CN1259188A - 用于钻孔的可直立臂总成 - Google Patents

Abstract

一种用于钻孔的可直立臂总成(14),该可直立臂总成包括一个主体(20)和一个臂件(22),该臂件可在一个折叠位置和一个直立位置之间移动,其中,在折叠位置时,该总成可以从钻孔中移出,该臂总成适于容纳液压钻孔总成,该液压钻孔总成包括一个液压切割装置(16)和一个柔性软管钻绳,使得在臂件直立期间,臂件可以含有至少部分的液压钻孔总成,并且当在直立位置时,臂件能够将液压切割装置引向钻孔壁,总成还包括至少一个传感器,用于监测臂件或者液压钻孔总成。

Description

用于钻孔的可直立臂总成

                        发明领域

本发明涉及用于钻孔的可直立臂总成，特别是涉及一个可以将流体切刀引向钻孔壁的总成。

                        技术背景

造斜器是采矿和石油工业中众所周知的，用来改变钻孔的方向(定向钻孔)。自最早时代以来，就通过在钻孔中放置锥形楔或者“造斜器”，迫使钻头斜向一旁，来使钻孔偏入一个新的方向，并且，众所周知，不同的底孔总成具有增加或者减小孔倾斜度的趋势。没有一种钻孔方法是对所有曲率半径都能令人满意的。因此，习惯上，在这些方法中，分为长的、中等的、短的和超短的半径方法。本发明涉及通常被限定具有2英尺(0.6米)或者更小半径的超短半径方法。

定向钻探的井分为两大类。在第一类中，任务是达到通过直的竖向钻孔不能接近的位置。目的是达到沿着水平方向离开钻孔位置实质的距离。第二类包括这样的井，其中，特别是在蓄油或者蓄气池的井的部分被给予特定的方位，以便增加产量。该第二类的一个实例是竖向贫池，即在那里，水平孔可以比竖向孔接触较大部分的油池或者气池，从而可增加排出的接触面积。本发明主要涉及的是该第二类的定向钻探。

已经研制出可应用于第二类定向钻探的超短半径的造斜器。

现有的超短半径的造斜器的共同特征是，要求在底孔总成中并入一个装置，其或者是围绕超短半径推动钻绳并进入要钻探的矿层的装置，或者是采用复杂的液压活塞驱动装置。用于这些造斜器的钻绳，或者是分段的管路或者是盘绕的管路。

还已知将钻绳和/或刀具旋入钻孔壁的更复杂的装置。例如，美国专利5197783描述了一种用于钻孔中的洞孔形成装置，其具有一个可直立的臂件，该臂件设置有液压切割喷嘴，来在钻孔中切割出大的洞孔。

美国专利4497381描述了一种钻绳弯曲总成，该总成具有一个可将钻绳引入侧壁的延伸臂部分。

现有的造斜器和其他相似的装置的缺点在于，不正确地确定在下孔中和钻探过程中的各种参数方面。例如，必须确定：液压刀具行驶的距离，分段的或者盘绕的管路钻绳是否正在正确地通过孔供入，何时液压刀具恰当地缩回，以便臂件可以被缩回，臂件的方位，臂件的倾斜度等。

本发明的总成可以与这样一种钻探系统一起应用，即该钻探系统利用高压软管作为柔性软管钻绳和自进式液压切割喷嘴。这样的喷嘴已经在国际申请NO.PCT/AU96/00783中有所描述。

本发明涉及一种从现有钻孔定向钻探横向钻孔的方法和这样一种总成，该总成可被下降到现有钻孔中，并且该总成具有一个臂件，该臂件可以直立起来，以便将刀具和/或钻绳置入钻孔的侧壁中。

可供选择的是，当臂件直立时，总成可以在钻孔的侧壁上切出狭槽。

本发明的目的是提供一种方法和总成，其可以克服上述的缺点，或者向客户提供有用的或者商业上的选择。

本发明的第一方面内容，在于一种可用于钻孔中的可直立臂总成，该可直立臂总成包括一个主体和一个臂件，该臂件可在一个折叠位置和一个直立位置之间移动，其中，在折叠位置时，总成可以从钻孔中移出，臂件适于容纳液压钻孔总成，该液压钻孔总成包括一个液压切割装置和一个柔性软管钻绳，使得在臂件直立期间，臂件可以含有至少部分的液压钻孔总成，并且当在直立位置时，臂件能够将液压切割装置引向钻孔壁，总成还包括至少一个传感器，用于监测臂件或者液压钻孔总成。

本发明的第二方面内容，在于从现有钻孔形成至少一个横向钻孔的方法，该方法包括将一个可直立臂总成下降到钻孔中的希望的位置处，该总成具有一个主体和一个可直立臂件，布置自进式液压切割装置，使得至少在臂件直立时，使该切割装置由臂件来支承，操动液压切割装置，使该液压切割装置从臂件自行前进，而进入钻孔的侧壁，以便在由在钻孔中的臂件的位置所示的方向上形成横向孔。

