[发明专利]煤矿井下水敏缩径地层随钻增扩修复定向钻进系统及方法

说明书

本发明提供了一种煤矿井下水敏缩径地层随钻增扩修复定向钻进系统及方法，该系统包括从头至尾依次相连的随钻增扩定向钻头、螺杆马达、随钻孔壁修复工具、无磁钻杆和定向钻杆，所述的无磁钻杆中安装有随钻测量探管。本发明的系统中的随钻孔壁修复工具既可对孔底定向钻具进行扶正支撑，提高定向钻进的稳定性，又可利用其上的正向修复刀翼和反向修复刀翼对孔壁进行修复，提升成孔质量，确保孔壁光滑平整。本发明的系统中，随钻增扩定向钻头采用偏置不同心结构，减少了钻头直径，实现了小直径钻头，大直径成孔，提高了其在缩径钻孔中的通过性。

技术领域

本发明属于井下定向钻探工程技术领域，涉及水敏缩径地层，具体涉及一种煤矿井下水敏缩径地层随钻增扩修复定向钻进系统及方法。

背景技术

井下定向钻探工程是矿井地质保障和灾害防治的重要技术手段，其钻进目标地层主要为煤系地层，泥岩、碳质泥岩等水敏缩径地层发育广泛，水敏缩径地层钻进时，孔壁岩层会吸水膨胀，引起钻孔直径缩小，导致钻孔直径小于钻头直径，从而使定向钻具无法退出钻孔，造成重大孔内事故，现有可用技术方法及不足如下：

(A)采用抑制性泥浆进行保压护壁或采用空气进行定向钻进，避免钻孔缩径。但是由于煤矿井下定向钻孔一般近水平，无法加压形成护壁泥饼，且矿用冲洗液固控系统技术暂不成熟，护壁泥浆配制和循环利用困难，施工成本高。同时，空气螺杆马达的钻进扭矩相对较小，井下供风能力受限，不适用于岩层定向钻进。

(B)调整定向钻孔轨迹，避开水敏缩径地层钻进。尽量不选择水敏缩径地层为目标地层，通过快速调整轨迹大角度穿过水敏缩径地层并进行局部扩孔，然后在稳定性地层内定向钻进施工。但实际施工过程中无法完全避开水敏缩径地层，如部分矿井水敏缩径地层发育规模大、层数多、厚度高等，且由于现有定向钻进技术装备不具备地层识别功能，地层起伏变化后钻孔极易误入水敏缩径地层，从而导致发生安全事故。

(C)不采用定向钻进技术，采用回转钻进工艺快进快出。对于无法避开水敏缩径地层的矿井，采用常规钻进技术快速施工短孔，减少钻孔缩径事故带来的损失，但常规钻孔深度浅、轨迹不可控，灾害治理工程量大、成本高、效率低，无法进行超前区域治理。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下水敏缩径地层随钻增扩修复定向钻进系统及方法，解决现有技术中煤矿井下水敏缩径地层定向钻进过程成孔困难的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种煤矿井下水敏缩径地层随钻增扩修复定向钻进系统，该系统包括从头至尾依次相连的随钻增扩定向钻头、螺杆马达、随钻孔壁修复工具、无磁钻杆和定向钻杆，所述的无磁钻杆中安装有随钻测量探管。

所述的随钻孔壁修复工具包括杆体，所述的杆体的头端为与螺杆马达连接的公接头，所述的杆体的尾端为与无磁钻杆相连接的母接头；杆体内部从尾至头轴向贯通设置有相连通的第一台阶通孔和第二台阶通孔的两级通孔；第一台阶通孔的内径大于第二台阶通孔的内径，第一台阶通孔和第二台阶通孔之间为台阶面；

所述的第一台阶通孔和第二台阶通孔内安装有推送杆，所述的推送杆包括一体成型依次相连的第一台阶段、第二台阶段、第三台阶段和第四台阶段四个台阶段；

所述的第一台阶段、第三台阶段和第四台阶段均为圆柱状；所述的第一台阶段和第三台阶段的外径与杆体内的第一台阶通孔的内径相同，所述的第四台阶段的外径与杆体内的第二台阶通孔的内径相同；

所述的第二台阶段为锥台状，所述的第二台阶段的下底与第一台阶段相连，所述的第二台阶段的上底与第三台阶段相连；所述的第二台阶段的下底的直径不大于第一台阶段的外径，所述的第二台阶段的上底的直径小于第三台阶段的外径；

所述的第四台阶段上套装有轴向复位弹簧，轴向复位弹簧的一端顶在第三台阶段的端面上，轴向复位弹簧的另一端顶在台阶面上；