一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种长钻孔控压钻进系统及方法，属于煤矿开采【技术领域】，具体涉及一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统及方法。本发明通过控制钻孔环空中的冲洗液返出压力，在近水平长钻孔上建立起虚拟“液柱”，同时采用具有良好综合性能的冲洗液体系、闭式循环，借助虚拟“液柱”压差作用使冲洗液适量滤失而在孔壁上形成柔性滤膜，以此来发挥冲洗液的护壁防塌、平衡地层压力等功能，增强近水平定向长钻孔钻进技术对松软破碎、水敏性等复杂地层的适应能力。
【专利说明】一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种长钻孔控压钻进系统及方法，属于煤矿开采【技术领域】，具体涉及一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国煤矿95%以上为井工开采，复杂的煤田地质条件给煤矿安全生产带来了严重灾害，其中井下瓦斯灾害是我国煤矿安全生产中最严重的灾害之一，且随着采煤范围的扩大和采煤深度的增加，原来一些低瓦斯矿井逐渐转变成了高瓦斯矿井，使得煤矿安全生产形势更加严峻。我国煤矿几十年瓦斯治理的经验证明:瓦斯预抽采是降低煤层瓦斯含量、防治瓦斯灾害最有效的技术手段，同时也是综合利用瓦斯的基础。
[0003]煤矿井下近水平定向长钻孔是实现瓦斯高效抽采的重要技术途径，具有有效距离长、分支孔多、钻进效率高、一孔多用、集中抽采等优点，它促进了我国煤矿井下瓦斯抽采技术的发展，对保障煤矿安全高效生产和加快瓦斯抽采利用起到了重大推动作用。
[0004]目前，煤矿井下近水平定向长钻孔钻进施工普遍采用清水作为冲洗液、开式循环，即清水由钻杆柱中心孔到达孔底后经钻杆柱与孔壁间的环状间隙返出后以污水的形式排掉。清水作为冲洗液在近水平钻孔中的携岩能力相对较低，且护壁防塌、抑制泥页岩水化膨胀等性能较差。目前虽已尝试通过在清水中添加化学处理剂的方式来改善其性能，但因近水平钻孔循环通道中几乎无液柱压力，孔内处于完全意义上的欠平衡状态，化学处理剂难以在孔壁表面上形成有效的滤膜，不能充分发挥冲洗液应有的作用；同时，开式循环消耗大量的清水和处理剂，成本高，且污染井巷环境。
[0005]此外，随着近水平定向钻进技术应用范围和领域的拓展，施工钻遇的地层呈现多样化，由单一的中硬及以上煤层变为不同类型煤岩层和顶底板岩层。近水平定向长钻孔在诸如松软破碎、水敏性等复杂地层中延伸时，存在孔壁稳定性差、成孔难度大，易发生卡钻等孔内事故的问题，严重影响钻孔轨迹控制和钻孔工程目的的实现。
[0006]为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究，综合多年从事相关领域工作的实践经验，研究出一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进方法及配套装置，以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明主要是解决现有技术所存在的孔壁稳定性差、成孔难度大、易卡钻等问题，提供了一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统及方法。采用本系统及方法能充分发挥冲洗液护壁防塌、平衡地层压力的功能，进而减少或避免孔内事故的发生，提高近水平定向长钻孔穿越松软破碎、水敏性等复杂地层的能力。
[0008]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0009]一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，包括:钻杆柱、钻孔环空、封孔管、冲洗液闭式循环净化装置、孔口密封控压装置，其中:所述封孔管固定于煤岩层内，所述孔口密封控压装置与封孔管连接，所述钻杆柱穿过所述孔口密封控压装置后深入封孔管以及煤岩层内并与所述封孔管以及所述煤岩层形成钻孔环空，所述冲洗液闭式循环净化装置与钻杆柱的中心孔相连，所述钻杆柱的中心孔与所述钻孔环空相通，所述孔口密封控压装置用于控制钻孔环空内冲洗液压力，其上设有冲洗液返回通道。