本发明的第三方面的内容，在于一种可用于钻孔中的可直立臂总成，该可直立臂总成包括一个主体和一个臂件，该臂件可在一个折叠位置和一个直立位置之间移动，其中，在折叠位置时，总成可以从钻孔中移出，在直立位置时，臂件能够将液压钻孔总成引向钻孔壁。

在本发明的另一个方面的内容，在于一种形成至少一个距现有钻孔已知距离的横向钻孔的方法，它包括将一个总成下降到钻孔中的希望的位置处，该总成具有一个主体和一个可直立臂件，布置自进式液压切割装置，使得至少在臂件直立时，使该切割装置由臂件来支承，操动液压切割装置，使该液压切割装置从臂件自行前进，而进入钻孔的侧壁，以便在由在钻孔中的臂件的位置所示的方向上形成横向孔。

最好是，本方法包括由至少一个在总成上的传感器来监测横向钻孔的长度。

本方法可以用来在近似同一平面内但是在不同的方向上形成几个横向孔，并且这可以通过在投射液压刀具之前转动在现有钻孔中的总成来达到。该方法也可以用来在不同的平面内形成几个横向孔。

该方法可以包括上述的总成和具有上述的各种传感器。

本方法和总成可以用作紧凑的活动半径范围钻探系统(TRD系统-tight radius drilling system)，这意味着，柔性软管钻绳可以在通常是小于300毫米的短的半径范围内转过90°。

本方法和总成可以用来从单一的现有钻孔的同一层位和/或多个层位钻探多个横向钻孔，例如来从煤层中吸取甲烷。现有钻孔通常是竖向的或者接近竖向的。横向钻孔通常沿着煤层的方向并且通常是水平的。在完成横向钻孔之后，开始借助简单的孔底泵或者类似装置使现有钻孔中的水面降低，来从井中生产气体。该技术在甲烷的解除吸附压力等于或者小于地下水面的静压头的煤层中是极为有效的，就像世界上大多数的煤沉积层的情况一样。

本方法和总成几乎可以直接从现有的钻孔井形成超过200米的水平横向钻孔。这样，便可以从单一的钻孔中排出较大面积的煤。钻孔可以延伸到至少400米的深度，在某些情况下，可以超过600米。

紧凑半径范围弯曲有助于消除在为较大半径范围偏斜井抽水时所遇到的大量问题，而仅仅要求将一个基本的孔底泵放置在现有钻孔中，来排泄所有的从那口井分支出来的横向钻孔。

上述的方法和总成特别适用于，但决不是仅仅适用于，从诸如煤层的地下沉积层中回收甲烷。可供选择的本发明的一种形式是，包括了上述的定向钻探方法和总成的用于从地下沉积层回收甲烷的方法和总成。

合适的是，总成的主体是狭长的，并且具有棱柱形结构或者管形结构。主体可以具有槽形横截面。

臂件可枢转地连接在主体上，使得它可以围绕一个枢轴在折叠位置和伸出位置之间移动。优选的是，在缩回位置的臂件完全或者基本上完全处于主体中。例如，主体可以具有敞开的前方，通过该敞开的前方，臂件可以伸出。或者，主体可以设置有一个凹进部分，当臂件在缩回位置时，它可以放置在该凹进部分中。

臂件可以包括单一的元件，或者许多元件连接在一起的元件。例如，如果当柔性软管钻绳通过总成被引导时需要较大的弯曲度，臂件可以由两个连接的元件来构成。

臂件可以包括单一的元件，或者许多元件可以铰接在一起，套接在一起，和其他类似方法连接的分开的元件。

当臂件在缩回位置时，其不会对总成在钻孔中的运动形成任何妨碍。

臂件可以通过致动器在其缩回位置和伸出位置之间移动。致动器可以放置在主体内。致动器可以包括液压的或者气动的作动筒，作动筒的一端相对主体连接，其另外一端相对臂件连接。

臂件可以包括滑动连接装置。在该装置中，臂件可以铰接地连接在主体上。一个连接件可以枢转地连接在臂件上，和一个滑动块上。该滑动块可以沿着导轨滑动，并且连接在一个致动器上。该致动器可以使滑动块沿着其导轨滑动，而这又可以使臂件在缩回位置和伸出位置之间移动。

最好是，臂件被构形成可以让它支承柔性软管钻绳。因此，当总成放置在位，并且该臂件移动到其伸出的位置时，臂件可以保持在其伸出的位置上，并且柔性软管钻绳可以通过管形主体的上部和沿着臂件向下通过现有的钻孔，从而使钻绳定位，来形成横向钻孔。

