CN112901073B - 复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征为，其包括送水器、钻杆、转向短节一、测量探管一、上无磁钻杆、测量探管二、下无磁钻杆、转向短节二、钻头，送水器一端连接于钻杆，钻杆通过转向短节一连接于测量探管一，测量探管一连接于上无磁钻杆，上无磁钻杆通过测量探管二连接于下无磁钻杆，下无磁钻杆连接于转向短节二，转向短节二一端安装有钻头；送水器另一端安装有通信电缆。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体是复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置。
背景技术
高位定向长钻孔实质利用的是煤矿井下随钻测量定向钻进技术，该技术起源于石油钻井，随着煤矿瓦斯灾害事故形势日趋严峻，并将该技术引用到煤矿治理瓦斯灾害方面，煤层地质环境对定向钻进技术具有很大的影响，而我国煤层地质情况又比较复杂，因此，导致成孔困难，整体试用效果不佳，经过大量的井下实钻打孔的经验得知，高位定向孔在钻进过程中遇到的主要难点是：井下地层状况复杂，定向钻孔在钻进过程中，面临的首要问题就是地下矿井复杂的地层结构。
为改变这一现状，我们提供一种复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，高位定向长钻孔实质就是依靠井下定向钻进系统，在采空区上覆岩层的裂隙带内平行稳定的打通一条抽采瓦斯的通道。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征为，其包括送水器、钻杆、转向短节一、测量探管一、上无磁钻杆、测量探管二、下无磁钻杆、转向短节二、钻头，送水器一端连接于钻杆，钻杆通过转向短节一连接于测量探管一，测量探管一连接于上无磁钻杆，上无磁钻杆通过测量探管二连接于下无磁钻杆，下无磁钻杆连接于转向短节二，转向短节二一端安装有钻头；送水器另一端安装有通信电缆。
进一步地，作为优选，所述转向短节一和所述转向短节二为相同设计，其均包括传力节，传力节包括上传力节、下传力节，上传力节与下传力节铰链连接，且在上传力节内部固定安装有双轴电机，双轴电机通过转动轴将上传力节与下传力节；且转动轴通过上传力节的开孔与下传力节的铰轴座固定连接。
进一步地，作为优选，所述测量探管一、测量探管二为相同设计，其均包括设置于管道内壁的角度测量机构，借助测量探管及时测出钻孔行进过程中的参数，并对遇到的问题及时作出调整，进而实现定向钻进。
进一步地，作为优选，所述角度测量机构包括固定架、转盘、连接轴、固定壳，固定壳为内部为空腔的球形机构，固定壳安装于测量探管内部；固定架为“十”字结构，设于固定壳内部；转盘通过连接轴转动连接于固定架“十”字结构中间，且转盘一侧下部设有配重块。
进一步地，作为优选，所述角度测量机构还包括感应器，感应器包括发射端、接收端，发射端设于所述固定架“十”字内部一侧，接收端设置于转盘一侧。
进一步地，作为优选，所述接收端环形，其与发射端相对设置。
进一步地，作为优选，所述转盘与连接轴之间设有润滑剂，减小摩擦力。
与现有技术相比，在治理采空区内瓦斯浓度超限问题上，高位定向长钻孔其自身的优势在于：
(1)通过探测管道内设置的角度测量机构，通过管道偏转，使得固定架与转盘发生角度变化，通过传感器对角度变化检测，实现钻孔倾角的随钻测量；
(2)通过转向短节内的双轴电机转动，带动上传力节、下传力节之间发生角度变化，从而实现钻杆在轨迹发生偏差之后就行及时纠正；
(3)缩短工期
对于定向钻孔在上覆岩层中的施工，不需要等到工作面的巷道全部布置好，它可提前在主巷内向开挖层顶板裂隙带进行定向作孔.因此，有效缩短了工作面整个生产周期。
(4)单孔抽采瓦斯量大且浓度高
高位定向长钻孔主要孔段平行于煤层布置在裂隙带，其有效孔段比普通顶板高位钻孔要长且单孔直径大，单孔抽采瓦斯量远远大于普通钻孔抽采量。
(5)钻场数量少
高位定向长钻孔可以依据其几百米的钻孔长度来布置钻场，而普通高位钻场每隔几十米就需要布置一次，既增加了钻场布置成本，还增加了瓦斯泄漏的风险，同时，普通高位钻场的多次布置，在工作面开采活动中，容易发生交叉作业现象，增加工作面安全隐患。
(6)钻孔用途广
该钻孔不仅可以当作抽采孔进行瓦斯抽采工作，还可以用作勘探孔和岩层疏水孔，一孔多用，提高钻孔利用率。
附图说明
图1为复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置的结构示意图；
图2为转向短节的结构示意图；
图3为角度测量机构的结构示意图；
图4为角度测量机构的侧视图；
图5为转盘的结构示意图；
图中：1-送水器；10-通信电缆；2-钻杆；3-转向短节一；30-传力节；31- 上传力节；32-下传力节；33-双轴电机；34-转动轴；4-测量探管一；5-上无磁钻杆；；6-测量探管二；60-角度测量机构；61-固定架；62-转盘；63-感应器；631-发射端；632-接收端；64-连接轴；65-固定壳；7-下无磁钻杆；8-转向短节二；9-钻头。
具体实施方式
本发明提供了复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征为，其包括送水器1、钻杆 2、转向短节一3、测量探管一4、上无磁钻杆5、测量探管二6、下无磁钻杆7、转向短节二8、钻头9，送水器1一端连接于钻杆2，钻杆2通过转向短节一3 连接于测量探管一4，测量探管一4连接于上无磁钻杆5，上无磁钻杆5通过测量探管二6连接于下无磁钻杆7，下无磁钻杆7连接于转向短节二8，转向短节二8一端安装有钻头9；送水器1另一端安装有通信电缆10。
