[发明专利]一种煤矿井下埋线旋转导向钻具组合及工控方法

说明书

本发明公开一种煤矿井下埋线旋转导向钻具组合及工控方法，包括依次同轴连接的埋线送水器、埋线钻杆、转换接头、测量短接、发控短接、旋转导向钻具和钻头；控制中心与埋线送水器和埋线钻杆埋设的绝缘导线连通，绝缘导线在转换接头内汇集成束后连接测量短接内测量探管，测量探管连接发控短接，发控短接通过绝缘导线连通旋转导向钻具内控制单元。控制中心发送指令，测量短接回传孔内钻具姿态信息，旋转导向钻具上的推靠巴掌根据指令以不同推力推靠井壁，实现连续三维导向。本发明能实现孔底供电及信号传输，提高信号传输的数据量及稳定性，增强钻杆整体强度并降低长钻孔施工中的压力沿程损失，提高地层适应性及定向钻进效率，保证定向钻孔轨迹平滑。

技术领域

本发明属于钻探设备技术领域，具体涉及一种煤矿井下埋线旋转导向钻具组合及工控方法。

背景技术

煤矿井下坑道钻探是进行矿井灾害防治和煤层气开发利用最直接有效的手段之一，随钻测量定向钻进技术是目前煤矿井下最先进的钻孔施工方法，在煤矿井下瓦斯抽采、水害防治、隐蔽至灾因素探查等诸多领域的应用越来越广泛。目前采用的随钻测量定向钻具组合主要有以下二种形式：一是螺杆马达连接有线随钻测量系统并配合中心通缆钻杆的组合形式；二是螺杆马达连接泥浆脉冲或电磁波等无线随钻测量系统并配合常规钻杆的组合形式。上述钻具组合在涉及长距离顺煤层卸压瓦斯钻孔、顶板高位钻孔及探放水钻孔施工中，面临以下主要问题：一是采用常规螺杆马达滑动钻进时输出功率有限，硬岩钻进效率低，并且钻孔轨迹不平滑；二是中心通缆钻杆在较长钻孔中应用压力沿程损失较大，中心通缆钻杆为了获得足够的过流面积导致钻杆外壁厚度尺寸较小，钻杆强度低；三是随着钻孔深度的增加，现有技术装备定向控制难度大，钻孔轨迹无法得到有效的控制；四是采用泥浆脉冲及电磁波无线随钻测量系统，受地层干扰较大，数据传输效率低，辅助时间较长；五是地层适应性较差，我国大部分矿区煤-岩地质条件复杂，现有随钻测量定向钻进技术装备对复杂破碎地层钻进适应性差，孔内事故多发。

目前旋转导向系统在石油行业已成功推广使用，具有连续三维导向和增大延伸长度的能力，可有效提高钻速，缩短建井周期，并且施工后的钻孔轨迹平滑，但应用于石油领域的旋转导向钻具外径尺寸较大且不能满足煤矿井下的使用要求，不能直接应用于煤矿井下。因此需要针对煤矿井下实际工况，设计一种尺寸规格较小、结构简单、可靠性高的旋转导向钻具，并搭配设计一种过流面积大、信号传输数据量大、信号稳定、强度高的通缆钻杆。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种煤矿井下埋线旋转导向钻具组合及工控方法，以解决现有技术中的随钻测量定向钻具组合钻进效率低、钻孔轨迹不平滑等问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种煤矿井下埋线旋转导向钻具组合，包括依次同轴连接的埋线送水器、埋线钻杆、转换接头、测量短接、发控短接、旋转导向钻具和钻头；

所述埋线送水器包括芯轴，在芯轴侧壁内埋设有多条绝缘导线Ⅴ；所述埋线钻杆包括外管Ⅲ，外管Ⅲ的管壁内埋设有多条绝缘导线Ⅳ，且绝缘导线Ⅳ连通所述绝缘导线Ⅴ；所述转换接头包括外管Ⅱ和位于外管Ⅱ内的内管，且在外管Ⅱ的管壁内埋设有多条绝缘导线Ⅲ，且多条绝缘导线Ⅲ一端连通所述绝缘导线Ⅳ，多条绝缘导线Ⅲ另一端在内管中汇集成束并连接内管端部的通缆接头；所述测量短接包括测量外管和位于测量外管内的测量探管，且测量探管连接所述通缆接头；所述发控短接包括外管I和位于外管内并依次串联的逆变电子节和涡轮发电机且在涡轮发电机端部设有通信接口，通信接口连接所述测量探管，在外管I的管壁内埋设有绝缘导线Ⅱ且绝缘导线Ⅱ连接逆变电子节；所述旋转导向钻具包括中心轴、通过轴承套在中心轴外的外套管、嵌在外套管外壁上且沿外套管周向均布的多个推靠巴掌、设在外套管管壁内且与推靠巴掌对应连通的液压油缸、连接液压油缸的电子节和连接电子节的旋转变压器；在中心轴侧壁内埋设有绝缘导线I，且绝缘导线I两端分别连通旋转变压器和绝缘导线Ⅱ；