为此，臂件可以在构形上可以是管形的，以便让柔性软管钻绳从其通过。或者，也可以设想诸如支杆，引导件等其他支承柔性软管钻绳的方法。

在本发明的另一形式中，总成容纳着自进式液压切割装置。该以流体作动力的切割装置可以自行推进，并且是可以操动的。

切割装置可以连接在管子，软管，或者其结合形式的柔性软管钻绳上，高压流体可以通过它，以便提供所需要的切割装置的推力，并且，可选择地还可向前喷嘴提供高压流体。

在该形式中，切割装置可以由臂件固持住，并且，如果臂件是管形的，可以被布置在臂件中。

滚子，滑轮等形式的引导件可以布置在管形主体内和/或臂件上，以便当切割装置从总成移开时，可以引导管子或者软管通过总成。在一个实施例中的切割装置，具有一个基本上管形的钢体，该钢体带有至少一个向前的高压水切割喷嘴，和至少一个将装置向前方推进的后推进喷嘴。

该总成可以布置在现有钻孔中的希望的高度处，用来发出切割装置，以便挖掘一系列的横向钻孔。在切割装置再次发射出去之前，总成可以在钻孔中转向。可以设置卡紧装置，来将总成卡紧在钻孔的希望的方位上。卡紧装置可以设置在总成的臂件之下，并且可以包括一个可延伸的零件，该零件可以被致动，以便将总成卡紧在钻孔壁上或者套管上。

为便于臂件的顺利移动，可以设置至少一个冲洗喷嘴，来冲洗掉任何当切割装置运行时可能落在总成上，特别是臂件周围的切屑。

如果总成没有自行开槽的能力，则需要在现有钻孔中形成一个洞孔，以便让臂件可以支起来。惯用的洞孔形成器是已知的，但是这些装置通常不能形成精确尺寸和形状的洞孔。如果总成落入太大的洞孔中，并且臂件被支起来，那么，臂件的自由端可能与洞孔壁有一定距离。如果液压切割装置被发射出去，它可能被卡在臂件的自由端和洞孔壁之间，或者可能丧失其理想的方位。

因此，可以设置一个钻洞孔器，其可以钻出足够精确的洞孔，来让总成正确地工作。钻洞孔器可以包括一个可下降到现有钻孔中的可转动的主体，和多个可直立的臂件，这些臂件可以在一个基本上与主体在一条线上的折叠位置，和臂件将欲与钻孔侧壁相接触的延伸位置之间移动，臂件设置有切割装置和驱使臂件进入延伸位置的装置，以便当钻洞孔器在钻孔中转动时，可以在钻孔中钻出洞孔。

在本发明的另一变型中，臂件可以具有切割装置，以便当臂件向其延伸位置移动时，可以在钻孔壁中切出狭槽。在该实施例中，当臂件从主体伸出时，总成可以切出狭槽，因此，可以不需要洞孔，或者可以采用小型洞孔。

切割装置可以包括，当臂件伸出时其可以切入钻孔侧壁的任何种类的切割装置。合适的是，切割装置包括可以通过一个或者多个喷嘴的高压流体。

优选的是，设置一些切割装置，并且沿着臂件隔开布置。合适的是，一个或者多个切割装置布置在臂件的前边上，即接近被切割钻孔侧壁的臂件的边或者部位处。

如果切割装置包括通过喷嘴的高压流体，那么，最好是喷嘴沿着臂件隔开布置，使得在第一喷嘴和第二喷嘴之间的间距，大约是高压流体工作距离的间距。也就是说，如果高压流体能够有效地切割某一距离，那么，第二喷嘴最好是布置在那个距离上，使得通过第二喷嘴的高压流体可以扩展联合工作流体的切割距离。

可以包括一些传感器和/或仪器部件，以便控制钻探系统。自地面的高压软管的过分供给，可能造成在总成入口处的集拢。在一个滚子上的铰接处可以具有一个应变仪，用来测量作用在滚子上的力。这可以指示通过总成的高压软管的拉紧程度。在液压作动筒处的位置传感器和在臂件处的倾斜传感器，可以测量臂件的倾斜程度。接触或者感应传感器可以布置在臂件上，以便指示钻探总成确实从横向钻孔缩回的情况。压力传感器和温度表可以布置在总成上，以便测量现有钻孔流体静压力和温度。光学传感器可以布置在总成上，以便接收出自横向钻孔的切屑的反光，从而可评估颜色的变化。因此，可以可以对进行钻探的地层进行评估。

更具体来说，在臂件上的切割装置的位置，可以由检测切割装置钢体存在的电磁传感器进行检测。该传感器可以布置在臂件上。除了上述的电磁传感器，或者说是作为可以代替它的方案，可以设置一种电传感器，其利用钢体完成电路，来检测切割装置的钢体。

正确地确定切割装置完全处在臂件中，是很重要的，以便防止臂件缩回时它被卡住。

臂件的直立角对于确定臂件内的切割装置的发射角是很重要的。可以采用确定作动筒延伸程度的传感器，它将可以确定臂件相对于总成主体的直立角度。除此之外，或者说可以代替它的是，可以采用臂件倾斜度传感器。该传感器可以包括倾斜传感器。

