[发明专利]一种构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具及钻孔方法

说明书

本发明涉及一种构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具。适用于煤矿井下使用。利用柱塞钻头完成一级和二级扩孔，利用刀翼完成三级扩孔，扩孔激活采用液压控制的方式；利用弹簧将扩孔泵压从固定压力值转变为一定范围的压力区间，提高扩孔压力控制的可操作性；三级扩孔回收总成钻具内管由上下两段组成，并通过内管连接密封圈进行连接和密封，使刀翼阻挡机构的下移与刀翼的出刀分步完成。其在构造煤等较软地层中实现水平井、直井、斜井等多种方式的钻进扩孔，还可以根据工程需要完成某一孔段的三级往复式扩孔作业，满足构造煤煤层气开发等工程活动的需要。

技术领域

本发明涉及一种三级扩孔钻具及钻孔方法，尤其涉及一种构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具。

背景技术

中国构造煤广泛发育且构造煤煤层气资源丰富，但是由于构造煤具有富气、低渗、松软、破碎等突出特征，导致构造煤开采和煤层气开发难度很大，是公认的难题。钻探技术可以作为构造煤中煤层气开发一种非常重要的技术手段，在构造煤中钻进形成大孔径钻孔，增大煤层卸压范围，改善煤层渗透性，提高煤层气解吸速率和效率。随着煤炭资源开发深度的逐渐增大，钻探技术也日趋成熟，但是，对于埋深较大且破碎、松软的构造煤层扩孔钻进，仍然是钻探技术面临的巨大挑战。

目前的随钻扩孔装备以投球和压差式激活方式为主，以刀片为主要的刀翼形式，主要包括机械式扩眼器和液压式扩眼器两类。具有参考意义的代表性成型设备有：Rhino扩眼器，利用刀翼限位块确定扩眼行程，设计有喷孔和大流道；威德福 Ripetide 扩眼器，控制部分既能通过投球也能使用射频发射进行控制；BakerHughes公司的 GaugeProXPR 扩张式随钻扩眼器，投球开启伸出刀翼，使用紧定螺钉代替剪切销，设置了位于本体上方的水眼； Tesco的Underreatner扩眼器，在本体上设有稳定器；哈里伯顿 XR型扩眼器，能够在原有领眼基础上扩眼后收回；Anderreamer 扩眼器，采用滑移液压扩张式、投球和压差式激活方式。近年来，还出现了柱塞式扩孔工具。

评价钻具扩孔技术的两个核心指标就是扩孔级数与扩孔率。一般来说扩孔率与扩孔级数具有一定的相关关系，即扩孔级数也大，扩孔率也越大。综合目前国内外的随钻扩孔装备来看，扩孔方式单一，扩孔级数较低，只有一到二级，因此，导致扩孔率也较低。

发明内容

本发明的目的是：针对上述技术的不足之处，提供一种解决目前随钻扩孔钻具扩孔方式单一，扩孔级数低，扩孔率较低，大口径成孔困难的问题，扩孔率高的构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具及钻孔方法。

为了满足上述要求，本发明的构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具，它包括领眼总成、一级二级扩孔回收总成和三级扩孔回收总成，其中领眼总成与一级二级扩孔回收总成相连接，一级二级扩孔回收总成与三级扩孔回收总成相连接。

所述领眼总成为钻头；

所述一级二级扩孔回收总成包括外壳体，外壳体中空内部设有活塞腔和柱塞腔，其中柱塞腔靠近领眼总成，柱塞腔内反向活动设置有两个扩孔柱塞；所述活塞腔内设有活塞，活塞将活塞腔分割为上下两个部分，靠近柱塞腔的下半部分为液压油腔，液压油腔内设有液压油和弹簧c，活塞腔上半部分内设有弹簧d，上半部分在弹簧d顶部设有胶塞，胶塞上方的外壳体上设有两个与钻具外部连接的溢流孔，所述活塞两侧依次设有二级扩孔限位孔、一级扩孔限位孔和原位限位孔，活塞腔的内壁上成对设有与二级扩孔限位孔、一级扩孔限位孔和原位限位孔匹配的扩孔限位器；