转向短节一3和所述转向短节二8为相同设计，其均包括传力节30，传力节30包括上传力节31、下传力节32，上传力节31与下传力节32铰链连接，且在上传力节31内部固定安装有双轴电机33，双轴电机33通过转动轴34将上传力节31与下传力节32；且转动轴34通过上传力节31的开孔与下传力节32 的铰轴座固定连接，通过转向短节内的双轴电机转动，带动上传力节、下传力节之间发生角度变化，从而实现钻杆在轨迹发生偏差之后就行及时纠正。
测量探管一4、测量探管二6为相同设计，其均包括设置于管道内壁的角度测量机构60，借助测量探管及时测出钻孔行进过程中的参数，并对遇到的问题及时作出调整，进而实现定向钻进。
角度测量机构60包括固定架61、转盘62、连接轴64、固定壳65，固定壳65为内部为空腔的球形机构，固定壳65安装于测量探管内部；固定架61为“十”字结构，设于固定壳65内部；转盘62通过连接轴64转动连接于固定架“十”字结构中间，且转盘62一侧下部设有配重块621。
角度测量机构60还包括感应器63，感应器63包括发射端631、接收端632，发射端631设于所述固定架61“十”字内部一侧，接收端632设置于转盘62一侧，通过探测管道内设置的角度测量机构，通过管道偏转，使得固定架与转盘发生角度变化，通过传感器对角度变化检测，实现钻孔倾角的随钻测量；
接收端632环形，其与发射端631相对设置。
转盘62与连接轴64之间设有润滑剂，减小摩擦力。
具体实施时，复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，技术原理是
通过探测管道内设置的角度测量机构，通过管道偏转，使得固定架与转盘发生角度变化，通过传感器对角度变化检测，实现钻孔倾角的随钻测量；
通过转向短节内的双轴电机转动，带动上传力节31、下传力节32之间发生角度变化，从而实现钻杆在轨迹发生偏差之后就行及时纠正；
利用探管角度测量机构可随钻测量钻孔倾角、方位角和工具面向角(螺杆钻具弯头朝向)，通过钻机转向短节转动钻杆一定角度来调节工具面向角，实现定向钻进的目标；若实测轨迹与设计轨迹出现了偏差，可通过利用增斜、降斜、增方位、降方位等方法调整面向角，从而将轨迹偏差部分及时纠正，使其继续按照原来预设轨迹继续钻进。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征为，其包括送水器(1)、钻杆(2)、转向短节一(3)、测量探管一(4)、上无磁钻杆(5)、测量探管二(6)、下无磁钻杆(7)、转向短节二(8)、钻头(9)，送水器(1)一端连接于钻杆(2)，钻杆(2)通过转向短节一(3)连接于测量探管一(4)，测量探管一(4)连接于上无磁钻杆(5)，上无磁钻杆(5)通过测量探管二(6)连接于下无磁钻杆(7)，下无磁钻杆(7)连接于转向短节二(8)，转向短节二(8)一端安装有钻头(9)；
送水器(1)另一端安装有通信电缆(10)；
所述转向短节一(3)和所述转向短节二(8)为相同设计，其均包括传力节(30)，传力节(30)包括上传力节(31)、下传力节(32)，
上传力节(31)与下传力节(32)铰链连接，且在上传力节(31)内部固定安装有双轴电机(33)，双轴电机(33)通过转动轴(34)将上传力节(31)与下传力节(32)进行连接；
且转动轴(34)通过上传力节(31)的开孔与下传力节(32)的铰轴座固定连接。
2.根据权利要求1所述的复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征在于，所述测量探管一(4)、测量探管二(6)为相同设计，其均包括设置于管道内壁的角度测量机构(60)，借助测量探管及时测出钻孔行进过程中的参数，并对遇到的问题及时作出调整，进而实现定向钻进。
3.根据权利要求2所述的复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征在于，所述角度测量机构(60)包括固定架(61)、转盘(62)、连接轴(64)、固定壳(65)，
固定壳(65)为内部为空腔的球形机构，固定壳(65)安装于测量探管内部；
固定架(61)为“十”字结构，设于固定壳(65)内部；
转盘(62)通过连接轴(64)转动连接于固定架“十”字结构中间，且转盘(62)一侧下部设有配重块(621)。
4.根据权利要求3所述的复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征在于，所述角度测量机构(60)还包括感应器(63)，感应器(63)包括发射端(631)、接收端(632)，
发射端(631)设于所述固定架(61)“十”字内部一侧，接收端(632)设置于转盘(62)一侧。
5.根据权利要求4所述的复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征在于，所述接收端(632)环形，其与发射端(631)相对设置。
6.根据权利要求3所述的复杂顶板岩层高位定向长钻孔施工装置，其特征在于，所述转盘(62)与连接轴(64)之间设有润滑剂，减小摩擦力。
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