除了臂件从主体部分伸出程度以外，确定总成的方位以便正确地定位臂件，也是很重要的，以便能够围绕现有钻孔钻出横向钻孔。在一个实施例中，采用罗盘来确定方位。

在采用柔性软管作为钻绳的情况下，有软管盘绕在钻孔中的可能性。因此，下降到现有钻孔中的软管的长度不总是能够很好地指示由流体刀具切出的横向钻孔的长度。因此，总成可以包括一个检测软管通过总成行驶的速度和方向的传感器。该传感器可以包括一个被偏压在软管上的安装在总成上的译码器轮。

可以设置其他一些其不是总成的一部分但是可以确定柔性软管钻绳的各种参数的传感器。例如，可以设置地面传感器，来确定向下供入现有钻孔中的软管拉紧力的大小，该传感器可以包括载荷传感器。软管可以缠绕在软管转鼓上，而该转鼓可以包括载荷传感器，来确定软管的拉紧力。

                        附图简述

现在参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1是示出了竖向钻孔和煤层的简图；

图2，2A和2B是本发明一个实施例的总成图，其臂件处于缩回的位置；

图3，3A和3B是图2的总成图，但是臂件处于延伸位置；

图4是一个可供选择的总成的视图，该总成具有单个的连接臂件，而没有刀具，并且处于延伸位置；

图5是另外一个处于缩回位置的另一个总成的视图，该总成具有流体刀具，未提供通过臂件(即纯刀具)的软管钻绳；

图6是图5中的处于延伸位置的总成视图；

图7是本发明又一个实施例的总成视图，该总成含有一些传感器；

图8是图7的臂件局部放大的视图。

                    优选实施例描述

现在请参阅附图，首先参阅图1，其示意性地示出了超短半径钻孔方法和总成，其用于从现有的竖向钻孔11钻出一个进入煤层10的基本上水平的孔63。

图1示出了预先钻入地面和穿过煤层10的竖向钻孔11。

总成14示于图1中，其布置在在竖向钻孔11的一侧预先形成的槽或洞60中。

一个可操纵自进式液压切割装置16，借助总成14，已经基本上水平地布置在煤层10中。

自进式液压切割装置16，具有约为40-80厘米长，5-15厘米直径的管形钢体。该管形钢体具有一些面向后的高压后喷推进器，这些推进器沿着向前的方向推动切割装置。切割装置的前面设置有一个或者多个挖掘孔用的高压水喷射刀具。高压水由地面泵61提供，并且通过连接在切割装置16后面的高压软管62，供给该切割装置。软管62是柔性的，当切割装置沿着孔63前进时，可通过总成14。为了使切割装置16后退，通过将软管62缠绕在软管绞盘18上，来将其向后拉动，直至切割装置回到臂件22处为止。

软管钻孔绳62延伸到地面，高压泵61和软管绞盘18。高压流体通过软管62，为装置16的前进的喷水刀具和后推进器提供动力，该后推进器向前对着由水喷嘴切割的煤层表面推动该装置。

处在缩回的“在家”位置的切割装置16，最初处于可直立的臂件22中，而臂件22可以从在总成14的主体20内的一个陷入位置移动到一个如图1所示的支起(直立)位置。当然，臂件可以采取部分地支起的位置，同时，臂件的位置确定着液压切割装置16进入洞侧壁的位置。

切割装置16可以沿着竖向钻孔下降，并且当臂件22处于陷入位置时，可以被供入臂件22中，或者可以在总成降入竖向钻孔之前放置在臂件中。在两种情况下，当臂件升起时，切割装置16都在臂件中。

当切割装置本身借助在切割装置上的后推进器而从臂件22推进时，各种传感器(参照附图7作了较好的描述)将检测，切割装置已经脱离臂件22和切割装置行驶路程轨迹的情况。传感器还确保，在总成为了从钻孔撤出而折叠之前，或者为了在洞中重新布置，以便由切割装置挖掘另外一个侧向孔之前，切割装置已经完全缩入臂件22中。

总成14由钻孔夹子70形式的夹紧装置被可放松地锁定在位。夹子70布置在总成14的定中末端件64上和洞60之下。夹子70由一个液压操动臂，一些连接件和推向钻孔壁的膨胀机构所组成，以便确保总成在竖向钻孔中不会扭转。液压动力可以包括加压水。

当切割装置运行时，钻孔夹子70可以防止总成14在竖向钻孔中的不希望的扭转。当切割装置离开臂件22时，高压后喷嘴将推向臂件的侧面。如果总成扭转，臂件将扭转离开由切割装置形成的钻孔入口，而这可以引起高压软管的急剧弯曲，从而可以阻止切割装置前进。

一个仪器室19设置在臂件22的上方，用以处理来自各个传感器的数据。

洞60应当形成得具有良好控制的洞孔直径，以便确保，当臂件22支起时，臂件的端部可以靠在洞壁上，或者非常靠近洞壁地隔开，以便确保在臂件22中的切割装置16可以正确地发动。例如，在臂件22的端部和洞侧壁之间的自由间隙，应当小于切割装置长度的一半。