[0010]优化的，上述的一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，所述孔口密封控压装置包括:通过承压腔与所述钻孔环空相通的排液弯管、通过承压活塞与排液弯管相连接的卸压腔、通过调压弹簧与所述承压活塞相连的控压手轮。
[0011]优化的，上述的一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，所述孔口密封控压装置还包括:承压密封座、位于承压密封座内的轴向密封胶塞和径向密封胶塞、至少部分包裹所述承压密封座并且内部充满密封液体的浮动腔，其中:所述轴向密封胶塞的外表面与承压密封座内表面耦合，其一端包裹于钻杆柱外部，另一端与胶塞压紧环相连，所述胶塞压紧环与调节螺栓相接，并且通过调节螺栓推动所述胶塞压紧环可控制所述轴向密封胶塞与钻杆柱之间的抱紧程度；所述径向密封胶塞由碟簧压紧并且可随承压密封座一起在浮动腔内自由滑动。
[0012]优化的，上述的一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，所述冲洗液闭式循环净化装置包括:与所述钻杆柱中心孔相连的送水器、与所述孔口密封控压装置的冲洗液返回通道相连接的用于从冲洗液中分离瓦斯气体及煤渣的分离器、与所述分离器相连的冲洗液净化装置、与所述冲洗液净化装置相连的冲洗液罐、泥浆泵，所述泥浆泵的吸入端与冲洗液罐相连，输出端与送水器相连接。
[0013]优化的，上述的一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，所述冲洗液罐内设有配浆器，所述配浆器通过配浆阀门和混浆胶管与泥浆泵的输出端相连，所述送水器与泥浆泵的输出端之间设有冲洗液阀门。
[0014]一种利用上述的煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统进行控压钻进的方法，包括:
[0015]施工准备步骤，在煤岩层中开孔并用封孔管封孔后，在封孔管内注水憋压达到
1.3MPa?1.5MPa，观察封孔管的孔内压力变化及开孔点周围煤壁渗水情况，若30分钟内封孔管内的压力下降值< 0.15MPa，且封孔管周围无水渗漏，则封孔合格，否则需采取加固封孔措施或重新开孔；
[0016]设备安装步骤，将钻杆柱下入封孔管以及煤岩层内，将孔口密封控压装置安装到封孔管上，再依次连接送水器、泥浆泵、冲洗液罐、分离器、冲洗液净化装置构成孔外冲洗液闭式循环通道，配置冲洗液罐内的冲洗液；
[0017]钻进施工步骤，根据地层情况，通过孔口密封控压装置将钻孔环空冲洗液返排压力控制在0.6MPa?0.8MPa之间，实施钻进作业。
[0018]优化的，上述的控压钻进方法，所述施工准备步骤进一步包括:
[0019]开孔子步骤，采用回转钻进工艺开孔，孔径153mm，开孔深度在15m以上，钻至预定深度后循环冲孔时间1min以上；
[0020]封孔子步骤，在开孔子步骤形成的孔内，下入外径Φ127πιπι、壁厚5mm的钢制封孔管，总长度为13.0m?13.5m，煤壁外出露长度彡20cm ;采用带压注水泥浆技术封固封孔管，注浆后候凝时间不少于18小时；
[0021]试压子步骤，待封孔候凝结束后，在封孔管法兰上安装试验接头，由泥浆泵向孔内注水，压力达到1.3MPa?1.5MPa后停止注水，观察封孔管孔内压力变化及开孔点周围煤壁渗水情况，若30分钟内压力下降值< 0.15MPa，且封孔管周围无水渗漏，则封孔合格，否则需采取加固封孔措施或重新开孔；
[0022]优化的，上述的控压钻进方法，所述设备安装步骤进一步包括:
[0023]冲洗液配置子步骤，在冲洗液罐注满清水后加入0.7%?1.0%增粘防塌处理剂、0.4%?0.6%泥页岩水化膨胀抑制剂和0.1%?0.25%润滑减阻材料，充分混合后静置待用。
[0024]优化的，上述的控压钻进方法，所述钻进施工步骤进一步包括:
