【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿井下钻探，涉及用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌系统及方法。
技术介绍
1、目前煤矿井下定向钻孔成为瓦斯精准治理的主要手段。在定向钻进过程中需要穿越不同的地层(构造地层、破碎地层)，经常出现卡钻、埋钻等事故，导致成孔率低，钻孔深度达不到设计要求，钻孔成本增加，影响瓦斯治理效果。现有的工艺技术存在一定的局限性，不能有效解决成孔率低的难题。例如：(1)常用的开分支孔工艺，虽然有时候可以避开塌孔地层，但是，造成进尺浪费；很多时候避不开；无法实现后续下管串作业。(2)套管护孔工艺，不能实施多次套管护孔钻进，成本高。(3)注浆工艺/定点注浆，需要扩孔，多次送钻、退钻，工序复杂，难以实现。(4)空气/氮气钻进工艺，适用地质条件苛刻，返渣能力有限，配套装备成本较高。(5)高性能钻孔液技术，有效解决水敏性泥页岩塌孔，对于构造地层、破碎/裂隙地层，效果有限。
2、其中，现有注浆工艺/定点注浆主要包括以下步骤：
3、①退钻。在钻遇塌孔地层时，无法正常钻进，需要注浆解决，则需要先退出孔内钻进用的钻具。
4、②送钻具，扩孔。因孔内塌孔，注浆钻具不能送到注浆位置，需要采用扩孔钻具对已钻的孔进行扩孔，保证注浆钻具的下入。而该塌孔位置即为注浆位置。
5、③退钻。退出扩孔钻具。
6、④送注浆钻具。送入注浆钻具，直到注浆位置。因扩孔，钻孔(扩孔)越大，地层塌孔会越严重，导致注浆钻具在送入孔内过程中，有可能遇阻而送不到注浆位置。
7、⑤坐封封隔器，注浆。因封隔器在裸眼孔段
8、⑥退出注浆钻具，候凝。
9、⑦送入原钻进用的钻具，钻塞。这个时候原钻进用的钻头钻塞，在孔内会形成一个水泥环。在后续钻孔过程中，因钻具的搅动会发生脱落，从而造成卡钻的风险。
10、⑧若在后续钻进过程中再发生塌孔，需要注浆时，就无法实施。因为，孔越深，注浆钻具越难送到注浆位置，若再扩孔的话，就会将先前注浆形成的水泥环破坏，导致再次塌孔。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌系统及方法，以解决煤矿井下复杂地层(构造地层、破碎地层)定向钻孔过程中的塌孔难题。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌系统，包括能够与钻具和井口密封连接的孔口带压装置以实现孔内带压作业，孔口带压装置设有排渣口以排出渣水，排渣口处设有渣水出口开关以打开或关闭排渣口，孔口带压装置还连接有孔口压力表以检测其内部压力，对应排渣口的位置设有渣水分离装置以实现渣水分离，渣水分离装置的出液口连接有循环罐，循环罐连接有泥浆泵，泥浆泵经注水管与钻具注水口相连。
4、可选地，渣水分离装置包括沿流体流向顺次设置的振动筛、储液罐、旋流器。
5、可选地，循环罐连接有补液罐。
6、用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌方法，包括以下步骤：
7、s1：配浆：按照配方比例配制具有防塌孔性能的钻孔液；
8、s2：建立循环：小流量开启泥浆泵，使钻孔内与钻孔外的循环罐内的钻孔液形成循环，至流量恢复到正常继续循环；
9、s3：孔内带压：关闭渣水出口，当孔口压力表数值接近泥浆泵压力表数值时，说明孔内已经充满钻孔液，打开渣水出口，开始正常钻进，如果孔口压力表仍有读数，说明钻孔内有压力，实现了带压作业；
10、s4：复杂地层钻进：钻遇塌孔地层，在循环罐内加入防塌剂以增加钻孔液的防塌性能，观察孔口压力表变化情况及返渣情况，如果压力表读数变化不大，说明通过塌孔地层，如果压力表读数变化大，出现与泥浆泵压力数值接近或者超过，说明孔内塌孔严重，钻渣没有及时排出，则进行循环洗孔操作，并及时调整钻孔液的防塌性能；当孔口带压装置上的压力表读数降低到正常钻进的数值则说明复杂地层塌孔现象已经解除，转为正常钻进。
11、可选地，钻遇塌孔地层时，根据孔内憋压、阻卡情况、孔口返渣量或钻渣大小，判断现场施工过程中塌孔的程度，根据塌孔的程度调整防塌剂的加量。
12、本专利技术的有益效果在于：
13、本专利技术在施工过程中采用物理-化学耦合的手段，达到近平衡的钻孔效果，即：采用具有封堵防塌效果的钻孔液钻进，同时，孔口采用带压装置，使其能够带压作业，平衡一部分地层压力/地层坍塌压力，可以减少钻孔过程中的塌孔程度，从而提高成孔率和成孔深度。
14、与现有技术相比，本专利技术采用钻进过程中的孔内带压作业，结合钻孔液物理-化学防塌孔的技术原理，实现了高压注浆，提高了注浆加固效果，可实现随钻/定点注浆，也可以多次注浆，解决了煤矿井下复杂地层(构造地层、破碎地层)定向钻孔过程中的塌孔难题，避免了现有注浆工艺的缺陷与不足，不再需要多次扩孔，多次送钻、退钻。
15、本专利技术弥补了煤矿井下钻孔的特殊场景下，没有液柱压力造成的力学平衡地层压力/坍塌压力的不足，从而实现整个煤矿井下钻进过程中的随钻防塌孔目标。
16、本专利技术的其他优点、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，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌系统，其特征在于：包括能够与钻具和井口密封连接的孔口带压装置以实现孔内带压作业，孔口带压装置连接有孔口压力表以检测其内部压力，孔口带压装置设有排渣口以排出渣水，排渣口处设有渣水出口开关以打开或关闭排渣口，对应排渣口的位置设有渣水分离装置以实现渣水分离，渣水分离装置的出液口连接有循环罐，循环罐连接有泥浆泵，泥浆泵经注水管与钻具注水口相连。
2.根据权利要求1所述的用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌系统，其特征在于：渣水分离装置包括沿流体流向顺次设置的振动筛、储液罐、旋流器。
3.根据权利要求1所述的用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌系统，其特征在于：循环罐连接有补液罐。
4.用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌方法，其特征在于：钻遇塌孔地层时，根据孔内憋压、阻卡情况、孔口返渣量或钻渣大小，判断现场施工过程中塌孔的程度，根据塌孔的程度调整防塌剂的加量。
【技术特征摘要】
1.用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌系统，其特征在于：包括能够与钻具和井口密封连接的孔口带压装置以实现孔内带压作业，孔口带压装置连接有孔口压力表以检测其内部压力，孔口带压装置设有排渣口以排出渣水，排渣口处设有渣水出口开关以打开或关闭排渣口，对应排渣口的位置设有渣水分离装置以实现渣水分离，渣水分离装置的出液口连接有循环罐，循环罐连接有泥浆泵，泥浆泵经注水管与钻具注水口相连。
2.根据权利要求1所述的用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻防塌系统，其特征在于：渣水...
【专利技术属性】
技术研发人员：李称心，陈鱼，王清峰，李彦明，孔伟，叶强波，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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