定向方位增透一体化复合实施技术及工艺装备的制作方法

1.本发明涉及煤矿施工技术领域，特别是涉及一种定向方位增透一体化复合实施技术及工艺装备。


背景技术：

2.定向钻探技术在我国钻探方面尤其是煤矿领域是比较先进的钻探工艺，现在较为普遍的定向钻探工艺常见的是进行定向钻孔施工，然后根据设计钻孔再进行定向扩孔，以求获得较大孔径，增加钻孔抽采面积，然而这类工艺施工效率较慢且扩孔直径有限，反复扩孔次数多，对于时效性把控差；另外一种定向增透钻孔的方式是采用高压泵车进行造穴施工，定向钻孔完工后，采用高压施工使用的钻杆和增透造穴装置进行二次下钻施工，然后利用高压水进行孔内增透造穴，这样无论是钻具的成本还是施工效率都是有影响的。
3.因此，亟需一种定向方位增透一体化复合实施技术及工艺装备，能够实现定向钻进和增透同时进行施工。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种定向方位增透一体化复合实施技术及工艺装备，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种定向方位增透一体化复合实施技术，包括以下步骤：
6.s1.将定向钻机进行支撑稳固，定位钻孔位置，在目标地层的孔口安装渣水处理系统；
7.s2.依次连接高压切削钻头、泥浆螺杆马达、高压切割装置、测量系统、高压测量钻杆、高压水尾；
8.s3.将高压测量钻杆安装到定向钻机上，高压水尾与泥浆泵车连接；
9.s4.开钻前校正螺杆马达纠偏装置，设定钻孔位置、孔深、钻孔直径、磁偏角；
10.s5.开始定向钻进，通过泥浆螺杆马达带动高压切削钻头进行施工钻进，按照钻进位置进行轨迹定点监测；
11.s6.完成定向钻进后停钻，泥浆泵车切换到高压状态；
12.s7.校正孔底螺杆马达纠偏装置和高压切割装置上喷嘴的位置，按照钻孔割缝设计，在测量系统识别退钻至割缝位置；
13.s8.通过高压切割装置与孔底螺杆马达纠偏装置配合进行定点纵向割缝和定点环形割缝；
14.s9.完成割缝增透施工后调低泥浆泵车出水压力，进行撤钻完成施工作业，重复步骤s1-s8进行下一钻孔施工作业。
15.优选的，所述步骤s2中，高压切割装置上的任一喷嘴与螺杆马达纠偏装置的方向一致。
16.优选的，所述步骤s4中，螺杆马达纠偏装置和高压切割装置的喷嘴同时校正为零点。
17.优选的，所述步骤s5中，泥浆泵车定向钻进水压不大于15mpa。
18.优选的，所述步骤s6中，高压状态：冲孔压力控制为15-25mpa，切割压力控制为25-150mpa。
19.本发明还提供了一种定向方位增透一体化复合工艺装备，包括高压测量钻杆，所述高压测量钻杆可拆卸连接有定向钻机，所述高压测量钻杆远离所述定向钻机的一端安装有测量系统，所述测量系统远离所述高压测量钻杆的一端安装有高压切割装置，所述高压切割装置远离所述测量系统的一端安装有泥浆螺杆马达，所述泥浆螺杆马达远离所述高压切割装置的一端安装有高压切削钻头，所述高压测量钻杆远离所述测量系统的一端安装有高压水尾，所述高压水尾连接有泥浆泵车。
20.优选的，所述测量系统、所述高压切割装置、所述泥浆螺杆马达、所述高压切削钻头通过孔口伸入目标地层内。
21.优选的，所述高压切割装置的周向上开设有若干个喷嘴。
22.优选的，所述孔口处安装有渣水处理系统。
23.本发明公开了以下技术效果：
24.1、本发明利用定向钻探完成定点纵向割缝和定点环形割缝的工艺实施，可有效减少重复上卸钻具的频率，减少钻具种类的使用，有效降低施工成本；在同等空间、时间条件下提高作业施工效率，具有重大实施意义和推广价值。
25.2、本发明利用测量系统进行孔内割缝状态的实时观测，有效避免了现有技术的“盲钻盲割孔”现象，能够根据相对地层煤体中瓦斯赋存程度不一的情况，可以有效实现定点定位的割缝作业施工。
26.3、本发明能根据目标地层的条件进行定点纵向割缝与定点环形割缝两种方式的随意切换以及复合施工，达到增透泄压的切实应用目的，为保障煤层安全高效开采、矿山绿色发展做出突出贡献。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施技术流程示意图；
29.图2为本发明定点纵向割缝示意图；
30.图3为本发明定点环形割缝示意图；
31.图4为本发明喷嘴相位位置示意图；
32.其中，1、目标地层；2、高压切削钻头；3、高压切割装置；4、定点纵向割缝；5、测量系统；6、渣水处理系统；7、高压测量钻杆；8、定向钻机；9、高压水尾；10、泥浆泵车；11、泥浆螺杆马达；12、定点环形割缝；13、喷嘴。
具体实施方式