[0025]钻进施工子步骤，开启孔外冲洗液闭式循环通道，向孔内循环通道注入冲洗液并开始钻进；
[0026]控压钻进子步骤，根据实际钻遇的地层情况，通过控压手轮调节调压弹簧的压缩量将钻孔环空内的冲洗液压力控制在0.6MPa?0.8MPa之间；
[0027]密封控制子步骤，钻进过程中，根据轴向密封胶塞密封面磨损情况，通过调节螺栓、胶塞压紧环来调节轴向密封胶塞与钻杆柱之间的抱紧程度，以保证钻杆柱与钻孔环空之间的可靠承压密封。
[0028]优化的，上述的控压钻进方法，所述冲洗液包含:0.7%?1.0 %的增粘防塌处理剂、0.4%?0.6%的泥页岩水化膨胀抑制剂和0.1%?0.25%的润滑减阻材料。
[0029]因此，本发明具有如下优点:1.适于复杂地层的作业:可充分发挥冲洗液的护壁防塌、平衡地层压力、抑制泥页岩水化膨胀等功能，提高了近水平定向钻进技术对松软破碎、水敏性等复杂地层的适应能力；2.冲洗液体系综合性能更好:冲洗液的携岩能力强、润滑性好，利于弯曲下斜孔段、深孔段携洛，孔内清洁，同时采用闭式循环，既节省了清水用量，又避免了井巷环境污染；3.减少瓦斯超限事故发生:孔内冲洗液附加压力值增大了煤岩层中瓦斯气体进入孔内的阻力，有利于防止瓦斯大量涌出而引起喷孔。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]附图1是本发明控压钻进系统主视图。
[0031]附图2是本发明中孔口密封控压装置的右视图。
[0032]附图3是本发明中孔口密封控压装置的主视图。
【具体实施方式】
[0033]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，钻杆柱I，煤岩层2，封孔水泥3，钻孔环空4，封孔管5，孔口密封控压装置6，送水器7，高压胶管8，冲洗液阀门9，分离器10，冲洗液净化装置11，泥浆泵12，吸液胶管13，混浆胶管14，返排管线15，负压管路16，排渣口 17，排屑口 18，冲洗液罐19，配浆器20，配浆阀门21，控压手轮22，调压弹簧23，承压活塞24，卸压腔25，排液弯管26，测压接头27，承压腔28，径向密封胶塞29，浮动腔30，碟簧31，轴向密封胶塞32，承压密封座33，胶塞压紧环34，清洁刷35，调节螺栓36。
[0034]实施例:
[0035]如图1所示，一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，包括:钻杆柱1、钻孔环空4、封孔管5、孔口密封控压装置6、冲洗液闭式循环净化装置，其中:封孔管5固定于煤岩层2内，孔口密封控压装置6与封孔管5连接，钻杆柱I穿过孔口密封控压装置6后深入封孔管5以及煤岩层2内并在封孔管5以及煤岩层2内形成钻孔环空4，冲洗液闭式循环净化装置与钻杆柱I内部的钻杆柱中心孔相连，钻杆柱中心孔与钻孔环空相通，孔口密封控压装置用于控制钻孔环空内冲洗液压力，其上设有冲洗液返回通道。
[0036]冲洗液闭式循环净化装置包括:与钻杆柱中心孔相连的送水器7、通过返排管线15与孔口密封控压装置6的冲洗液返回通道相连接的用于从冲洗液中分离瓦斯气体及煤渣的分离器10、与分离器10相连的冲洗液净化装置11、与冲洗液净化装置11相连的冲洗液罐19、泥浆泵12，其中，泥浆泵12的吸入端通过吸液胶管13与冲洗液罐19相连，输出端通过高压胶管8与送水器7相连接；在冲洗液罐19内设有配浆器20，配浆器20通过配浆阀门21和混浆胶管14与泥浆泵12的输出端相连，在高压胶管8上设有冲洗液阀门9。
[0037]本实施例中，孔口密封控压装置6通过法兰与封孔管5连接在一起，封孔管5与煤岩层2之间由封孔水泥3充填。孔口密封控压装置6的作用是控制钻孔环空4内冲洗液在孔口处的返出压力，使整个钻孔循环通道内各处冲洗液产生一个附加的压力，该压力的直接动力源为泥浆泵12，进而人为在近水平定向长钻孔上建立起虚拟“液柱”。在此前提下，采用具有良好综合性能的冲洗液体系，并借助冲洗液净化装置实现闭式循环，在虚拟“液柱”压差作用下使冲洗液适量滤失而在孔壁上形成柔性的滤膜，以此来发挥冲洗液的护壁防塌、平衡地层压力等功能，维持复杂煤岩地层孔壁的相对稳定性，增强近水平定向长钻孔钻进技术对复杂煤岩地层的适应能力。