图1的总成由管形钢钻杆17支承着，而钻杆17由在本技术领域中已知的连接在一起的刚性钢杆组成。或者，该总成可以利用也是在技术领域中已知的盘绕管道降下来。包括电缆和软管，液力和水的控制装置的控制操纵束65，用带子捆起来放入管形钢钻杆17中，并且将检测到的信息，从传感器和在仪器室19中的仪器，发送给地面的计算机。

因此总成可精确地追踪液压刀具相对于总成的位置。

可以设置含有必要设备的地面滑行架9，来使总成下降和升起，和控制切割装置16，并且该滑行架可以含有计算机，来给检测记录解码。

图1仅仅示出了本发明的一般的部件和特征。

图7和8示出了设置有各种传感器和仪器组件的总成80。采用相同的标号来表示相同的部件。总成80具有一个臂件22，当切割装置16处于缩回位置时，该切割装置位于臂件22中。在该实施例中，臂件22基本上被包围起来，形成一个笼子。在臂件22内有一个电磁传感器81，该传感器利用交变磁场检测钢体切割装置16的存在。当切割装置16完全缩入总成的臂件中时，才用传感器81进行检测。应当认识到，如果在折叠总成80以前没有充分将切割装置16缩回，将可导致总成卡在竖向钻孔中。传感器81这样布置，使得只有当切割装置完全缩入臂件22中时，它才能检测切割装置16的钢体。

作为一个备份，设置了第二电子传感器82。该传感器也设置在臂件22上，并且通过利用切割装置钢体完成这样一个电路，其当切割装置与传感器相接触时，又使电路的电阻率显著下降，来检测切割装置16完全缩入臂件的情况。

总成80具有一个液压作动筒84，该作动筒84可使臂件22伸出和折叠。包括一个线性传感器的一个作动筒位置传感器83被合并在作动筒杆中。来自该线性传感器的信号直接与作动筒的伸出有关，而作动筒的伸出反过来又与臂件22的提升角度有关。

作为作动筒位置传感器83的一个备份，在臂件22上设置了一个臂倾斜传感器85。因此，电阻直接与传感器围绕其中央轴线的相对方位有关。传感器85与臂位置传感器相结合，可重复地确定臂的倾斜度，并且，在臂件22发生机械故障的情况下，组合的传感器将可提供某些诊断性的信息。

总成80还包括一个罗盘86。罗盘86是磁通量闸门磁罗盘，用来指示总成80前方的方位角。传感器86是电子的，安装在总成的离开磁性材料的端部。传感器86对于正确确定围绕现有的中央钻孔的侧面径向钻孔的位置是必要的。传感器86将结合有纤维玻璃外套来工作，因为钢的外套将造成不真实的测量记录。回转仪的罗盘将用于采用钢外套的应用场合。

总成80还包括一个柔性软管移动传感器87。传感器87包括一个用来检测软管移过总成80的速度和方向的编码器轮。在该实施例中，传感器87是一个由弹簧加载在柔性软管上的滚轮。当软管穿过总成时，滚轮转动。一系列的磁铁沿着周向放置在滚轮两侧的周围。一些附加传感器这样就位，使得，当滚轮转动时，磁铁通过这些传感器。来自这些附加传感器的信号可以被译释为软管移动的速度和方向。软管移动传感器87可以很好地指示，切割装置16是否穿入煤层，并且有助于防止从地面软管绞盘18供给太多的软管(太高的供给速度可能引起软管的集拢，软管的损坏和总成卡在现有钻孔中的危险)。

仪器室19包括电路板，给各种传感器提供电源，接收来自传感器的信号和将数据发往地面。仪器室19含有温度传感器88，以便监测仪器室内的温度。设置一个压力表90，用来测量静压力。

在地面上，可以采用其它传感器，来确定沿着现有的钻孔向下供给的软管的牵力的大小。例如，载荷传感器可以布置在绞盘转鼓和支承结构上，以便记录表示软管牵力的载荷，以确保，软管不会受到过分的牵引。一个附加的相关传感器可以设置在软管绞盘转鼓上，并且可以由一个载荷传感器组成，该载荷传感器可以指出由软管转鼓马达提供的扭矩。该数据有助于确定在地面上软管的牵力，并且可以与放置在鹅颈式支脚处的载荷传感器相配套。

可以采用地面计算机，来译释来自总成和地面滑行架附近各个地方的仪器的信号。

现在请参阅附图2和3，在那里非常详细地示出了总成14。

总成14包括一个棱柱形主体20，该主体在整个长度上是狭长和中空的。主体20的横截面是半六边形而且前侧敞开。主体20的尺寸设定得，可容许其沿着钻孔下降到希望的位置，例如靠近煤层的地方。

主体20在前方除了有一些刚性的结构固定件21以外是完全敞开。该开孔可让内部臂件22从主体20延伸出来。在图2中的臂件22完全放置在主体20内，因此可让总成14容易地沿着孔11移动。

臂件22，如图2所示，由两个分开的部件，较短的第一臂件23和较长的第二臂件22，构成。臂件23，22在24处铰接地连接在一起，形成一个连接的臂件系统。该些臂件是管形的或者槽形的，以便容许柔性软管钻绳沿着其通过。