33.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。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.参照图1-4，本发明提供一种定向方位增透一体化复合实施技术，包括以下步骤：
36.s1.将定向钻机8进行支撑稳固，定位钻孔位置，在目标地层1的孔口安装渣水处理系统6；
37.s2.依次连接高压切削钻头2、泥浆螺杆马达11、高压切割装置3、测量系统5、高压测量钻杆7、高压水尾9；调节高压切割装置3上的任一喷嘴13与螺杆马达纠偏装置的方向一致。
38.s3.将高压测量钻杆7安装到定向钻机8上，高压水尾9与泥浆泵车10连接；
39.s4.开钻前校正螺杆马达纠偏装置，设定钻孔位置、孔深、钻孔直径、磁偏角等；螺杆马达纠偏装置和高压切割装置3的喷嘴13同时校正为零点。
40.s5.开始定向钻进，通过泥浆螺杆马达11带动高压切削钻头2进行施工钻进，按照钻进位置进行轨迹定点监测；泥浆泵车10的进水压不大于15mpa。
41.s6.完成定向钻进后停钻，泥浆泵车10切换到高压状态；冲孔压力控制为15-25mpa，切割压力控制为25-150mpa。
42.s7.校正孔底螺杆马达纠偏装置和高压切割装置3上喷嘴13的位置，按照钻孔割缝设计，在测量系统5识别退钻至割缝位置；
43.s8.通过高压切割装置3与孔底螺杆马达纠偏装置配合进行定点纵向割缝4和定点环形割缝12；定点纵向割缝4的方式是依据设计割缝位置参照测量系统5调整喷嘴13与孔底螺杆马达纠偏装置，在静置状态下对某一位置进行持续纵向深度的割缝增透，按照轴向进行阵列布置；定点环形割缝12的方式是在非静置状态下进行旋转割缝，利用旋转切削的方式形成一个相对贯通的环形空间，喷嘴13和孔底螺杆马达纠偏装置进行同时旋转割缝
44.s9.完成割缝增透施工后调低泥浆泵车10出水压力，进行撤钻完成施工作业，重复步骤s1-s8进行下一钻孔施工作业。
45.本发明还提供了一种定向方位增透一体化复合工艺装备，包括高压测量钻杆7，高压测量钻杆7可拆卸连接有定向钻机8，高压测量钻杆7远离定向钻机8的一端安装有测量系统5，测量系统5远离高压测量钻杆7的一端安装有高压切割装置3，高压切割装置3远离测量系统5的一端安装有泥浆螺杆马达11，泥浆螺杆马达11远离高压切割装置3的一端安装有高压切削钻头2，高压测量钻杆7远离测量系统5的一端安装有高压水尾9，高压水尾9连接有泥浆泵车10；测量系统5、高压切割装置3、泥浆螺杆马达11、高压切削钻头2通过孔口伸入目标地层1内；高压切割装置3的周向上开设有若干个喷嘴13；孔口处安装有渣水处理系统6。高压切割装置3、测量系统5、高压测量钻杆7、高压水尾9均相互连通
46.孔底螺杆马达纠偏装置和高压切割装置3上喷嘴13的位置是依据两者连接的螺纹进行相位确定的，高压切割装置3的喷嘴13位置与孔底螺杆马达纠偏装置的位置保持一致，
可以有效保障利用测量系统5在孔外调整和观测喷嘴13的割缝位置，为此制定的技术措施是依据喷嘴13确定高压切割装置3连接螺纹的相位位置，依据螺杆马达纠偏装置确定孔底泥浆螺杆马达11的螺纹相位位置。
47.螺杆马达纠偏装置能够通过控制泥浆螺杆马达11的钻压和扭矩，实现纠偏控向工作。
48.测量系统5采用定向钻进和随钻测量，在施工过程中进行随钻监测，可随钻测量钻孔倾角、方位角、工具面等主要参数，同时可实现钻孔参数、轨迹的实时显示，便于施钻人员随时了解钻孔施工情况，并根据测量结果能够及时通过螺杆马达纠偏装置控制泥浆螺杆马达11的钻压和扭矩，使钻孔尽可能的按照预定方向延伸。
49.由于钻机用水量很大，通过将渣水处理系统6安装在孔口处，能够将钻孔排渣出的煤泥水经过渣水处理系统6的固液分离处理后，能实现清水直接回用于钻机，有效节约了用水量。
50.高压切割装置3采用高压水进行切割，能够精确,快速地完成各种复杂的切割工作；高压切割装置3前端连接孔底马达，当进行高压切缝时通过内置的逆止器对通往孔底的水流量进行有效阻隔或达到少量出水状态，确保高压切割装置3的喷嘴13出水流量大于孔底的出水流量。
51.高压测量钻杆7是实现高压割缝的有效保障，在高压测量钻杆7连接螺纹端设置有承压密封装置，确保螺纹端密封可达到高压状态，在内部信号传导端设置有锥度超高压承压密封装置，确保信号传导端密封压力大于150mpa，相对绝缘电阻大于20mω，传导电阻小于0.5ω。
52.本发明能够通过定向钻探完成定点纵向割缝4和定点环形割缝12，从而达到以定向方位控制，实现对增透施工的纵向方位以及环形增透控制，实现精准方位下的增透达到高效抽采的目的。
