定向长钻孔下套管装置及方法与流程

1.本发明涉及煤矿钻孔下套管技术领域，尤其涉及一种定向长钻孔下套管装置及方法。


背景技术：

2.近年来，“以孔代巷”技术成果在煤矿得到了推广应用。受矿区复杂地质条件影响，“以孔代巷”定向长钻孔存在垮孔严重、成孔性差，下管阻力大，下管困难等问题，严重影响抽采效果。公布号为cn103061796a的专利文献公开了一种抽采管、抽采系统及下向钻孔抽采方法，抽采管的端部设有尖锥形的导向装置，该装置在定向长钻孔中遇到局部垮孔段时无法顺利通过。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够使套管顺利通过局部垮孔段的定向长钻孔下套管装置及加工方法。
4.本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：定向长钻孔下套管装置，包括回转钻机、套管、环形钻头，所述回转钻机能够带动所述套管旋转，所述套管朝向钻孔的一端安装有环形钻头。利用回转钻机下套管，将传统的尖锥形的导向装置改进为环形钻头，可以通过回转切割使套管顺利通过局部垮孔段，提高了下管深度。
5.作为优化的技术方案，所述定向长钻孔下套管装置还包括内置卡瓦，所述内置卡瓦包括端盖、卡瓦片、固定环；所述端盖固定连接在所述回转钻机的回转器端部，所述端盖的中心设有通孔；多个卡瓦片在所述端盖的内侧以所述通孔的轴线为中心呈环状分布，所述套管从各卡瓦片的中间以及所述通孔穿过；所述固定环套在所有卡瓦片的外圈并与所述端盖固定连接，各卡瓦片能够在所述固定环的内部沿所述通孔的径向滑动。无需更换回转器内原有的卡瓦，安装方便，提高了安全系数和施工效率。
6.作为优化的技术方案，所述端盖的内侧围绕所述通孔的外边缘设有环形的凸台；所述卡瓦片靠近所述端盖的一端的径向外侧设有翻边，所述翻边朝向所述端盖的一侧设有第一卡槽，所述第一卡槽卡在所述凸台上。第一卡槽与凸台配合对卡瓦片进行限位，防止卡瓦片滑动时从端盖与固定环之间脱落。
7.作为优化的技术方案，所述固定环上朝向所述端盖的一侧沿圆周等距分布有多个凸块，相邻凸块之间形成滑动槽；每个卡瓦片对应一个滑动槽，所述翻边能够在所述滑动槽的内部沿所述通孔的径向滑动。
8.作为优化的技术方案，所述凸块上朝向所述端盖的一侧设有第二卡槽，所述第二卡槽卡在所述凸台上，各凸块分别通过螺栓固定连接在所述端盖上。第二卡槽与凸台配合起定位作用，安装时只需要转动固定环使其凸台上的安装孔与端盖上的对应的安装孔对准即可连接螺栓。
9.作为优化的技术方案，所述端盖的外边缘一周通过多个螺栓固定连接在所述回转
钻机的回转器端部。
10.作为优化的技术方案，所述环形钻头上朝向钻孔的一端设有环形柱，所述环形柱的外端面沿圆周等距分布有多个凸起结构。
11.作为优化的技术方案，所述环形钻头上朝向所述套管的一端设有螺纹柱，所述螺纹柱通过外螺纹与所述套管上的内螺纹配合连接。
12.作为优化的技术方案，所述套管采用岩心管。摒弃传统的pvc套管，选择强度更大的岩心管，起到更好的护孔作用，同时有力保证了下管深度。
13.定向长钻孔下套管方法，采用所述定向长钻孔下套管装置，包括以下步骤：
14.步骤一，钻孔施工前对顶板岩性进行探查，选择目标层位，通过探查选择最佳的目标层位，保证了钻孔的成孔率；
15.步骤二，采用定向钻进造斜和复合回转划眼的方式钻进，保证了钻孔平滑；
16.步骤三，钻孔每段施工结束后通过所述定向长钻孔下套管装置下套管，传统方法采用延迟下管工序，长时间裸孔容易导致垮孔，影响下管，通过试验验证岩心管对测量系统的影响范围仅为1.3m，对钻孔定向施工几乎无影响，因此钻孔每段施工结束后应及时下套管，避免垮孔。
17.本发明的优点在于：
18.1、利用回转钻机下套管，将传统的尖锥形的导向装置改进为环形钻头，可以通过回转切割使套管顺利通过局部垮孔段，提高了下管深度。
