用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注系统及方法与流程

本发明属于煤矿井下钻探，涉及用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注系统及方法。

背景技术：

1、目前煤矿井下定向钻孔成为瓦斯精准治理的主要手段。在定向钻进过程中需要穿越不同的地层(构造地层、破碎/裂隙地层)，经常出现卡钻、埋钻等事故，导致成孔率低，钻孔深度达不到设计要求，钻孔成本增加，影响瓦斯治理效果。现有的工艺技术存在一定的局限性，不能有效解决成孔率低的难题。例如：(1)常用的开分支孔工艺，虽然有时候可以避开塌孔地层，但是，造成进尺浪费；很多时候避不开；无法实现后续下管串作业。(2)套管护孔工艺，不能实施多次套管护孔钻进，成本高。(3)注浆工艺/定点注浆，需要扩孔，多次送钻、退钻，工序复杂，难以实现。(4)空气/氮气钻进工艺，适用地质条件苛刻，返渣能力有限，配套装备成本较高。(5)高性能钻孔液技术，有效解决水敏性泥页岩塌孔，对于构造地层、破碎/裂隙地层，效果有限。

2、其中，现有注浆工艺/定点注浆主要包括以下步骤：

3、①退钻。在钻遇塌孔地层时，无法正常钻进，需要注浆解决，则需要先退出孔内钻进用的钻具。

4、②送钻具，扩孔。因孔内塌孔，注浆钻具不能送到注浆位置，需要采用扩孔钻具对已钻的孔进行扩孔，保证注浆钻具的下入。而该塌孔位置即为注浆位置。

5、③退钻。退出扩孔钻具。

6、④送注浆钻具。送入注浆钻具，直到注浆位置。因扩孔，钻孔(扩孔)越大，地层塌孔会越严重，导致注浆钻具在送入孔内过程中，有可能遇阻而送不到注浆位置。

7、⑤坐封封隔器，注浆。因封隔器在裸眼孔段坐封，其密封与承压受到限制，注浆压力不高，注浆液只能在钻孔内，而不能进入地层(注浆的目的是加固地层)，最终在扩完孔的孔内会形成一个水泥柱(固化体)。

8、⑥退出注浆钻具，候凝。

9、⑦送入原钻进用的钻具，钻塞。这个时候原钻进用的钻头钻塞，在孔内会形成一个水泥环。在后续钻孔过程中，因钻具的搅动会发生脱落，从而造成卡钻的风险。

10、⑧若在后续钻进过程中再发生塌孔，需要注浆时，就无法实施。因为，孔越深，注浆钻具越难送到注浆位置，若再扩孔的话，就会将先前注浆形成的水泥环破坏，导致再次塌孔。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注系统及方法，以实现随钻随注浆。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注系统，包括能够与钻具和井口密封连接的孔口带压装置以实现孔内带压作业，孔口带压装置连接有孔口压力表以检测其内部压力，孔口带压装置设有排渣口以排出渣水，排渣口处设有渣水出口开关以打开或关闭排渣口，对应排渣口的位置设有渣水分离装置以实现渣水分离，渣水分离装置的出液口连接有循环罐，循环罐连接有泥浆泵和至少一个补液罐，补液罐设有控制阀门，泥浆泵经注水管与钻具注水口相连。

4、可选地，渣水分离装置包括沿流体流向顺次设置的振动筛、储液罐、旋流器。

5、用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注方法，包括以下步骤：

6、s1：钻孔液钻进；

7、s2：钻遇复杂地层，需要注浆解决时，将孔口钻杆由螺旋钻杆更换为与孔口带压装置匹配的光钻杆，以利于孔口带压装置的密封承压；

8、s3：随钻注浆：关闭孔口带压装置的渣水出口开关，在备足钻孔液的循环罐中加入加固材料以形成注浆液，开泵注浆，观察孔口带压装置的压力变化，当孔口带压装置的压力等于泥浆泵压力表数值时注浆，直至注完预算好的方数；

9、s4：顶替：泵完注浆液后，先泵入稠塞顶替钻具内的注浆液，然后用清水顶替钻具内的稠塞，同时观察孔口带压装置上的压力变化，使其达到高峰值，并持续一定时间，停泵，注浆完成；

10、s5：清洗钻具，候凝；

11、s6：候凝24小时后，钻塞，恢复正常钻进。

12、可选地，清洗钻具包括以下步骤：在循环罐内备足清水，小流量开泵，并缓慢退出钻杆3根，循环清水，清洗孔内钻具。

13、本发明的有益效果在于：

14、本发明在施工过程中采用钻孔液钻进，遇到构造地层、破碎/裂隙地层等复杂地层，塌孔严重或者裂隙漏失钻孔液时，通过将钻孔液现场转化为注浆液，进行注浆的方式解决，同时配套孔口带压装置，使其能够带压作业，实现了随钻随注浆，同时，带压作业能够平衡一部分地层压力/地层坍塌压力，可以减少钻孔过程中的塌孔程度，从而提高成孔率和成孔深度。

15、与现有技术相比，本发明采用钻进过程中的孔内带压作业，实现了高压注浆，提高了注浆加固效果，可实现随钻/定点注浆，也可以多次注浆，解决了煤矿井下复杂地层(构造地层、破碎地层)定向钻孔过程中的塌孔难题，避免了现有注浆工艺的缺陷与不足，不再需要多次扩孔，多次送钻、退钻。

16、本发明弥补了煤矿井下钻孔的特殊场景下，没有液柱压力造成的力学平衡地层压力/坍塌压力的不足，从而实现整个煤矿井下钻进过程中的随钻随注目标。

17、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注系统，其特征在于：包括能够与钻具和井口密封连接的孔口带压装置以实现孔内带压作业，孔口带压装置连接有孔口压力表以检测其内部压力，孔口带压装置设有排渣口以排出渣水，排渣口处设有渣水出口开关以打开或关闭排渣口，对应排渣口的位置设有渣水分离装置以实现渣水分离，渣水分离装置的出液口连接有循环罐，循环罐连接有泥浆泵和至少一个补液罐，补液罐设有控制阀门，泥浆泵经注水管与钻具注水口相连。

2.根据权利要求1所述的用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注系统，其特征在于：渣水分离装置包括沿流体流向顺次设置的振动筛、储液罐、旋流器。

3.用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注方法，其特征在于：清洗钻具包括以下步骤：在循环罐内备足清水，小流量开泵，并缓慢退出钻杆3根，循环清水，清洗孔内钻具。

5.根据权利要求3所述的用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注方法，其特征在于：候凝24小时后，钻塞。

技术总结
本发明涉及用于煤矿井下复杂地层定向钻孔的随钻随注系统及方法，属于煤矿井下钻探技术领域，在施工过程中采用钻孔液钻进，遇到塌孔严重或者裂隙漏失钻孔液时，将钻孔液现场转化为注浆液，进行注浆，同时配套孔口带压装置，使其能够带压作业，实现了随钻随注浆，同时，带压作业能够平衡一部分地层压力/地层坍塌压力，可以减少钻孔过程中的塌孔程度，从而提高成孔率和成孔深度。与现有技术相比，本发明采用钻进过程中的孔内带压作业，实现了高压注浆，提高了注浆加固效果，可实现随钻/定点注浆，也可以多次注浆，解决了煤矿井下复杂地层定向钻孔过程中的塌孔难题，且不再需要多次扩孔，多次送钻、退钻，避免了现有注浆工艺的缺陷与不足。

技术研发人员：李称心,陈鱼,王清峰,李彦明,孔伟,叶强波
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21