煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法技術

一種煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法，包括常規定向鉆進、振動發生器安裝位置確定、振動減阻鉆進施工方法等；并通過(刪掉)振動發生器安裝位置根據激振力幅值以及鉆柱尺寸和材料確定，引起前部并帶動后部鉆柱產生振動，同時振動產生的應力波在傳遞至隨鉆測量儀器及孔底鉆具之前消失，不影響隨鉆測量儀器和孔底鉆具的正常使用；由此，本發明專利技術實現了煤礦井下深孔定向鉆進時鉆柱的振動功能，將靜摩擦力轉化為動摩擦力，并且能夠有效減少鉆柱屈曲變形，從而大幅度減小鉆進摩阻，并能與目前成熟的有纜通訊式鉆桿實現信號傳輸，對于提高定向鉆孔深度和深孔定向鉆進效率具有重大意義。

Vibration drag reduction method of drill string in directional drilling of near horizontal long boreholes in coal mine

A vibration drag reduction method for drill string of directional drilling with near horizontal long boreholes in underground coal mine includes conventional directional drilling, determination of installation position of vibration generator, construction method of vibration drag reduction drilling, etc. The installation position of vibration generator is determined according to the amplitude of exciting force, size and material of drill string, which causes the front part and drives the rear part. At the same time, the stress wave generated by the vibration disappears before it is transmitted to the measuring instrument while drilling and the bottom hole drilling tool, which does not affect the normal use of the measuring instrument while drilling and the bottom hole drilling tool. Thus, the invention realizes the vibration function of the drilling string during the directional drilling of deep holes in the underground coal mine, and converts static friction force into dynamic friction force. And it can effectively reduce the buckling deformation of drill string, thus greatly reduce the drilling friction, and can communicate with the mature cable drill pipe to achieve signal transmission, which is of great significance to improve the depth of directional drilling and the efficiency of deep hole directional drilling.

