CN111946263A - 一种螺杆马达造斜钻进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺杆马达造斜钻进装置，包括钻头，所述钻头的一端固定连接有螺杆马达，所述螺杆马达远离钻头的一端固定连接有马达工具面，所述马达工具面远离螺杆马达的一端固定连接有下无磁钻杆和上无磁钻杆，所述下无磁钻杆和上无磁钻杆的外侧壁固定套接有测量探管，所述上无磁钻杆远离下无磁钻杆的一端固定连接有钻杆，所述钻杆远离上无磁钻杆的一端固定连接有送水器，所述送水器的侧面连通设有高压送水胶管。本发明，通过泥浆泵提供高压水流驱动螺杆马达旋转钻进，钻机向孔内钻具施加钻压，通过调整马达工具面实现调整钻孔施工方位或开分支，解决了传统的钻孔围岩应力发生变化，导致抽采钻孔塌孔的情况。

Description

一种螺杆马达造斜钻进方法
技术领域
本发明涉及螺杆马达技术领域，尤其涉及一种螺杆马达造斜钻进方法。
背景技术
瓦斯抽放是采用专用设备把煤层、岩层和采空区中的瓦斯抽出或排出的措施，瓦斯抽放即通过打钻，利用钻孔(或巷道)、管道和真空泵将煤层或采区内的瓦斯抽至地面的技术措施，螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。
目前煤矿井下定向钻进技术是以液动螺杆马达作为孔底动力，驱动钻头回转碎岩的钻进技术方法，随着煤炭开采深度的增加和开采范围的扩大，以钻孔抽采为主要技术手段的煤层瓦斯治理难度越来越大，同时在施工煤层抽采瓦斯的过程中，或者抽采期间，由于钻孔围岩应力发生变化，导致抽采钻孔塌孔，封堵抽采瓦斯的涌出通道，为此，提出一种螺杆马达造斜钻进方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中抽采时钻孔塌孔，封堵抽采瓦斯的涌出通道的缺点，而提出的一种螺杆马达造斜钻进方法，避免了瓦斯封堵抽采的涌出通道的问题，有效的瓦斯抽放效率。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种螺杆马达造斜钻进装置，包括钻头，所述钻头的一端固定连接有螺杆马达，所述螺杆马达远离钻头的一端固定连接有马达工具面，所述马达工具面远离螺杆马达的一端固定连接有下无磁钻杆和上无磁钻杆，所述下无磁钻杆和上无磁钻杆的外侧壁固定套接有测量探管，所述上无磁钻杆远离下无磁钻杆的一端固定连接有钻杆，所述钻杆远离上无磁钻杆的一端固定连接有送水器，所述送水器的侧面连通设有高压送水胶管，所述送水器的侧面电连接有通讯电缆，所述通讯电缆远离送水器的一端电连接有监视器，所述马达工具面的内部固定连接有调节马达，所述调节马达的输出端与下无磁钻杆连接，所述上无磁钻杆的侧面连接有密封机构。
优选地，所述测量探管由无线电磁波测量探管本体、电池筒、无磁外管和绝缘短节组成，电池筒为无线电磁波测量探管提供电源，测量探管将测得的钻孔数据通过通讯电缆以电磁波形式传输到监视器中。
优选地，所述下无磁钻杆和上无磁钻杆采用无磁钢材料加工，两者内部均设有大通孔结构，外部设计螺旋槽结构。
优选地，所述钻具组合为，Ф96mm定向钻头、Ф73mm螺杆马达、2mФ76mm下无磁钻杆、0.6mФ76mm测量探管、3mФ76mm上无磁钻杆、多个Ф73mm通缆钻杆、Ф73mm通缆水尾。
一种螺杆马达造斜钻进方法，包括：
S1,根据设计钻孔的轨迹状况，选用合适弯头大小的的螺杆马达；