19.2、无需更换回转器内原有的卡瓦，安装方便，提高了安全系数和施工效率。
20.3、摒弃传统的pvc套管，选择强度更大的岩心管，起到更好的护孔作用，同时有力保证了下管深度。
附图说明
21.图1是本发明实施例定向长钻孔下套管装置的结构示意图。
22.图2是本发明实施例环形钻头的结构示意图。
23.图3是本发明实施例回转器内置卡瓦的结构示意图。
24.图4是本发明实施例回转器内置卡瓦的爆炸图。
25.图5是本发明实施例卡瓦片的结构示意图。
26.图6是本发明实施例固定环的结构示意图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
28.如图1所示，本实施例公开一种定向长钻孔下套管装置，包括回转钻机1、套管2、环形钻头3、回转器内置卡瓦4，回转钻机1能够带动套管2旋转，套管2朝向钻孔的一端安装有环形钻头3，回转钻机1上安装有用于辅助下套管的回转器内置卡瓦4。
29.套管2采用岩心管，摒弃传统的pvc套管，选择强度更大的岩心管，起到更好的护孔
作用，同时有力保证了下管深度。
30.如图2所示，环形钻头3上朝向钻孔的一端设有环形柱31，环形柱31的外端面沿圆周等距分布有五个凸起结构32，环形钻头3上朝向套管2的一端设有螺纹柱33，螺纹柱33通过外螺纹与套管2上的内螺纹配合连接。将传统的尖锥形的导向装置改进为环形钻头，可以通过回转切割使套管顺利通过局部垮孔段，提高了下管深度。
31.如图3、图4所示，回转器内置卡瓦4包括端盖41、卡瓦片42、固定环43；端盖41的外边缘一周通过多个螺栓固定连接在回转钻机1的回转器端部，端盖41的中心设有通孔411；四个卡瓦片42在端盖41的内侧以通孔411的轴线为中心呈环状分布，套管2从各卡瓦片42的中间以及通孔411穿过；固定环43套在所有卡瓦片42的外圈并与端盖41固定连接，各卡瓦片42能够在固定环43的内部沿通孔411的径向滑动。
32.如图4、图5所示，端盖41的内侧围绕通孔411的外边缘设有环形的凸台412；卡瓦片42靠近端盖41的一端的径向外侧设有翻边421，翻边421朝向端盖41的一侧设有第一卡槽422，第一卡槽422卡在凸台412上。
33.如图4、图6所示，固定环43上朝向端盖41的一侧沿圆周等距分布有四个凸块431，相邻凸块431之间形成滑动槽432；每个卡瓦片42对应一个滑动槽432，翻边421能够在滑动槽432的内部沿通孔411的径向滑动；凸块431上朝向端盖41的一侧设有第二卡槽433，第二卡槽433卡在凸台412上；各凸块431分别通过螺栓固定连接在端盖41上。
34.本实施例还公开一种定向长钻孔下套管方法，采用所述定向长钻孔下套管装置，包括以下步骤：
35.步骤一，钻孔施工前对顶板岩性进行探查，选择目标层位，通过探查选择最佳的目标层位，保证了钻孔的成孔率；
36.步骤二，采用定向钻进造斜和复合回转划眼的方式钻进，保证了钻孔平滑；
37.步骤三，钻孔每段施工结束后通过所述定向长钻孔下套管装置下套管，传统方法采用延迟下管工序，长时间裸孔容易导致垮孔，影响下管，通过试验验证岩心管对测量系统的影响范围仅为1.3m，对钻孔定向施工几乎无影响，因此钻孔每段施工结束后应及时下套管，避免垮孔。
38.本发明的工作原理为：回转钻机1带动套管2旋转进行下套管，下套管过程中环形钻头3能够对钻孔进行回转切割，提高了下管深度，本发明定向长钻孔下套管装置及方法在矿井应用期间，平均下管率达90％以上，最高下管率达100％，最高下管深度在700m以上；回转器内原有的大尺寸卡瓦向内收缩，带动各卡瓦片42沿通孔411的径向滑动收拢，直至各卡瓦片42抱紧套管2，无需更换回转器内原有的卡瓦，安装方便，提高了安全系数和施工效率。
39.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。