【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿井下坑道钻探，特别是一种破碎地层定向钻探成孔钻具。
技术介绍
1、河北省内特别是邯邢矿区，随着上部煤炭资源的逐渐枯竭，下部煤层开采面临“大采深、高承压、强水害”的开采难题，“保水”和“采煤”也成为一个相互矛盾、相互制约的因素。下部煤层开采要解决“保护深部奥灰承压水的同时实现煤矿安全开采”的难题，目前常采用定向钻探成孔后充填注浆加固的处理方法。
2、在破碎煤层或岩层近定向钻进时，尤其是近水平定向钻进过程中，易出现卡钻或埋钻事故，主要包括塌孔卡钻、泥岩缩径卡钻和钻屑沉积卡钻，其中塌孔卡钻是发生频率较高的一种孔内事故，其产生原因是由于孔壁局部岩体失稳、塌落将钻具卡住，造成钻具旋转、起下受阻。
3、现有技术一般采用强力打捞和套铣打捞两种方法处理卡钻或埋钻事故。其中，强力打捞采用正转转速快速变化和快速起下钻迅速反复转换结合的方法，使塌孔卡钻处钻具对坍塌碎屑产生挤压和碾压作用以使钻具松动，从而达到解卡的目的。对于塌孔时产生的一些较大和较硬煤岩块，由于受到螺旋钻杆结构限制，螺旋槽浅，一般仅有3-5mm，无法有效碾压破碎较硬煤岩块，当孔内钻渣堆积后，就会出现钻进压力和泥浆泵压等参数急剧升高的异常情况，导致无法正常施工；且钻具易发生疲劳破坏，加剧了事故处理的复杂性，降低了钻进安全性。而套铣打捞进行卡钻事故处理时存在卡钻处理效率低，钻进周期长等问题。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种破碎地层定向钻探成孔钻具。
2、为了实现
3、所述解卡装置包括具有中空通道的解卡壳体和呈圆周分布在解卡壳体上的多个解卡机构，所述解卡壳体包括位于中部的台阶部和位于台阶部两侧的圆管部，台阶部两侧为坡面，圆管部上设有螺旋槽结构；
4、所述解卡机构包括设置于台阶部内的液压腔、解卡腔、液压通道、斜射通道，液压腔与中空通道连通，液压腔内滑动密封安装有活塞，液压腔内安装有第一弹簧，第一弹簧与活塞连接，液压腔远离台阶部中心的一侧安装有单向阻力阀，单向阻力阀通过液压通道与解卡腔连通；解卡腔内滑动密封安装有外滑动套，外滑动套内滑动密封安装有内滑块，内滑块外侧一端安装有扩孔切削齿，解卡腔内安装有第二弹簧，第二弹簧与外滑动套连接；斜射通道一端与液压腔连通另一端贯通坡面；坡面上安装有破碎切削齿；
5、解卡壳体内的压力小于第一预设压力值时，活塞密封斜射通道与液压腔连通的一端，且扩孔切削齿的旋转半径小于定向钻头的旋转半径；解卡壳体内的压力大于第二预设压力值时，活塞开启斜射通道与液压腔连通的一端，且扩孔切削齿的旋转半径大于定向钻头的旋转半径；第二预设压力值大于第一预设压力值。
6、优选的，所述活塞靠近台阶部中心的一端安装有能够延伸至中空通道的斜楔块；解卡壳体内的压力小于第一预设压力值时，斜楔块具有斜面的部分位于中空通道内；解卡壳体内的压力大于第二预设压力值时，斜楔块完全容纳于液压腔内。
7、优选的，所述单向阻力阀包括阀壳、阀芯和第三弹簧，阀壳内腔包括呈锥台结构的收窄腔，阀壳上设有与收窄腔连通的进口和出口，进口靠近收窄腔直径最小的一端，出口与液压通道连接，阀芯与收窄腔适配，阀芯外壁上开设有若干缺口，缺口靠近出口的一端的截面积大于其远离出口一端的截面积，第三弹簧安装在阀壳内腔中，阀芯远离出口一端与第三弹簧连接。
8、优选的，所述单向阻力阀还包括伸缩导向杆，伸缩导向杆的固定端与阀壳固定连接，伸缩导向杆的伸缩端与阀芯连接。
9、优选的，所述斜射通道内安装有单向阀机构，单向阀机构包括固定板、第四弹簧和单向阀球，固定板固定安装在斜射通道内，斜射通道贯通坡面的一端处设有喇叭口，喇叭口内卡装有单向阀球，第四弹簧一端与固定板连接另一端与单向阀球连接。
10、优选的，所述喇叭口上固定安装有限位板，限位板用于与单向阀球接触配合以限制单向阀球移出喇叭口。
11、优选的，所述解卡壳体两端分别设有公接头和母接头。
12、优选的，所述解卡腔包括进液腔和活动腔，进液腔位于活动腔靠近解卡壳体中心的一侧，进液腔与液压通道连通，外滑动套的尺寸大于进液腔的尺寸，外滑动套在活动腔内活动。
