【技术实现步骤摘要】
一种水力定向钻进装置与方法
[0001]本专利技术涉及煤矿瓦斯灾害防治
，特别涉及一种水力定向钻进装置与方法。
技术介绍
[0002]煤层气是重要的非常规天然气资源之一，在煤矿井下开展高瓦斯煤层的煤层气抽采时，未卸压煤层的煤层气抽采能否取得较好的效果主要取决于煤层的渗透性。但我国大部分矿区的煤层属于高瓦斯低渗煤层，煤质松软且渗透性差，渗透率仅为10
‑4～10
‑3mD，由于煤层的渗透性直接决定了煤矿瓦斯抽采及利用的效率，解决低渗煤层的煤层气难抽问题已成为确保煤矿安全生产，提高煤层气产量和利用率的关键环节。研发提高低渗煤层的渗透性、煤层气增产的技术与装备，已成为一项艰难而迫切的任务，所以难抽煤层井下增透关键技术及装备研发已成为亟待开展的重要任务。
[0003]目前煤层增透多采用密集钻孔方式，单独采用钻孔增透，特别对于穿层钻孔，存在煤体暴露面积少的问题，采用增透技术沿钻孔径向形成多分支径向孔的方式，可显著增大单孔煤体暴露面积与增透范围。采用径向水力喷射水平钻进技术，煤矿井下钻孔尺寸小，存在回转半径小，推送阻力大，工艺技术复杂等问题，除此之外，由于回转半径限制，水射流喷头与弹性钻杆选型尺寸较小，水力钻进与弹性钻杆推送性能较差；采用常规定向钻进技术，存在回转半径大，施工成本高等问题，不适于单孔多分支小区域钻进增透。
技术实现思路
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种水力定向钻进装置与方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水力定向钻进装置，其特征在于，包括第一定向喷头、第一推送杆、直管推送机、盘管机、三通阀和泵车；所述第一定向喷头末端与第一推送杆相连接，直管推送机用于推送第一推送杆，盘管机用于对第一推送杆进行盘管，第一推送杆末端通过三通阀与泵车相连接；所述第一定向喷头包括第一喷头本体，所述第一喷头本体的前端为第一导向弧面，在第一喷头本体的内部沿垂直方向开设有第一射流腔体及第二射流腔体，在第一射流腔体的前端对称设有2个第一斜向喷嘴，在第一射流腔体的两侧分别设有1个朝向第一喷头本体后端的第一后向喷嘴，在第二射流腔体的前端对称设有2个第一轴向喷嘴，在第一射流腔体的两侧分别设有1个朝向第一喷头本体后端的第二后向喷嘴；在所述第一喷头本体的末端内周面、第一射流腔体的末端内周面及第二射流腔体的末端内周面分别设有内螺纹。2.如权利要求1所述的一种水力定向钻进装置，其特征在于，所述第一推送杆包括矿用PE外管、第一高压注水管、第二高压注水管、连接头和压紧套，所述第一高压注水管和第二高压注水管沿轴向通过压紧套固定在矿用PE外管内部，所述第一高压注水管和第二高压注水管的前端分别通过螺纹方式与第一射流腔体和第二射流腔体的末端连接，所述矿用PE外管前端设有连接头，所述连接头通过螺纹方式与第一喷头本体末端连接，第一高压注水管和第二高压注水管的末端分别通过螺纹方式与三通阀连接。3.一种水力定向钻进装置，其特征在于，包括第二定向喷头、第二推送杆、直管推送机、盘管机和泵车；所述第二定向喷头末端与第二推送杆相连接，直管推送机用于推送第二推送杆，盘管机用于对第二推送杆进行盘管，第二推送杆末端与泵车相连接；所述第二定向喷头包括第二喷头本体，所述第二喷头本体的前端为第二导向弧面，在第二喷头本体的内部沿垂直方向开设有第三射流腔体及第四射流腔体，在第三射流腔体的前端对称设有2个第二斜向喷嘴，在第三射流腔体的两侧分别设有1个朝向第二喷头本体后端的第三后向喷嘴，在第四射流腔体的前端对称设有2个第二轴向喷嘴，在第四射流腔体的两侧分别设有1个朝向第二喷头本体后端的第四后向喷嘴；在第二喷头本体内底部中心设有第一导水通道，所述第三射流腔体底端通过第二导水通道与第一导水通道相连通，所述第四射流腔体通过第三导水通道与第一导水通道相连通，在所述第一导水通道内部底端设有导水活塞，在导水活塞的上方设有碟簧，导水活塞可在第一导水通道内上下滑动，在导水活塞内部中心沿垂直方向设有导水孔，导水孔的底端为导水活塞进水口，在导水孔的外侧设有用于与第一导水通道相连通的第一导水活塞出水口和用于与第二导水通道相连通的第二导水活塞出水口；在所述第二喷头本体的末端内周面及第一导水通道的底端内周面分别设有内螺纹。4.如权利要求3所述的一种水力定向钻进装置，其特征在于，所述第二推送杆包括矿用PE外管、第三高压注水管、连接头和压紧套，所述第三高压注水管沿轴向通过压紧套固定在矿用PE外管内部，所述第三高压注水管的前端通过螺纹方式与第一导水通道的末端连接，所述矿用PE外管前端设有连接头，所述连接头通过螺纹方式与第二喷头本体末端连接，第三高压注水管的末端与泵车连接。5.一种水力定向钻进装置，其特征在于，包括第三定向喷头、第三推送杆、直管推送机、盘管机、泵车、轨迹监测与控制系统；所述第三定向喷头末端与第三推送杆相连接，直管推
