[发明专利]一种基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具及方法

说明书

本发明涉及一种基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具及方法，适用于深部构造煤层水平井井下多级扩孔时使用。包括射频识别激发机构、电液控制机构和多级扩孔回收机构三部分组成，利用多级扩孔回收机构完成扩孔刀翼的一级、二级扩张及回收；扩孔激活采用RFID系统激活电液控制机构，通过改变投下的电子标签球，改变所需的扩孔条件，实现扩孔的远程操控，在不更换钻具的前提下，在构造煤等较软地层中实现水平井、直井、斜井等多种方式的扩孔钻进，还可以根据工程需要完成某一孔段的多级扩孔作业；激发与扩孔机构结构可靠，随钻扩孔钻具扩孔方式可靠，扩孔率较高，可实现大口径成孔，扩孔稳定性好，自动化程度高。

技术领域

本发明涉及一种多级变径随钻扩孔钻具及方法，尤其适用于深部构造煤层水平井井下多级扩孔时使用的基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具及方法。

背景技术

中国构造煤广泛发育且构造煤煤层气资源丰富，但是构造煤具有的富气、低渗、松软、破碎等突出特征，成为制约构造煤开采和煤层气开发的重要客观因素。钻探技术作为构造煤中煤层气开发的一种技术手段，已得到越来越广泛的应用。而在松软破碎的构造煤层钻进中，常表现出：①钻进过程中，钻孔稳定性差，孔壁易坍塌，成孔质量差；②钻孔孔壁坍塌，钻渣排出通道受阻，常常会出现卡钻、夹钻、喷孔等现象，甚至发生安全事故。在构造煤中钻进形成大孔径钻孔，可以增大煤层卸压范围，改善煤层渗透性，提高煤层气解吸速率和效率，但是，在埋深较大且破碎、松软的构造煤层采用传统的机械钻机施工大直径钻孔就更加困难。因此，构造煤层中的扩孔钻进仍然是钻探技术面临的巨大挑战。

构造煤层钻进采煤采气是依据钻头破碎煤层，一次钻进可以形成与钻头直径等径的圆柱状钻孔，同时通过钻井液将煤炭颗粒携带到地面。从经济性和开采效率考虑，进入煤层区域后钻头直径应尽量大。然而岩层的可钻性要远低于煤层的可钻性，以大直径钻头钻进岩石层需要更高的钻压和扭矩，钻头直径越大，钻进速度越低，相应成本随之提高。因此需要在岩层中以小直径钻头钻进，在煤层中以大直径钻头钻进，这就要求采用大变径的扩孔钻具。在进行大直径扩孔时，则需要通过起下钻来变更井下钻具组合。起钻改变钻具组合会造成成本增加，钻井周期增长，并容易造成遇阻和卡钻，因此需要在不提钻的条件下完成扩孔工作。

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，但应用效果不明显，主要表现在，液压式扩孔器利用泵压控制，增大泵压直径变大，减小泵压直径变小，但由于泵压难以保持恒定不变，难以精确控制钻孔直径，扩孔质量难以保证。因此需要更加稳定的、精度更高的扩孔钻具。

与此同时，无线射频识别(RFID)技术在矿井应用领域起到了不可或缺的作用，尤其是在煤矿井下安全监控，网络数据通讯，数据的远距离传输，信息处理等方面。利用无线射频识别(RFID)技术，可以精确控制井下钻具的扩孔作业，提高井下扩孔钻具的工作效率，降低钻进成本，大幅度提高经济效益。

发明内容

针对上述技术的不足之处，提供一种满足随钻扩孔技术的要求，提高扩孔率，实现多级往复式扩孔的基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具及方法。

为实现上述技术目的，本发明基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具，基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具，其特征在于：它包括顺序连接的射频识别激发机构、电液控制机构和多级扩孔回收机构，射频识别激发机构、电液控制机构和多级扩孔回收机构之间通过螺纹连接；

所述射频识别激发机构包括外壳体A，固定挡板A，O型密封圈A，RFID系统，传输电缆A，中心流道，压紧螺钉，固定筛网，电子标签球，其中外壳体A管状结构，外壳体A的侧壁开凹槽，凹槽中设有RFID系统，RFID系统通过O型密封圈A和固定挡板A固定，RFID系统与传输电缆A连接，并延伸至射频识别激发机构外侧，外壳体A内部设有固定筛网，固定筛网阻挡电子标签球，使电子标签球暂时储存于中心流道中，便于电子标签球的回收；