该对连接的臂件22，23对沿着第一臂件23和沿着第二臂件22顺着钻孔向下通入主体20的柔性软管钻绳提供了较大的弯曲度。这就提供了一个最小摩擦通路，并且当柔性软管钻绳从竖向向基本水平方向通过时，还可降低柔性软管钻绳纽绞，卡住，或者损坏的可能性。

滚子和类似形式的引导件36布置在臂件22，23中，以便有助于引导柔性软管钻绳沿着臂件通过。

臂件22铰接地连接在一对对置的板件27的一端，该板件在标号28处铰接地连接在主体20上，因此，容许臂件在其延伸位置和缩回位置之间移动。

在棱柱形主体20的下部分有一个致动器29，该致动器29是液压作动筒形式的，具有一个作动筒体和一个作动筒杆29A，该作动筒杆能够以通常的方式移入和移出作动筒体。在图3中，作动筒杆29A连接在一个滑动块50上。滑动块50为滑动运动安装在主体20中，能够在示于图3的上部位置和示于图2的下部位置之间滑动。滑动块50借助作动筒29在其上部位置和下部位置之间移动。这种情况更好地示于图4的实施例中。

铰接地连接在滑动块50上的是一个连接件51。该连接件51由两个隔开的连接杆形成，而这些连接杆当臂件22处于如图2所示的缩回位置时，套嵌在臂件附近。这样便可容许总成以紧凑的方式形成。连接件51在沿着臂件22的近似中间的位置处，可枢转地连接在臂件22上。

因此，当操动作动筒，以延伸作动筒杆29A时，滑动块50被推到其上部位置，而这又使连接件51被推出主体20，这依次又使臂件22移动到如同3所示的伸出位置。作动筒杆29A的缩回，可使臂件22返回，而折叠入主体20中。该致动器和连接件装置，使系统更强大和坚固。

在该实施例中的臂件22是基本上矩形横截面的中空钢件。在上表面30上有切割装置，该切割装置包括成对的或者一排隔开的喷嘴31-34。

喷嘴31-34连接在高压液压管上(未示出)，而高压切割流体可通过喷嘴，来在煤层中挖掘狭槽或者孔洞。

喷嘴31-34彼此隔开一个距离，该距离近似等于通过喷嘴的高压流体的工作距离。这样，当臂件22从主体20内提升时，便可以在煤层中进行有效的挖掘狭槽的工作。

在臂件22内有一些滚子36形式的引导件。滚子36起引导高压软管的作用，而该高压软管为图1所示的可操动的自推进式的喷嘴16提供动力。也就是说，当软管从主体20内沿着臂件22通过时，滚子36可以防止软管纽结。以滚子37形式的其他引导件布置在主体20内和一对隔开的板上，为可操动的自推进式的喷嘴提供动力的高压软管，就在这些板之间通过。

在使用中，总成14沿着钻孔11向下通过，直至其达到希望的(在煤层中的)位置为止。然后将高压水供给喷嘴31-34，同时，致动作动筒，以开始臂件22的移动。起初，臂件22的前部(即靠近喷嘴31处)将接触钻孔侧壁，并且这些喷嘴将开始切入煤层。当臂件22进一步提升时，通过喷嘴31-34的高压水也将开始切入煤层。臂件22的移动量可以由作动筒29的致动程度来控制，因此，臂件22可以提升到90°或者更多，但是，如果煤层不是水平的，也可以根据例如煤层的倾斜度部分地被提升。

一旦臂件22已经提升到其希望的量，高压水便从喷嘴31-34关掉，柔性软管钻绳可以沿着现有的钻孔11向下降而进入臂件22。钻绳的端部设置有切刀，例如液压切刀，然后切出进入煤层的通道。

在一个变型中，可操动的自进式喷嘴，可以在总成下降到钻孔中以前，放置在臂件22中。在该变型中，向可操动的自进式喷嘴供应高压水的高压软管由滚子36和37引导，并且向上通过钻孔11到高压泵和软管绞盘18。因此，软管形成可操动的自进式喷嘴的钻绳。

来自高压水泵61的水，通过高压软管，以每分钟234升高达1150巴的满压，供给喷嘴16，借此操动一个切割喷嘴或者多个喷嘴和推进一个后喷嘴或者多个喷嘴。自进式喷嘴穿过煤层，而连续的柔性软管钻绳(即高压软管)被拖在它后面。

自进式喷嘴，在通常的小于两个小时的钻探时间内，可穿入煤层直达200米或者更多的距离。然后，喷嘴可以通过缠绕高压软管而被缩回。然后可以致动作动筒29，使臂件22返回到其如图2所示的缩回的位置。然后可以将总成14向上拉出钻孔，或者，可以使其围绕其纵向轴线转动，并且使臂件伸出，以便在煤层中挖掘另外一个通道。