[0038]冲洗液闭式循环过程为:泥浆泵12通过吸液胶管13从冲洗液罐19中抽吸冲洗液，加压后经由高压胶管8此时，阀门9打开、阀门21关闭和送水器7进入钻杆柱I中心孔，到达孔底驱动螺杆马达做功后携带煤渣屑沿钻孔环空4返出，通常为气液固三相混合物，进入孔口密封控压装置6后改变流道，经返排管线15流入分离器10内，其中的瓦斯气体分离后进入负压管路16，依靠重力沉降的大颗粒的煤渣由排渣口 17排出，液相连通小颗粒煤屑进入冲洗液净化装置11内，净化后的冲洗液流入冲洗液罐19中重新循环，分离出的煤屑经排屑口 18排出。
[0039]借助阀门9、21可利用泥浆泵作为动力源来配置冲洗液:关闭阀门9、打开阀门21，泥浆泵12通过吸液胶管13从冲洗液罐19中抽吸冲洗液，加压后经由混浆胶管14进入配浆器20以射流方式进行配浆，加速处理剂的混合和溶解。
[0040]孔口密封控压装置6的结构如图2和图3所示，包括:通过承压腔28与所述钻孔环空4相通的排液弯管26、连接于排液弯管26上的测压接头27、通过承压活塞24与排液弯管26相连接的卸压腔25、通过调压弹簧23与所述承压活塞24相连的控压手轮22、承压密封座33、位于承压密封座33内的轴向密封胶塞32和径向密封胶塞29、至少部分包裹所述承压密封座33并且内部充满密封液体的浮动腔30。
[0041]采用此结构后，钻孔环空4返出的冲洗液在孔口密封控压装置6内改变流动通道，即在承压腔28内由环形流道进入圆形流道，即进入排液弯管26后，需推开承压活塞24后方能进入卸压腔25，通过控压手轮22调节调压弹簧23的压缩量，进而改变承压活塞24被推开的难易程度，间接控制钻孔环空冲洗液返出压力，返出压力大小由测压接头27上的压力表显示。
[0042]孔口处钻孔环空4的密封利用两个胶塞实现:径向密封胶塞29和轴向密封胶塞32，其中，轴向密封胶塞32具有似“碗”状外形结构，其外表面与承压密封座33内表面耦合，其中心孔的一端包裹于钻杆柱I外部，另一端与胶塞压紧环34相连，胶塞压紧环34与调节螺栓36相接，轴向密封胶塞32的中心孔与钻杆柱I之间的抱紧程度通过调节螺栓36推动胶塞压紧环34来控制，以满足承压密封的要求；径向密封胶塞29由碟簧31压紧，且可随承压密封座33 —起在浮动腔30内自由滑动，可有效降低轴向密封胶塞32的磨损。
[0043]在钻杆I和调节螺栓36间设有清洁刷35，在钻进过程中，清洁刷35的作用是清洁新加钻杆外表面以保护轴向密封胶塞32的密封面。
[0044]本实施例中的近水平定向长钻孔控压钻进系统进行控压钻进的方法包括:施工准备步骤、设备安装步骤、钻进施工步骤。
[0045]其中，施工准备步骤包括:
[0046]开孔子步骤:开孔采用常规回转钻进工艺进行，可先施工96_的导向孔、再扩孔至153mm,也可利用钻-扩一体式钻头直接施工153mm的钻孔,开孔深度不小于15m ;钻至预定深度后循环冲孔时间不少于lOmin，目的是将孔内钻屑排除干净，便于顺利下管。
[0047]封孔子步骤:开孔完成后下入外径127_、壁厚5_的钢制套管(即专封孔管5)，总长度13.0m?13.5m，煤壁外出露长度彡20cm ;采用“两堵一注”带压注水泥浆技术封固套管柱，注浆后候凝时间不少于18小时。
[0048]试压子步骤:封孔候凝结束后利用泥浆泵12进行试压，即在封孔管5法兰上安装试验接头，由泥浆泵12向孔内注水，压力达到1.3MPa?1.5MPa后关闭试验接头上的截止阀停止注水，观察孔内压力变化及开孔点周围煤壁渗水情况，30分钟内压力下降值< 0.15MPa，且封孔管周围无水渗漏，则封孔合格，否则需采取加固封孔措施或重新开孔。
[0049]设备安装步骤包括:
[0050]下钻子步骤:将钻头、孔底马达、随钻测量系统、无磁钻杆依次下入孔内，之后将孔口密封控压装置6安装到封孔管5上，具体分两步进行:先连接封孔管与孔口密封控压装置主体，后安装径向密封胶塞29、轴向密封胶塞32及其附属零件。