13、优选的，所述外滑动套包括第一凸台部，第一凸台部位于外滑动套靠近解卡壳体中心的一侧，第二弹簧与第一凸台部连接。
14、优选的，所述内滑块包括第二凸台部，第二凸台部位于内滑块靠近解卡壳体中心的一侧，第二凸台部与外滑动套内壁滑动密封连接，外滑动套包括位于其内侧的限位环部，限位环部位于外滑动套远离解卡壳体中心的一侧，限位环部用于与第二凸台部接触配合以限制第二凸台部脱离外滑动套。
15、相对于现有技术，本技术方案至少具有以下一种有益效果：
16、通过设置解卡装置，利用高压冲洗液的水压，实现扩孔切削齿的伸出，扩孔切削齿可对钻孔进行扩孔，形成扩孔段，两侧的螺旋槽结构均向台阶部处输送造成卡钻的煤岩块，同时对煤岩块进行挤压粉碎，较硬的煤岩块无法充分粉碎便被输送至台阶部处，破碎切削齿对煤岩块进一步进行破碎，斜射通道内喷出的高压水还可对煤岩块进行冲击、水切割，未破碎的煤岩块最终进入扩孔段内，使得后续提钻时定向钻头能够避开未破碎的较硬煤岩块，从而实现定向钻头的解卡；
17、通过设置单向阻力阀，可对解卡腔的液压油向液压腔的回流进行限制，使得解卡腔的液压油保持较大压力，可对内滑块、外滑动套进行稳定支撑，使得扩孔切削齿可保持较大的旋转半径，并保持较大推力与钻孔内壁持续接触，便于对钻孔进行扩孔，同时使得高压冲洗液的水压不必一直处于大于第二预设压力值的状态，节约能源。
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1.一种破碎地层定向钻探成孔钻具，包括定向钻头（1）、单弯螺杆马达（2）、随钻测量探管（3）和定向钻杆（4），其特征在于，还包括解卡装置（5），所述定向钻头（1）、单弯螺杆马达（2）、随钻测量探管（3）、解卡装置（5）和定向钻杆（4）依次连接；
2.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述活塞（5211）靠近台阶部（512）中心的一端安装有能够延伸至中空通道（511）的斜楔块（5213）；解卡壳体（51）内的压力小于第一预设压力值时，斜楔块（5213）具有斜面的部分位于中空通道（511）内；解卡壳体（51）内的压力大于第二预设压力值时，斜楔块（5213）完全容纳于液压腔（521）内。
3.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述单向阻力阀（525）包括阀壳（5251）、阀芯（5252）和第三弹簧（5253），阀壳（5251）内腔包括呈锥台结构的收窄腔（52511），阀壳（5251）上设有与收窄腔（52511）连通的进口（52512）和出口（52513），进口（52512）靠近收窄腔（52511）直径最小的一端，出
4.根据权利要求3所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述单向阻力阀（525）还包括伸缩导向杆（5255），伸缩导向杆（5255）的固定端与阀壳（5251）固定连接，伸缩导向杆（5255）的伸缩端与阀芯（5252）连接。
5.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述斜射通道（524）内安装有单向阀机构（528），单向阀机构（528）包括固定板（5281）、第四弹簧（5282）和单向阀球（5283），固定板（5281）固定安装在斜射通道（524）内，斜射通道（524）贯通坡面（5121）的一端处设有喇叭口（5284），喇叭口（5284）内卡装有单向阀球（5283），第四弹簧（5282）一端与固定板（5281）连接另一端与单向阀球（5283）连接。
6.根据权利要求5所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述喇叭口（5284）上固定安装有限位板（5285），限位板（5285）用于与单向阀球（5283）接触配合以限制单向阀球（5283）移出喇叭口（5284）。
7.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述解卡壳体（51）两端分别设有公接头（515）和母接头（516）。