总成14可以借助惯用的钢质管形钻杆，或者其他诸如盘绕管路的装置，而连接在地面上。钢质管形钻杆或者管路可将总成14支承在钻孔中。钻绳或者管路可提供通道，以便让高压流体通过钻绳或者管路，再进入切割喷嘴31-34。或者，柔性高压软管可以用来将水供给这些切刀。滚子36-37可为与自进式喷嘴16相连接的柔性软管钻绳，提供适当的弯曲半径，因此，当喷嘴横向离开总成穿孔时，可让柔性软管钻绳顺利地通过总成供给。

图4示出了另外一个实施例的总成40。在该实施例中，总成不具有任何自行开槽的能力，但是，在可延伸的臂件中，的确容纳着自推进式液压切割装置。该总成被下降到在其内已经形成有洞孔的钻孔中。总成40与结合附图2和3所描述的总成的相似之处在于，它具有一个在其整个长度上都基本上是中空的狭长的主体41。在主体件41中，有一个臂件42，该臂件42可以在一个缩回的位置(未示出)和一个如图4所示的伸出位置之间移动。在缩回位置时，臂件42完全或基本上在主体件41中，以便让总成40下降入钻孔中。

成滚子等型式的引导件46布置在臂件42中，一个大部分在内部的小臂件43，有助于沿着主体40和沿着臂件42引导柔性软管钻绳，以便使钻绳的纽结最小。

在主体41的下部分中，有一个致动器47，该致动器是液压作动筒形式的，具有一个作动筒体48和一个作动筒杆49。作动筒杆49能够以通常的方式移入和移出作动筒体48。作动筒杆49连接在一个滑动块50上。滑动块50安装得可在主体件41中滑动，并且可以在图4所示的一个上位置和一个下位置(未示出)之间滑动。滑动块50通过操动致动器47而在其上位置和下位置之间移动。

铰接地连接在滑动块50上的是一个连接件51。连接件51由两个隔开的连杆形成，当臂件42在其缩回位置时，该些连杆能够套嵌在臂件42周围。这样，便可以让总成以紧凑的方式形成。连接件51可枢转地连接在臂件42的近似中间的位置上。

因此，当操动作动筒使作动筒杆49延伸时，滑动块50被推到其上位置处，而这又使连接件51被推出主体41，而这又依次使臂件42移动到其如图4所示的伸出位置。作动筒杆49的缩回，可使臂件42返回折叠入主体41中。

图5和6示出了与图4示出的总成相似的总成，但是现在包括液压刀具52-54。这些刀具，除了它们是刚性地连接在矿车的液压缸(未示出)上以外，与参照图2和3展示和描述的刀具和装置是相似的。这便能够使喷嘴(液压刀具)52-54在切割期间可以振荡。在该实施例中，总成未提供通过主体和臂件的钻绳。该总成仅仅产生所要求的狭槽，然后可以从钻孔中去掉，在这之后，可以放入图4的总成，以便容许钻孔。

当进行钻孔喷嘴的横向穿孔时，和当总成形成了所要求的狭槽时，可以向总成支脚处的空气提升装置供应空气，以便有助于将岩屑从钻孔中移出。

在TRD系统的一个实施例中，工作情况的简要说明如下：

通常是竖向的钻孔，按照惯用方法从地面钻出(14”直径)，以便与要排出的煤层相交。一旦钻井的生产阶段一开始，就要包括有可以接纳扩孔/开槽作业和水平分道的岩屑和容纳孔底泵的足够容量的贮存器。钻井衬以

”的套管。在煤层横断区上的套管材料是纤维玻璃。或者，也可以采用诸如钢，纤维玻璃，铝或者PVC等其他套管材料。套管被粘结在位。惯用的油田开孔器被下降到底部煤层横断区，套管和粘结剂被除去。开孔器被收回，经改进的船用壳体刀具被下降到钻孔中，洞孔被扩大到适于让总成完全支起的例如在煤层的整个范围上的直径。一些煤可以留在洞孔的底部，如果这能够改进洞孔的稳定性的话。重复该程序，以便排出所有煤层。

一旦洞孔已经形成，TRD滑行架便被移入靠近钻井口的位置。总成连接在

”EUE管路上，柔性软管钻绳穿过总成，使得水喷嘴被容纳在可直立的臂中。控制线束连接在总成上，对总成和其相关的仪器的功能性进行检查。然后，利用钢质管形钻杆将总成下降到钻孔中。以适当的速度将高压软管和控制线束向下供入。控制线束以一定的间隔被捆扎在钻杆上，使得其重量完全被支承着。一旦水平钻孔一开始，便每10米增加一个定中器，以便为柔性软管钻绳通道，提供低摩擦的通路。

当达到需要排出的煤层时，利用总成上的罗盘使总成定向在正确的方位上，将其卡在钻孔壁上，并且使臂件支起。这将使水喷嘴非常接近洞孔壁。水平钻孔的最佳程序是从现有钻孔的底部到上部。在开始钻孔之前，使高压泵达到满压(例如每分钟234升时1150巴)。从喷嘴前方流出的高压疾驰射流，开始产生水平钻孔。向前的推力来自向后的高压喷射。当高压软管从地面转鼓供入时，该推力使钻孔总成向前移入洞孔壁。