S2,连接钻具组合，使钻头、螺杆马达、马达工具面、下无磁钻杆、测量探管、上无磁钻杆和钻杆连接在一起，使钻具组合完整，然后将整个钻具连接送水器和高压送水胶管，再通过讯电缆和监视器与整个钻具电连接，接着调整好螺杆马达工具面向角Ω，使其弯头朝正上，使用随钻测量装置进行工具面修正；
S3,在钻进过程中，使用随钻测量装置测量钻孔轨迹和螺杆马达弯头朝向，并根据通讯电缆和监视器传输的信息观察钻孔轨迹与设计轨迹的偏离状况，调整螺杆马达弯头朝向，即控制螺杆马达工具面向角大小，从而控制钻孔轨迹沿设计延伸。
优选地，所述马达工具面的偏移角度可分为四个象限。
优选的，所述密封机构包括固定套接在上无磁钻杆外侧壁上的密封装置，所述密封装置的侧面设有压风截止阀，所述密封装置的长度为mm，且所述密封装置内部内置有单层钢丝绳，所述上无磁钻杆的侧壁设有排渣管，所述排渣管为斜段和竖段设置，所述排渣管的端部固定连接有外路段，所述斜段与外露段夹角为°，所述斜段内安装有自锁挡板，所述自锁挡板与外露段通过合页连接，所述外露段的外侧壁套接有密封橡胶圈，所述密封橡胶圈通过多个固定螺栓安装在外露段的外侧壁上。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1、通过本组合钻具的使用方法，使钻进方式为滑动定向钻进，通过泥浆泵提供高压水流驱动螺杆马达旋转钻进，钻机向孔内钻具施加钻压，通过调整马达工具面实现调整钻孔施工方位或开分支，解决了传统的钻孔围岩应力发生变化，导致抽采钻孔塌孔的情况，避免了瓦斯封堵抽采的涌出通道的问题，有效的瓦斯抽放效率。
2、通过密封装置的设置，封堵套管与煤壁之间空隙，杜绝孔内瓦斯通过此通道涌出至巷道，且密封装置内部内置有单层钢丝绳，压接在套管表面，利用井下巷道静压风即可鼓起，斜段内安装有自锁挡板，自锁挡板与外露段通过合页连接，当煤渣较多时，挡板打开，煤渣沿着斜段进入竖段至底部，当无煤渣时，挡板依靠重力闭合，封堵钻孔与巷道空气连接通道。
附图说明
图1为本发明提出的一种螺杆马达造斜钻进方法的结构示意图；
图2为本发明提出的一种螺杆马达造斜钻进方法螺杆马达的结构示意图；
图3为本发明提出的一种螺杆马达造斜钻进方法马达工具面的结构象限图；
图4为图1中A处的放大图。
图中：1钻头、2螺杆马达、3马达工具面、4下无磁钻杆、5测量探管、6上无磁钻杆、7钻杆、8送水器、9高压送水胶管、10通讯电缆、11监视器、12调节马达、13密封装置、14压风截止阀、15排渣管、16密封橡胶圈、17固定螺栓、18自锁挡板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-4，一种螺杆马达造斜钻进方法，包括钻头1，钻头1的一端固定连接有螺杆马达2，螺杆马达2远离钻头1的一端固定连接有马达工具面3，马达工具面3远离螺杆马达2的一端固定连接有下无磁钻杆4和上无磁钻杆6，下无磁钻杆4和上无磁钻杆6的外侧壁固定套接有测量探管5，上无磁钻杆6远离下无磁钻杆4的一端固定连接有钻杆7，钻杆7远离上无磁钻杆6的一端固定连接有送水器8，送水器8的侧面连通设有高压送水胶管9，送水器8的侧面电连接有通讯电缆10，通讯电缆10远离送水器8的一端电连接有监视器11，马达工具面3的内部固定连接有调节马达12，调节马达12的输出端与下无磁钻杆4连接，测量探管5由无线电磁波测量探管本体、电池筒、无磁外管和绝缘短节组成，电池筒为无线电磁波测量探管提供电源，测量探管5将测得的钻孔数据通过通讯电缆10以电磁波形式传输到监视器11中，下无磁钻杆4和上无磁钻杆6采用无磁钢材料加工，两者内部均设有大通孔结构，外部设计螺旋槽结构，钻具组合为，Ф96mm定向钻头1、Ф73mm螺杆马达2、2mФ76mm下无磁钻杆4、0.6mФ76mm测量探管5、3mФ76mm上无磁钻杆6、多个Ф73mm通缆钻杆7、Ф73mm通缆水尾，以压风或者水力作为动力，带动孔底马达，以便带动钻头装置，达到通孔的目。