8.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述解卡腔（522）包括进液腔（5224）和活动腔（5225），进液腔（5224）位于活动腔（5225）靠近解卡壳体（51）中心的一侧，进液腔（5224）与液压通道（523）连通，外滑动套（5221）的尺寸大于进液腔（5224）的尺寸，外滑动套（5221）在活动腔（5225）内活动。
9.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述外滑动套（5221）包括第一凸台部（52211），第一凸台部（52211）位于外滑动套（5221）靠近解卡壳体（51）中心的一侧，第二弹簧（5223）与第一凸台部（52211）连接。
10.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述内滑块（5222）包括第二凸台部（52221），第二凸台部（52221）位于内滑块（5222）靠近解卡壳体（51）中心的一侧，第二凸台部（52221）与外滑动套（5221）内壁滑动密封连接，外滑动套（5221）包括位于其内侧的限位环部（52212），限位环部（52212）位于外滑动套（5221）远离解卡壳体（51）中心的一侧，限位环部（52212）用于与第二凸台部（52221）接触配合以限制第二凸台部（52221）脱离外滑动套（5221）。
...【技术特征摘要】
1.一种破碎地层定向钻探成孔钻具，包括定向钻头（1）、单弯螺杆马达（2）、随钻测量探管（3）和定向钻杆（4），其特征在于，还包括解卡装置（5），所述定向钻头（1）、单弯螺杆马达（2）、随钻测量探管（3）、解卡装置（5）和定向钻杆（4）依次连接；
2.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述活塞（5211）靠近台阶部（512）中心的一端安装有能够延伸至中空通道（511）的斜楔块（5213）；解卡壳体（51）内的压力小于第一预设压力值时，斜楔块（5213）具有斜面的部分位于中空通道（511）内；解卡壳体（51）内的压力大于第二预设压力值时，斜楔块（5213）完全容纳于液压腔（521）内。
3.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述单向阻力阀（525）包括阀壳（5251）、阀芯（5252）和第三弹簧（5253），阀壳（5251）内腔包括呈锥台结构的收窄腔（52511），阀壳（5251）上设有与收窄腔（52511）连通的进口（52512）和出口（52513），进口（52512）靠近收窄腔（52511）直径最小的一端，出口（52513）与液压通道（523）连接，阀芯（5252）与收窄腔（52511）适配，阀芯（5252）外壁上开设有若干缺口（5254），缺口（5254）靠近出口（52513）的一端的截面积大于其远离出口（52513）一端的截面积，第三弹簧（5253）安装在阀壳（5251）内腔中，阀芯（5252）远离出口（52513）一端与第三弹簧（5253）连接。
4.根据权利要求3所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述单向阻力阀（525）还包括伸缩导向杆（5255），伸缩导向杆（5255）的固定端与阀壳（5251）固定连接，伸缩导向杆（5255）的伸缩端与阀芯（5252）连接。
5.根据权利要求1所述的破碎地层定向钻探成孔装置，其特征在于，所述斜射通道（524）内安装有单向阀机构（528），单向阀机构（528）包括固定板（5281）、第四弹簧（5282）和单向阀球...
【专利技术属性】
技术研发人员：程英好，李鹏，孙亚军，徐志敏，郭晓帅，李七明，
申请(专利权)人：中煤地华盛水文地质勘察有限公司，
类型：发明
国别省市：
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