【技術實現步驟摘要】
煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法
本專利技術涉及煤礦井下鉆探的
，尤其涉及一種煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法。
技術介紹
目前我國煤礦井下鉆孔在采用螺桿馬達滑動定向鉆進過程中，鉆柱與孔壁摩擦方式為靜摩擦，當孔深達到一定深度后摩擦力累積摩阻問題突出，導致鉆壓不能有效傳遞至鉆頭，產生托壓效應，引起深孔鉆進鉆效大幅度降低，制約了滑動鉆進方式下的鉆孔深度。隨著近年來定向鉆進技術在探放水孔、底板加固孔、頂板高位孔中的應用越來越多，加之煤礦企業對于大深度、高效率鉆孔的要求越來越高，托壓效應已經成為制約定向鉆孔深度和鉆進效率的瓶頸問題。復合鉆進工藝雖然能夠減小摩阻，但存在硬巖中鉆進鉆頭快速磨損、軌跡可控性差等問題。為此，本專利技術的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，研究設計出一種煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法，以克服上述缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法，實現了煤礦井下深孔定向鉆進時鉆柱的振動功能，將靜摩擦力轉化為動摩擦力，并且能夠有效減少鉆柱屈曲變形，從而大幅度減小鉆進摩阻，并能與目前成熟的有纜通訊式鉆桿實現信號傳輸，對于提高定向鉆孔深度和深孔定向鉆進效率具有重大意義。為解決上述問題，本專利技術公開了一種煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法，其特征在于包含如下步驟：步驟一、首先進行常規定向鉆進過程，孔底鉆頭鉆壓通過鉆機動力頭向孔內壓縮鉆柱來施加，當有明顯托壓效應時提鉆；步驟二、根據鉆柱與地層摩擦系數、鉆柱尺寸和材料性質以及所用流量下振動短節推力大小確定所述可通信式減阻器在所述鉆柱上的安裝位置；步驟三、根據所選安裝位置，下入孔底鉆具及一定數量通纜鉆桿后安裝可通訊式振動發生器，然后繼續下鉆至孔底；步驟四、緩慢開泵，小排量等待孔口返水，返水后調到正常鉆進排量，控制好給進壓力，給進力大于鉆柱整體摩阻和鉆頭鉆壓的總和；步驟五、加鉆桿重復步驟五，達到設計孔深后，提鉆。其中：所述可通訊式振動發生器包括依次連接的上通訊接手、上過渡接手、振動短節、柔性通訊線、下過渡接手和下通訊接手，所述上通訊接手和下通訊接手與煤礦井下定向鉆進用通纜鉆桿相連接，所述上過渡接手連接于上通訊接手和振動短節，所述下過渡接手連接于振動短節和下通訊接手，所述柔性通信線作為信號傳輸通道，軸向允許一定的余量以補償振動短節的振動位移。其中：所述振動短節由上接頭、殼體、節流活塞、下接頭和下殼體組成，所述殼體和下殼體前后連接，所述上接頭的后端內腔設有連接至上過渡接手的錐形孔，前端伸入所述殼體的后端且設有供柔性通訊線貫通的上通孔，所述下接頭的后端伸入下殼體以及殼體的前端，所述下接頭的前端設有連接至下過渡接手的錐形部，且所述下接頭設有供柔性通訊線貫通的下通孔，所述節流活塞為臺階狀，且后端大徑部滑動設置于殼體內，前端小徑部伸入下接頭內，所述小徑部設有供柔性通訊線貫通的中通孔，其中，所述上通孔和下通孔的直徑較大以供柔性通訊線的柔性伸縮，所述中通孔的直徑較小以使柔性通訊線在內筆直伸展。其中：所述節流活塞的小徑部在中通孔的周圍加工有多個貫通的節流孔，大徑部的周緣設有多個傾斜貫通泄壓孔，由此，所述節流孔使過流沖洗液在節流活塞前后端面建立壓力差從而產生軸向推力，所述泄壓孔使得過流沖洗液泄壓從而減小軸向推力。其中：在所述節流活塞的大徑部和殼體內壁前側設置的凸臺之間設有復位部件，起到促進節流活塞和前部鉆柱復位的作用。其中：所述上接頭通過螺紋連接于殼體，所述下接頭的后端通過螺紋與所述節流活塞的小徑部相連，所述下接頭的中間部位為四方桿，從而與所述下殼體內腔的四方孔相配合。其中：所述中通孔設有壓緊螺帽，以固定所述柔性通訊線，防止振動過程中與所述活塞內孔往復運動造成的磨損。通過上述結構可知，本專利技術的煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法具有如下效果：1、將鉆柱與孔壁摩擦方式由靜摩擦轉化為動摩擦，減小了鉆柱摩阻；2、將給進狀態下鉆柱與孔壁的多點接觸轉化為連續接觸，防止屈曲變形的產生以及降低鉆柱自鎖風險；3、大幅度減輕了孔口通過鉆機施加的給進力，減輕了孔內鉆柱受力狀態，提高了孔內鉆具的安全性。本專利技術的詳細內容可通過后述的說明及所附圖而得到。附圖說明圖1顯示了本專利技術的可通訊式振動發生器示意圖。圖2顯示了本專利技術的振動短節的示意圖；圖3顯示了本專利技術的托壓孔段常規鉆柱變形示意圖；圖4顯示了本專利技術的托壓孔段安裝可通訊式振動發生器后鉆柱變形示意圖。附圖標記：1-上通訊接手；2-上過渡接手；3-柔性通訊線；8-下過渡接手；9-下通纜短節；21-上接頭；22-殼體；23-節流活塞；24-復位部件；25-下接頭；26-流體返回孔；27-下殼體；28-鎖緊螺帽；29-節流孔；30-泄壓孔；31-鉆機；32-鉆柱；33-地層；34-鉆孔；35-鉆頭；36-可通訊式振動發生器。具體實施方式參見圖1和2，顯示了本專利技術的煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法中應用的可通訊式振動發生器。所述可通訊式振動發生器包括依次連接的上通訊接手1、上過渡接手2、振動短節(圖2)、柔性通訊線3、下過渡接手8和下通訊接手9，所述上通訊接手1和下通訊接手9與煤礦井下定向鉆進用通纜鉆桿相連接，結構形式和原理與成熟煤礦井下通纜鉆桿相同，在此不在贅述，所述上過渡接手2連接于上通訊接手1和振動短節，所述下過渡接手8連接于振動短節和下通訊接手9，所述柔性通信線3作為信號傳輸通道，貫通于上過渡接手2、振動短節、柔性通訊線3和下過渡接手8且連貫分別連接于上通訊接手1和下通訊接手9，其長度大于上通訊接手1和下通訊接手9之間的連接位置，從而軸向允許一定的余量以補償振動短節的振動位移。參見圖2，所述振動短節由上接頭21、殼體22、節流活塞23、下接頭25和下殼體27組成，起到連接上下通訊接手的作用，所述殼體22和下殼體27前后連接，所述上接頭21的后端內腔設有連接至上過渡接手2的錐形孔，前端伸入所述殼體22的后端且設有供柔性通訊線3貫通的上通孔，所述下接頭25的后端伸入下殼體27以及殼體22的前端，所述下接頭25的前端設有連接至下過渡接手8的錐形部，且所述下接頭25設有供柔性通訊線3貫通的下通孔，所述節流活塞23滑動設置于殼體22內，其中，所述節流活塞23為臺階狀，且后端大徑部滑動設置于殼體22內，前端小徑部伸入下接頭25內，所述小徑部設有供柔性通訊線3貫通的中通孔，其中，所述上通孔和下通孔的直徑較大以供柔性通訊線3的柔性伸縮，所述中通孔的直徑較小以使柔性通訊線3在內筆直伸展。其中：所述殼體22加工有擴大腔為泄壓流體提供過流通道。其中：所述節流活塞23的小徑部在中通孔的周圍加工有多個貫通的節流孔29，大徑部的周緣設有多個傾斜貫通泄壓孔30，由此，所述節流孔29使過流沖洗液在節流活塞前后端面建立壓力差從而產生軸向推力，所述泄壓孔30使得過流沖洗液泄壓從而減小軸向推力。其中，在所述節流活塞23的大徑部和殼體22內壁前側設置的凸臺之間設有復位部件24，起到促進節流活塞23和前部鉆柱復位的作用，所述復位部件24可為預壓縮的螺旋彈簧。其中：所述上接頭21可通過螺紋連接于殼體22，所述下接頭25的后端通過螺紋與所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法，其特征在于包含如下步驟：步驟一、首先進行常規定向鉆進過程，孔底鉆頭鉆壓通過鉆機動力頭向孔內壓縮鉆柱來施加，當有明顯托壓效應時提鉆；步驟二、根據鉆柱與地層摩擦系數、鉆柱尺寸和材料性質以及所用流量下振動短節推力大小確定所述可通信式減阻器在所述鉆柱上的安裝位置；步驟三、根據所選安裝位置，下入孔底鉆具及一定數量通纜鉆桿后安裝可通訊式振動發生器，然后繼續下鉆至孔底；步驟四、緩慢開泵，小排量等待孔口返水，返水后調到正常鉆進排量，控制好給進壓力，給進力大于鉆柱整體摩阻和鉆頭鉆壓的總和；步驟五、加鉆桿重復步驟五，達到設計孔深后，提鉆。