马达工具面3的偏移角度可分为四个象限，马达工具面3的工具面向角对倾角的影响如图3所示，当工具面3位于Ⅰ、Ⅳ象限时，其效应是增斜的；当工具面3位于Ⅱ、Ⅲ象限时，其效应为降斜的，若工具面向角Ω＝0°或180°，则其效应是全力造斜上仰或全力降斜，螺杆马达工具面向角对钻孔的方位也有着显著影响，当工具面3位于Ⅰ、Ⅱ象限时，其效应是增方位的；当工具面3位于Ⅲ、Ⅳ象限时，其效应为降方位的，若工具面向角Ω＝90°，则为全力增方位；若Ω＝270°，则为全力减方位。
一种螺杆马达造斜钻进方法，包括：
S1,根据设计钻孔的轨迹状况，选用合适弯头大小的的螺杆马达；
S2,连接钻具组合，使钻头、螺杆马达、马达工具面、下无磁钻杆、测量探管、上无磁钻杆和钻杆连接在一起，使钻具组合完整，然后将整个钻具连接送水器和高压送水胶管，再通过讯电缆和监视器与整个钻具电连接，接着调整好螺杆马达工具面向角Ω，使其弯头朝正上，使用随钻测量装置进行工具面修正；
S3,在钻进过程中，使用随钻测量装置测量钻孔轨迹和螺杆马达弯头朝向，并根据通讯电缆和监视器传输的信息观察钻孔轨迹与设计轨迹的偏离状况，调整螺杆马达弯头朝向，即控制螺杆马达工具面向角大小，从而控制钻孔轨迹沿设计延伸。
上无磁钻杆6的侧面连接有密封机构，密封机构包括固定套接在上无磁钻杆6外侧壁上的密封装置13，密封装置13的侧面设有压风截止阀14，密封装置13的长度为300mm，通过密封装置13的设置，封堵套管与煤壁之间空隙，杜绝孔内瓦斯通过此通道涌出至巷道，且密封装置13内部内置有单层钢丝绳，压接在套管表面，利用井下巷道静压风即可鼓起，上无磁钻杆6的侧壁设有排渣管15，排渣管15为斜段和竖段设置，排渣管15的端部固定连接有外路段，斜段与外露段夹角为120°，斜段内安装有自锁挡板18，自锁挡板18与外露段通过合页连接，当煤渣较多时，挡板18打开，煤渣沿着斜段进入竖段至底部，当无煤渣时，挡板18依靠重力闭合，封堵钻孔与巷道空气连接通道，外露段的外侧壁套接有密封橡胶圈16，避免目前的外露段与钻杆连接处间隙较大，瓦斯喷孔时，高浓度瓦斯会通过此通道喷至巷道的情况，密封橡胶圈16通过多个固定螺栓17安装在外露段的外侧壁上，当密封橡胶圈16与钻杆空隙较大时可及时更换。
通过本组合钻具的使用方法，使钻进方式为滑动定向钻进，通过泥浆泵提供高压水流驱动螺杆马达旋转钻进，钻机向孔内钻具施加钻压，通过调整马达工具面3实现调整钻孔施工方位或开分支，解决了传统的钻孔围岩应力发生变化，导致抽采钻孔塌孔的情况，避免了瓦斯封堵抽采的涌出通道的问题，有效的瓦斯抽放效率。
