)通断的电磁阀(434)电连接，通过电磁阀(434)的开度控制水流，进而实现水力造斜组件(432)和推靠造斜组件(433)沿造斜短节外管(42)的径向推靠孔壁，使所述造斜短节外管(42)相对所述万向轴(31)的轴线产生偏转角。2.如权利要求1所述的煤矿井下分体式水力造斜钻具组合，其特征在于，所述通信测量组件(12)包括依次相连的中心通信接头(121)、侧壁转中心接头(122)和导向头(123)；所述中心通信接头(121)依次穿过侧壁转中心接头(122)上沿径向开设的第一过线孔(1221)和通讯短节外管(11)上沿径向开设的第二过线孔(111)与侧壁转中心电缆(13)相连。3.如权利要求1所述的煤矿井下分体式水力造斜钻具组合，其特征在于，所述侧壁转中心接头(122)上还沿轴向开设有过流通孔(1222)；所述中心通信接头(121)与通信短节外管(11)之间还设置有固定环(14)和扶正器(15)，所述固定环(14)用于中心通信接头(121)的固定，扶正器(15)用于中心通信接头(121)的扶正。4.如权利要求1所述的煤矿井下分体式水力造斜钻具组合，其特征在于，所述转子(23)
包括连接设置的第一转子(231)和第二转子(232)，第一转子(231)的远离第二转子(232)的一端设置有防脱接头(233)，且靠近第二转子(232)的一端设置有快接公接头(234)；第二转子(232)靠近第一转子(231)的一端设置有快接母接头(235)，且远离第一转子(231)的一端设置有用于连接万向轴(31)的传动接头(236)。5.如权利要求1所述的煤矿井下分体式水力造斜钻具组合，其特征在于，所述测控组件(431)包括沿造斜短节外管(42)同一母线方向顺序排列的测量单元(4311)、控制单元(4312)和传输单元(4313)，所述测量单元(4311...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚志伟，李泉新，许超，方俊，刘建林，刘飞，姜磊，杨冬冬，
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：