这样，长达200米的水平钻孔便被钻出来。当充分延伸时，泵压下降到700巴左右，钻孔总成借助安装在地面滑行架上的有力的转鼓缩回入可支起的臂件中。可支起的臂被折叠起来，使总成的卡住解脱，并且使总成转动到一个新的方位。再次将总成卡住，使总成臂支起，以便钻另外一个水平孔。重复该过程，直至要求数量的横向钻孔在每个标高的每个层位上形成为止。然后，将总成拉出钻孔。然后，将在构成侧向钻孔过程中形成的切屑，借助反循环系统，从贮存器中清除。

从上述可见，该总成，和总成与在臂件内的可操动的自进式液压钻孔装置相结合，可提供优于惯用装置的许多明显的优点。例如，总成含有广泛的仪器，来监测钻孔情况和自进式钻孔装置的横向钻孔形成作业的情况。这可有效地形成通常达200米的横向钻孔，而钻孔时间少于两个小时。总成还可以迅速地进行重新定位，以便产生多个横向钻孔。在一个或者多个层位上的该排多个横向钻孔特别适于将诸如水的流体和甲烷通过单一的现有钻孔抽出。

该总成可以使合成的切割装置比惯用的装置更精确地定位。

可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对所述的实施例进行各种改变和改进。

Claims (18)

1.一种用于钻孔的可直立臂总成，该可直立臂总成包括一个主体和一个臂件，该臂件可在一个折叠位置和一个直立位置之间移动，其中，在折叠位置时，该总成可以从钻孔中移出，该臂总成适于容纳液压钻孔总成，该液压钻孔总成包括一个液压切割装置和一个柔性软管钻绳，使得在臂件直立期间，臂件可以含有至少部分的液压钻孔总成，并且当在直立位置时，臂件能够将液压切割装置引向钻孔壁，总成还包括至少一个传感器，用于监测臂件或者液压钻孔总成。

2.如权利要求1所述的总成，其特征在于，该液压切割装置可以缩回到该臂件中。

3.如权利要求2所述的总成，其特征在于，所述的传感器适于检测何时液压切割装置已经缩回到臂件中。

4.如权利要求3所述的总成，其特征在于，传感器包括一个电磁传感器，该电磁传感器适于检测液压切割装置的存在。

5.如权利要求3所述的总成，其特征在于，传感器包括一个电传感器，该电传感器适于检测液压切割装置的存在。

6.如权利要求1所述的总成，其特征在于，一个所述的传感器适于检测臂件相对于主体的直立角度。

7.如权利要求6所述的总成，其特征在于，传感器包括一个倾斜传感器。

8.如权利要求6所述的总成，其特征在于，它包括一个液压的或者气动的作动筒，用于使臂件在折叠位置和直立位置之间移动，作动筒在一端连接在主体上，而在另外一端连接在臂件上，并且，其中，传感器适于确定作动筒的延伸。

9.如前述权利中任何一项所述的总成，其特征在于，它包括一些引导件，以便将柔性软管钻绳引过主体和臂件。

10.如权利要求9所述的总成，其特征在于，所述的传感器能够检测柔性软管钻绳的位置和/或前进的方向。

11.如前述权利要求中任何一项所述的总成，其特征在于，它还包括一个用于监测臂件方位的罗盘。

12.如前述权利要求中任何一项所述的总成，其特征在于，臂件由至少两个连接在一起的臂件组成，以便为钻绳提供较大的弯曲度。

13.如权利要求1所述的总成，其特征在于，臂件在其上具有至少一个液压切割喷嘴，以便当臂件直立时，在钻孔壁中切割出狭槽，该至少一个的喷嘴适于连接在高压液体源上。

14.如前述权利要求中任何一项所述的总成，其特征在于，主体是狭长的，臂件可枢转地连接在主体上，使得它可以围绕一个枢轴在折叠位置和直立位置之间移动。

15.如权利要求14所述的总成，其特征在于，在折叠位置的臂件完全或者基本上处于主体中。

16.一种从现有的钻孔形成至少一个横向钻孔的方法，该方法包括将一个可直立臂总成下降到钻孔中的希望的位置处，该总成具有一个主体和一个可直立臂件，布置自进式液压切割装置，使得至少在臂件直立时，使该切割装置由臂件来支承，操动液压切割装置，使该液压切割装置从臂件自行前进，而进入钻孔的侧壁，以便在由在钻孔中的臂件的位置所示的方向上形成横向孔。

17.一种用于钻孔的可直立臂总成，该总成包括一个主体和一个臂件，该臂件可以在一个折叠位置和一个直立位置之间移动，其中，在折叠位置时，总成可以进行安装和从钻孔中移出，而在直立位置时，臂件可以将一个液压钻孔装置引向钻孔壁。

18.如权利要求17所述的总成，其特征在于，当臂件在直立位置时，主体和臂件形成一个引导件，用于将液压钻孔装置在小于大约300毫米的半径内转过大约90°的角度。

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