同时螺杆马达能够进行定向钻进主要基于两个缘由，一是螺杆马达工作时钻头回转破碎岩石，而钻具外管及钻杆柱不回转；二是可以通过采用调节万向轴上的弯接头方向可进行定向造斜，只要保证正常钻进中螺杆马达的方向不发生变化，就可使钻孔按预定方向延伸。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种螺杆马达造斜钻进装置，包括钻头(1)，其特征在于，所述钻头(1)的一端固定连接有螺杆马达(2)，所述螺杆马达(2)远离钻头(1)的一端固定连接有马达工具面(3)，所述马达工具面(3)远离螺杆马达(2)的一端固定连接有下无磁钻杆(4)和上无磁钻杆(6)，所述下无磁钻杆(4)和上无磁钻杆(6)的外侧壁固定套接有测量探管(5)，所述上无磁钻杆(6)远离下无磁钻杆(4)的一端固定连接有钻杆(7)，所述钻杆(7)远离上无磁钻杆(6)的一端固定连接有送水器(8)，所述送水器(8)的侧面连通设有高压送水胶管(9)，所述送水器(8)的侧面电连接有通讯电缆(10)，所述通讯电缆(10)远离送水器(8)的一端电连接有监视器(11)，所述马达工具面(3)的内部固定连接有调节马达(12)，所述调节马达(12)的输出端与下无磁钻杆(4)连接，所述上无磁钻杆(6)的侧面连接有密封机构。
2.根据权利要求1所述的一种螺杆马达造斜钻进装置，其特征在于，所述测量探管(5)由无线电磁波测量探管本体、电池筒、无磁外管和绝缘短节组成，电池筒为无线电磁波测量探管提供电源，测量探管(5)将测得的钻孔数据通过通讯电缆(10)以电磁波形式传输到监视器(11)中。
3.根据权利要求1所述的一种螺杆马达造斜钻进装置，其特征在于，所述下无磁钻杆(4)和上无磁钻杆(6)采用无磁钢材料加工，两者内部均设有大通孔结构，外部设计螺旋槽结构。
4.根据权利要求1所述的一种螺杆马达造斜钻进装置，其特征在于，所述钻具组合为，Ф96mm定向钻头(1)、Ф73mm螺杆马达(2)、2mФ76mm下无磁钻杆(4)、0.6mФ76mm测量探管(5)、3mФ76mm上无磁钻杆(6)、多个Ф73mm通缆钻杆(7)、Ф73mm通缆水尾。
5.一种螺杆马达造斜钻进方法，其特征在于，包括：
S1,根据设计钻孔的轨迹状况，选用合适弯头大小的的螺杆马达；
S2,连接钻具组合，使钻头、螺杆马达、马达工具面、下无磁钻杆、测量探管、上无磁钻杆和钻杆连接在一起，使钻具组合完整，然后将整个钻具连接送水器和高压送水胶管，再通过讯电缆和监视器与整个钻具电连接，接着调整好螺杆马达工具面向角Ω，使其弯头朝正上，使用随钻测量装置进行工具面修正；
S3,在钻进过程中，使用随钻测量装置测量钻孔轨迹和螺杆马达弯头朝向，并根据通讯电缆和监视器传输的信息观察钻孔轨迹与设计轨迹的偏离状况，调整螺杆马达弯头朝向，即控制螺杆马达工具面向角大小，从而控制钻孔轨迹沿设计延伸。
6.根据权利要求1所述的一种螺杆马达造斜钻进装置，其特征在于，所述马达工具面(3)的偏移角度可分为四个象限。
7.根据权利要求1所述的一种螺杆马达造斜钻进装置，其特征在于，所述密封机构包括固定套接在上无磁钻杆(6)外侧壁上的密封装置(13)，所述密封装置(13)的侧面设有压风截止阀(14)，所述密封装置(13)的长度为300mm，且所述密封装置(13)内部内置有单层钢丝绳，所述上无磁钻杆(6)的侧壁设有排渣管(15)，所述排渣管(15)为斜段和竖段设置，所述排渣管(15)的端部固定连接有外路段，所述斜段与外露段夹角为120°，所述斜段内安装有自锁挡板(18)，所述自锁挡板(18)与外露段通过合页连接，所述外露段的外侧壁套接有密封橡胶圈(16)，所述密封橡胶圈(16)通过多个固定螺栓(17)安装在外露段的外侧壁上。
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