[0051]管汇连接子步骤:通过高压胶管8、吸液胶管13、混浆胶管14、返排管线15将送水器7、泥浆泵12、冲洗液罐19、配浆器20、冲洗液净化装置11和孔口密封控压装置6连接在一起构成孔外冲洗液闭式循环系统。
[0052]冲洗液配置子步骤:冲洗液罐19注满清水后根据配方设计加入0.7%?1.0%增粘防塌处理剂、0.4%?0.6%泥页岩水化膨胀抑制剂和0.1%?0.25%润滑减阻材料；关闭阀门9、打开阀门21，开动泥浆泵12向配浆器20供液混浆，充分混合后静置待用。
[0053]钻进施工步骤包括:
[0054]钻进施工子步骤:启动冲洗液净化装置11、打开负压管路16 ;关闭阀门21，打开阀门9 ;向外旋转控压手轮22使调压弹簧23压缩量最小；开动泥浆泵开始钻进。
[0055]控压钻进子步骤:根据实际钻遇的地层情况，通过控压手轮22调节调压弹簧23的压缩量将钻孔环空冲洗液返排压力控制在0.6MPa?0.8MPa之间，建立起虚拟“液柱”，借此来充分发挥冲洗液护壁防塌、平衡地层压力等功能，提高安全穿过松软破碎、水敏性等复杂层段的能力。
[0056]密封控制子步骤:钻进过程中，根据轴向密封胶塞32密封面磨损情况，通过调节螺栓36、胶塞压紧环34来调节轴向密封胶塞与钻杆柱之间的抱紧程度，以保证钻杆柱I与钻孔环空4之间的可靠承压密封。
[0057]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0058]尽管本文较多地使用了钻杆柱I，煤岩层2，封孔水泥3，钻孔环空4，封孔管5，孔口密封控压装置6，送水器7，高压胶管8，冲洗液阀门9，分离器10，冲洗液净化装置11，泥浆泵12，吸液胶管13，混浆胶管14，返排管线15，负压管路16，排渣口 17，排屑口 18，冲洗液罐19，配浆器20，配浆阀门21，控压手轮22，调压弹簧23，承压活塞24，卸压腔25，排液弯管26，测压接头27，承压腔28，径向密封胶塞29，浮动腔30，碟簧31，轴向密封胶塞32，承压密封座33，胶塞压紧环34，清洁刷35，调节螺栓36等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【权利要求】
1.一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，包括:钻杆柱(I)、钻孔环空(4)、封孔管(5)、冲洗液闭式循环净化装置，其中:所述封孔管(5)固定于煤岩层(2)内，所述钻杆柱(I)与所述封孔管(5)以及所述煤岩层(2)形成钻孔环空(4)，所述冲洗液闭式循环净化装置与钻杆柱(I)中心孔相连，所述钻杆柱(I)中心孔与所述钻孔环空(4)相通，其特征在于，还包括:与封孔管(5)连接的用于控制钻孔环空(4)内冲洗液压力并设有冲洗液返回通道的孔口密封控压装置￠)，所述钻杆柱(I)穿过所述孔口密封控压装置(6)后进入所述封孔管(5)和煤岩层(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，其特征在于，所述孔口密封控压装置(6)包括:通过承压腔(28)与所述钻孔环空(4)相通的排液弯管(26)、通过承压活塞(24)与排液弯管(26)相连接的卸压腔(25)、通过调压弹簧(23)与所述承压活塞(24)相连的控压手轮(22)。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，其特征在于，所述孔口密封控压装置(6)还包括:承压密封座(33)、位于承压密封座(33)内的轴向密封胶塞(32)和径向密封胶塞(29)、至少部分包裹所述承压密封座(33)并且内部充满密封液体的浮动腔(30)，其中: 所述轴向密封胶塞(32)的外表面与承压密封座(33)内表面耦合，其一端包裹于钻杆柱(I)外部，另一端与胶塞压紧环(34)相连，所述胶塞压紧环(34)与调节螺栓(36)相接，并且通过调节螺栓(36)推动所述胶塞压紧环(34)可控制所述轴向密封胶塞(32)与钻杆柱⑴之间的抱紧程度； 所述径向密封胶塞(29)由碟簧(31)压紧并且可随承压密封座(33) —起在浮动腔(30)内自由滑动。