送机用于推送第三推送杆，盘管机用于对第三推送杆进行盘管，第三推送杆末端与泵车相连接，泵车上设有轨迹监测与控制系统；所述第三定向喷头包括第三喷头本体，所述第三喷头本体的前端为第三导向弧面，在第三喷头本体的内部沿垂直方向开设有第五射流腔体及第六射流腔体，在第五射流腔体的前端对称设有2个第三斜向喷嘴，在第五射流腔体的两侧分别设有1个朝向第三喷头本体后端的第五后向喷嘴，在第六射流腔体的前端对称设有2个第三轴向喷嘴，在第六射流腔体的两侧分别设有1个朝向第三喷头本体后端的第六后向喷嘴；在第三喷头本体内底部中心设有第四导水通道，所述第五射流腔体底端通过第五导水通道与第四导水通道相连通，所述第六射流腔体的底端通过第六导水通道在第四导水通道相连通，在所述第四导水通道内部底端设有导水活塞，在导水活塞的上方设有复位弹簧，导水活塞可在第四导水通道内上下滑动，在导水活塞内部中心沿垂直方向设有导水孔，导水孔的底端为导水活塞进水口，在导水孔的外侧设有用于与第五导水通道相连通的第一导水活塞出水口和用于与第六导水通道相连通的第二导水活塞出水口；在第一导水活塞出水口下方的导水活塞位置处开设有限位卡槽，在第三喷头本体内安装有电动推杆及电动推杆限位器，所述电动推杆限位器通过本安线与第三推送杆相连接，当电动推杆限位器关闭时，电动推杆处于伸出状态，导水活塞通过电动推杆限位器的电动推杆与限位卡槽固定；当电动推杆限位器开启时，电动推杆处于收回状态，电动推杆限位器的电动推杆与限位卡槽脱离，导水活塞可沿第四导水通道轴向滑动；在所述第三喷头本体的末端内周面及第四导水通道的底端内周面分别设有内螺纹；所述第三推送杆包括矿用PE外管、第四高压注水管、连接头、压紧套、本安电缆、MWD有线随钻测量装置，所述第四高压注水管、本安电缆及MWD有线随钻测量装置沿轴向通过压紧套固定在矿用PE外管内部，本安电缆的一端与电动推杆限位器上的本安线相连接，另一端与MWD有线随钻测量装置相连接，MWD有线随钻测量装置通过本安电缆与轨迹监测与控制系统连接，轨迹监测与控制系统为MWD有线随钻测量装置、电动推杆限位器实时供电并实时通讯，通过与MWD有线随钻测量装置实时通讯，实时获取钻进轨迹信息，通过与电动推杆限位器实时通讯，控制电动推杆限位器关闭与开启两种状态切换；所述第四高压注水管的前端通过螺纹方式与第四导水通道的末端连接，所述矿用PE外管前端设有连接头，所述连接头通过螺纹方式与第三喷头本体末端连接，第四高压注水管的末端与泵车连接。6.如权利要求5所述的一种水力定向钻进装置，其特征在于，所述第三推送杆还包括步进电机、电机主动齿轮、连接头内壁从动齿轮、连接头内轴承，所述步进电机通过压紧套固定在矿用PE外管内部，在所述连接头内部设有连接头内壁从动齿轮，步进电机的电机主动齿轮与连接头内壁从动齿轮相啮合，所述连接头通过连接头内轴承可转动的安装在矿用PE外管外部，所述步进电机控制连接头转动，进而带动第三定向喷头转动，所述轨迹监测与控制系统通过与MWD有线随钻测量装置实时通讯，实时获取钻进轨迹信息，所述轨迹监测与控制系统与步进电机、电动推杆限位器实时通讯，控制电动推杆限位器两种状态切换以及步进电机转动。7.一种水力定向钻进方法，利用如权利要求1或2所述的水力定向钻进装置实现，其特
征在于，具体包括以下步骤：步骤一：施工钻孔至设计位置后，退出钻杆与钻头；连接第一定向喷头、第一推送杆，通过直管推送机将第一推送杆校直并送至钻孔底部后停止推送；步骤二：将第一高压注水管、第二高压注水管通过三通阀与泵车相连；将三通阀调至第一种状态，开启泵车；高压水由泵车流至三通阀、第一高压注水管、第一射流腔体至第一斜向喷嘴射流破煤，并通过第一后向喷嘴射流排渣，形成斜向射流钻孔后，停止泵车；步骤三：开启直管推送机与盘管机，推送第一推送杆与第一定向喷头，在煤壁反力作用下，第一推送杆发生少量挠曲，并在第一导向弧面辅助导向下，将第一推送杆与第一定向喷头推送至斜向射流钻孔孔底，停止直管推送机与盘管机；步骤四：开启泵车，高压水由泵车流至三通阀、第一高压注水管、第一射流腔体至第一斜向喷嘴射流破煤，形成斜向射流钻孔后，停止泵车；步骤五：重复步骤三、四，完成第一斜向喷嘴射流破煤造斜；开启直管推送机与盘管机，推送第一推送杆与第一定向喷头，在煤壁反力作用下，第一推送杆发生挠曲，并在第一导向弧面辅助导向下，将第一推送杆与...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐成，仇海生，曹垚林，赵洪瑞，郭怀广，王宇鹍，张开加，王魁军，高宏，杜斌，韩兵，闫斌移，
申请(专利权)人：中煤科工集团沈阳研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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