[发明专利]基于中空螺杆钻具的煤矿井下近钻头多参数随钻测量系统

说明书

本发明公开了一种基于中空螺杆钻具的煤矿井下近钻头多参数随钻测量系统，包括中空螺杆钻具和近钻头测量仪器，中空螺杆钻具内设置有中心通孔，近钻头测量仪器安装在中空螺杆钻具的中心通孔内部和两端。定向钻进过程中，近钻头测量仪器实时测量钻头处的钻孔轨迹参数、煤系地层地质参数和钻进工程参数，以有线传输方式传输至上部随钻测量系统，并由上部随钻测量系统传输至孔口。本发明的近钻头多参数随钻测量系统具有结构可靠性高、信号传输快速稳定、仪器尺寸短、对螺杆钻具造斜能力影响小、参数测量种类多等显著优势，为钻孔轨迹精准控制、钻进工况识别和参数优化提供了依据，支撑煤矿井下智能定向钻进的实现。

技术领域

本发明属于煤矿井下坑道钻探领域，具体涉及一种基于中空螺杆钻具的煤矿井下近钻头多参数随钻测量系统。

背景技术

随钻测量系统主要用于测量钻孔轨迹参数、地层物性参数等，指导定向钻孔轨迹控制，是定向钻进技术装备的核心。目前煤矿井下开发了矿用有线传输式、泥浆脉冲传输式、电磁波传输式随钻测量系统，但以上随钻测量系统均连接在螺杆钻具后面，距孔底钻头距离≥6m，参数测量存在滞后性，无法掌握孔底真实钻进情况，钻孔轨迹控制和钻进参数调整滞后。

为了满足定向钻孔高精度安全快速施工需要，地面油气钻井领域开发了近钻头随钻测量系统，将测量仪器设置在钻头和螺杆钻具之间，可以测量近钻头处的随钻信息；采用无线短传和螺杆钻具过线传输两种方式，跨越螺杆钻具将近钻头测量数据传输至上部常规随钻测量系统，由上部常规随钻测量系统向孔口传输，从而解决了测量滞后性问题，提高了钻进控制的时效性。其中无线短传主要以声波或电磁波为介质，采用无线方式跨越螺杆钻具将近钻头信息向上部常规随钻测量系统传输；螺杆钻具过线传输主要采用在螺杆钻具侧壁或内部布置电缆，在螺杆钻具各连接接头处安装多组滑环的方式，利用螺杆钻具形成的有线通道将近钻头信息向上部常规随钻测量系统传输。

受煤矿井下特殊防爆要求，现有地面油气钻井领域开发的近钻头随钻测量系统无法在煤矿井下使用，且在地面油气钻井实际应用中存在以下问题：

(1)结构复杂可靠性低。螺杆钻具过线传输方式需要在螺杆钻具侧壁或内部加工深孔以布置电缆，结构复杂加工难度大；同时，螺杆钻具由多个部件组成，各部件连接处均需要设置公母滑环以实现过接头信号传输，在孔内受力复杂情况下滑环密封结构易损坏失效，无法过接头传输信号。

(2)信号传输稳定性差。无线短传方式采用声波或电磁波无线介质传输近钻头测量信号，信号传输通道为螺杆钻具和孔壁之间的环空，无线信号受冲洗液性质、钻具振动干扰大，信号传输稳定性差，信号传输速度慢，不能满足大容量数据传输。

(3)近钻头测量短节长度过长，降低了螺杆钻具造斜率。现有近钻头随钻测量系统将参数测量、供电和过螺杆钻具传输模块均安装在近钻头位置，增加了螺杆钻具弯点到钻头的长度，降低了螺杆钻具造斜率。

(4)采集数据种类单一，不足于支撑钻进优化决策。现有近钻头随钻测量系统主要采集近钻头轨迹参数和地层自然伽马参数，自然伽马的探测距离小于0.5m，探测距离近，单一参数支撑下地层识别精度低，且不具备钻进工程参数监测功能，对钻孔轨迹控制的改善效果有限，对钻进参数优化缺乏数据支撑。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种基于中空螺杆钻具的煤矿井下近钻头多参数随钻测量系统，解决现有近钻头随钻测量系统存在的结构复杂可靠性低、信号传输稳定性差、近钻头短节长度过长导致螺杆钻具造斜率降低、采集数据种类单一等问题。

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：

基于中空螺杆钻具的煤矿井下近钻头多参数随钻测量系统，包括中空螺杆钻具和近钻头测量仪器；

所述中空螺杆钻具包括依次连接的中空马达总成、中空万向轴总成和中空传动轴总成，三者的中心通孔相互连通形成中空螺杆钻具的中心通孔，用以安装近钻头测量仪器；