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，其特征在于，所述冲洗液闭式循环净化装置包括:与所述钻杆柱(I)中心孔相连的送水器(7)、与所述孔口密封控压装置￠)的冲洗液返回通道相连接的用于从冲洗液中分离瓦斯气体及煤渣的分离器(10)、与所述分离器(10)相连的冲洗液净化装置(11)、与所述冲洗液净化装置(11)相连的冲洗液罐(19)、泥浆泵(12)，所述泥浆泵(12)的吸入端与冲洗液罐(19)相连，输出端与送水器(7)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统，其特征在于，所述冲洗液罐(19)内设有配浆器(20)，所述配浆器(20)通过配浆阀门(21)和混浆胶管(14)与泥浆泵(12)的输出端相连，所述送水器(7)与泥浆泵(12)的输出端之间设有冲洗液阀门(9)。
6.一种利用权利要求1-5所述的任一煤矿井下近水平定向长钻孔控压钻进系统进行控压钻进的方法，其特征在于，包括: 施工准备步骤，在煤岩层中开孔并用封孔管(5)封孔后，在封孔管(5)内注水憋压达到1.3MPa?1.5MPa，观察封孔管(5)的孔内压力变化及开孔点周围煤壁渗水情况，若30分钟内封孔管(5)内的压力下降值< 0.15MPa，且封孔管周围无水渗漏，则封孔合格，否则需采取加固封孔措施或重新开孔；设备安装步骤，将钻杆柱(I)下入封孔管(5)以及煤岩层(2)内，将孔口密封控压装置(6)安装到封孔管(5)上，再依次连接送水器(7)、泥浆泵(12)、冲洗液罐(19)、分离器(10)、冲洗液净化装置(11)构成孔外冲洗液闭式循环通道，配置冲洗液罐(19)内的冲洗液； 钻进施工步骤，根据地层情况，通过孔口密封控压装置(6)将钻孔环空(4)冲洗液返排压力控制在0.6MPa?0.8MPa之间，实施钻进作业。
7.根据权利要求6所述的控压钻进方法，其特征在于，所述施工准备步骤进一步包括: 开孔子步骤，采用回转钻进工艺开孔，孔径为153mm，开孔深度在15m以上，钻至预定深度后循环冲孔时间1min以上； 封孔子步骤，在开孔子步骤形成的孔内，下入外径为127mm、壁厚5mm的钢制封孔管(5)，总长度为13.0m?13.5m，煤壁外出露长度彡20cm ;采用带压注水泥浆技术封固封孔管(5)，注浆后候凝时间不少于18小时； 试压子步骤，待封孔候凝结束后，在封孔管(5)法兰上安装试验接头，由泥浆泵(12)向孔内注水，压力达到1.3MPa?1.5MPa后停止注水，观察封孔管(5)孔内压力变化及开孔点周围煤壁渗水情况，若30分钟内压力下降值< 0.15MPa，且封孔管(5)周围无水渗漏，则封孔合格，否则需采取加固封孔措施或重新开孔。
8.根据权利要求6所述的控压钻进方法，其特征在于，所述设备安装步骤进一步包括: 冲洗液配置子步骤，在冲洗液罐(19)注满清水后加入0.7%?1.0%增粘防塌处理剂、0.4%?0.6%泥页岩水化膨胀抑制剂和0.1%?0.25%润滑减阻材料，充分混合后静置待用。
9.根据权利要求6所述的控压钻进方法，其特征在于，所述钻进施工步骤进一步包括: 钻进施工子步骤，开启孔外冲洗液闭式循环通道，向孔内循环通道注入冲洗液并开始钻进; 控压钻进子步骤，根据实际钻遇的地层情况，通过控压手轮(22)调节调压弹簧(23)的压缩量将钻孔环空⑷内的冲洗液返出压力控制在0.6MPa?0.8MPa之间； 密封控制子步骤，钻进过程中，根据轴向密封胶塞(32)密封面磨损情况，通过调节螺栓(36)、胶塞压紧环(34)来调节轴向密封胶塞与钻杆柱之间的抱紧程度，以保证钻杆柱(I)与钻孔环空(4)之间的可靠承压密封。
10.根据权利要求6所述的控压钻进方法，其特征在于，所述冲洗液包含:0.7 %?.1.0 %的增粘防塌处理剂、0.4%?0.6%的泥页岩水化膨胀抑制剂和0.1%?0.25%的润滑减阻材料。
【文档编号】E21B21/00GK104358514SQ201410493548
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】刘建林, 李泉新, 石智军, 许超, 史海岐, 毕志琴 申请人:中煤科工集团西安研究院有限公司