[发明专利]水力喷射钻进小半径径向回转装置及方法

说明书

本发明属于煤矿瓦斯灾害防治技术领域，水力喷射钻进小半径径向回转装置，其中铰链结构的轴向方向内部中空，且铰链结构为单向弯曲铰链，铰链结构后端通过活动弯关节连接在内层钻管的前端，且活动弯关节的弯曲方向与铰链结构回转方向在同一平面内，所述铰链结构以及内层钻管内置于外层钻管内，铰链结构的前端与外层钻管沿垂直于铰链结构弯曲方向铰接，所述第一钻管夹持器固定外层钻管并提供持续向前推力，所述第二钻管夹持器夹持内层钻管并提供持续向前推力，带动铰链结构产生径向回转。本装置主要用于井下煤层水力喷射水平钻进过程中径向回转，具备小尺寸钻孔转向、操作简单、易于控制等优点。

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯灾害防治技术领域，具体涉及煤层中使用水力喷射钻进的小半径径向回转装置及方法。

背景技术

煤矿瓦斯（煤层气是重要的非常规天然气资源之一，在煤矿井下开展高瓦斯煤层的煤层气抽采时，未卸压煤层的煤层气抽采能否取得较好的效果主要取决于煤层的渗透性。但我国大部分矿区的煤层属于高瓦斯低渗煤层，煤质松软且渗透性差，渗透率仅为10^-4~10^-3mD，由于煤层的渗透性直接决定了煤矿瓦斯(煤层气)抽采及利用的效率，解决低渗煤层的煤层气难抽问题已成为确保煤矿安全生产，提高煤层气产量和利用率的关键环节。研发提高低渗煤层的渗透性、煤层气增产的技术与装备，已成为一项艰难而迫切的任务，所以难抽煤层井下增透关键技术及装备研发已成为亟待开展的重要任务。

径向水力喷射水平钻进技术是煤层增透及井下瓦斯防治的有效技术手段。径向水力喷射水平钻进技术早期主要应用于石油系统，而煤矿井下抽采钻孔与石油钻井存在较大差异性，煤矿井下钻孔尺寸远小于石油钻井，目前急需一种工艺及装置，解决小尺寸钻孔的水射流水平转向问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明所解决现有技术中存在的技术问题是针对目前煤矿抽采钻孔尺寸小，水平转向难度大等问题，提供了一种水力喷射钻进小半径径向回转装置及方法，主要用于井下煤层水力喷射增透过程中径向回转，具备小尺寸钻孔转向、操作简单、易于控制等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，水力喷射钻进小半径径向回转装置，包括外层钻管、内层钻管、活动弯关节、铰链结构、第一钻管夹持器和第二钻管夹持器，其中铰链结构的轴向方向内部中空，且铰链结构为单向弯曲铰链，铰链结构后端通过活动弯关节连接在内层钻管的前端，且活动弯关节的弯曲方向与铰链结构回转方向在同一平面内且方向相反，所述铰链结构以及内层钻管内置于外层钻管内，铰链结构的前端与外层钻管沿垂直于铰链结构弯曲方向铰接，所述第一钻管夹持器固定外层钻管并提供持续向前推力，所述第二钻管夹持器夹持内层钻管并提供持续向前推力，带动铰链结构产生径向回转。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述外层钻管对应铰链结构的位置第一镂空处，该第一镂空处位于铰链结构的弯曲方向，使得铰链结构弯曲后部分段沿第一镂空处置于外层钻管外部。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述外层钻管对应铰链结构的位置具有第二镂空处。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述水力喷射钻进小半径径向回转装置还包括连接管，所述铰链结构的后部铰接在连接管的前部，所述连接管的后部连接在活动弯关节上。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述铰接结构包括若干个活动页片，所述活动页片为梯形结构，活动页片下底依次相邻布置且活动页面主体同向布置，相邻两个活动页片通过铰链接轴可转动连接，且在铰链结构在极限弯曲状态时，相邻两个活动页片的侧边可抵接并形成定位。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述活动页片的内部中空处设有活动滚轮。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述活动弯关节内丝尺寸与内层钻管外丝尺寸匹配。