【技術特征摘要】
1.一種煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法，其特征在于包含如下步驟：步驟一、首先進行常規定向鉆進過程，孔底鉆頭鉆壓通過鉆機動力頭向孔內壓縮鉆柱來施加，當有明顯托壓效應時提鉆；步驟二、根據鉆柱與地層摩擦系數、鉆柱尺寸和材料性質以及所用流量下振動短節推力大小確定所述可通信式減阻器在所述鉆柱上的安裝位置；步驟三、根據所選安裝位置，下入孔底鉆具及一定數量通纜鉆桿后安裝可通訊式振動發生器，然后繼續下鉆至孔底；步驟四、緩慢開泵，小排量等待孔口返水，返水后調到正常鉆進排量，控制好給進壓力，給進力大于鉆柱整體摩阻和鉆頭鉆壓的總和；步驟五、加鉆桿重復步驟五，達到設計孔深后，提鉆。2.如權利要求1所述的煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法，其特征在于：所述可通訊式振動發生器包括依次連接的上通訊接手、上過渡接手、振動短節、柔性通訊線、下過渡接手和下通訊接手，所述上通訊接手和下通訊接手與煤礦井下定向鉆進用通纜鉆桿相連接，所述上過渡接手連接于上通訊接手和振動短節，所述下過渡接手連接于振動短節和下通訊接手，所述柔性通信線作為信號傳輸通道，軸向允許一定的余量以補償振動短節的振動位移。3.如權利要求2所述的煤礦井下近水平長鉆孔定向鉆進鉆柱振動減阻方法，其特征在于：所述振動短節由上接頭、殼體、節流活塞、下接頭和下殼體組成，所述殼體和下殼體前后連接，所述上接頭的后端內腔設有連接至上過渡接手的錐形孔，前端伸入所述殼體的后端且設有供柔性通訊線貫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王力，姚寧平，王毅，徐保龍，賈明群，馬斌，張金寶，
申請(專利權)人：中煤科工集團西安研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西,61