53.本发明利用定向钻探完成定点纵向割缝4和定点环形割缝12的工艺实施，可有效减少重复上卸钻具的频率，减少钻具种类的使用，有效降低施工成本；在同等空间、时间条件下提高作业施工效率，具有重大实施意义和推广价值。
54.本发明利用测量系统5进行孔内割缝状态的实时观测，有效避免了现有技术的“盲钻盲割孔”现象，能够根据相对地层煤体中瓦斯赋存程度不一的情况，可以有效实现定点定位的割缝作业施工。
55.本发明能根据目标地层1的条件进行定点纵向割缝4与定点环形割缝12两种方式的随意切换以及复合施工，达到增透泄压的切实应用目的，为保障煤层安全高效开采、矿山绿色发展做出突出贡献。
56.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
57.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种定向方位增透一体化复合实施技术，其特征在于：包括以下步骤：s1.将定向钻机进行支撑稳固，定位钻孔位置，在目标地层的孔口安装渣水处理系统；s2.依次连接高压切削钻头、泥浆螺杆马达、高压切割装置、测量系统、高压测量钻杆、高压水尾；s3.将高压测量钻杆安装到定向钻机上，高压水尾与泥浆泵车连接；s4.开钻前校正螺杆马达纠偏装置，设定钻孔位置、孔深、钻孔直径、磁偏角；s5.开始定向钻进，通过泥浆螺杆马达带动高压切削钻头进行施工钻进，按照钻进位置进行轨迹定点监测；s6.完成定向钻进后停钻，泥浆泵车切换到高压状态；s7.校正孔底螺杆马达纠偏装置和高压切割装置上喷嘴的位置，按照钻孔割缝设计，在测量系统识别退钻至割缝位置；s8.通过高压切割装置与孔底螺杆马达纠偏装置配合进行定点纵向割缝和定点环形割缝；s9.完成割缝增透施工后调低泥浆泵车出水压力，进行撤钻完成施工作业，重复步骤s1-s8进行下一钻孔施工作业。2.根据权利要求1所述的定向方位增透一体化复合实施技术，其特征在于：所述步骤s2中，高压切割装置上的任一喷嘴与螺杆马达纠偏装置的方向一致。3.根据权利要求1所述的定向方位增透一体化复合实施技术，其特征在于：所述步骤s4中，螺杆马达纠偏装置和高压切割装置的喷嘴同时校正为零点。4.根据权利要求1所述的定向方位增透一体化复合实施技术，其特征在于：所述步骤s5中，泥浆泵车定向钻进水压不大于15mpa。5.根据权利要求1所述的定向方位增透一体化复合实施技术，其特征在于：所述步骤s6中，高压状态：冲孔压力控制为15-25mpa，切割压力控制为25-150mpa。6.一种定向方位增透一体化复合工艺装备，用于实施权利要求1-5任一项所述的定向方位增透一体化复合实施技术，其特征在于：包括高压测量钻杆(7)，所述高压测量钻杆(7)可拆卸连接有定向钻机(8)，所述高压测量钻杆(7)远离所述定向钻机(8)的一端安装有测量系统(5)，所述测量系统(5)远离所述高压测量钻杆(7)的一端安装有高压切割装置(3)，所述高压切割装置(3)远离所述测量系统(5)的一端安装有泥浆螺杆马达(11)，所述泥浆螺杆马达(11)远离所述高压切割装置(3)的一端安装有高压切削钻头(2)，所述高压测量钻杆(7)远离所述测量系统(5)的一端安装有高压水尾(9)，所述高压水尾(9)连接有泥浆泵车(10)。7.根据权利要求6所述的定向方位增透一体化复合工艺装备，其特征在于：所述测量系统(5)、所述高压切割装置(3)、所述泥浆螺杆马达(11)、所述高压切削钻头(2)通过孔口伸入目标地层(1)内。8.根据权利要求6所述的定向方位增透一体化复合工艺装备，其特征在于：所述高压切割装置(3)的周向上开设有若干个喷嘴(13)。9.根据权利要求7所述的定向方位增透一体化复合工艺装备，其特征在于：所述孔口处安装有渣水处理系统(6)。

技术总结
本发明涉及煤矿施工技术领域，特别是涉及一种定向方位增透一体化复合实施技术及工艺装备，包括以下步骤：将定向钻机进行支撑稳固，依次连接高压切削钻头、泥浆螺杆马达、高压切割装置、测量系统、高压测量钻杆、高压水尾；校正螺杆马达纠偏装置；开始定向钻进；完成定向钻进后停钻；校正孔底螺杆马达纠偏装置和高压切割装置上喷嘴的位置；进行定点纵向割缝和定点环形割缝。本发明能够通过定向钻探完成定点纵向割缝和定点环形割缝，从而达到以定向方位控制，实现对增透施工的纵向方位以及环形增透控制，实现精准方位下的增透达到高效抽采的目的。的。的。


技术研发人员：王海峰 王海瑞 王刚
受保护的技术使用者：山东邦弘中创智能装备有限公司
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/8/31