[发明专利]一种碎软薄煤层瓦斯抽采定向长钻孔施工钻具组合及方法

说明书

本发明公开一种碎软薄煤层瓦斯抽采定向长钻孔施工钻具组合及方法，包括依次相连的定向钻头、前置测量短节、无磁过线螺杆钻具、后置测量短节和中心通缆钻杆；前置测量短节用于近钻头位置钻孔倾角、工具面向角和地层自然伽马放射性强度的测量；无磁过线螺杆钻具用于给定向钻头提供碎岩动力，并将前置测量短节的测量数据通过无磁过线螺杆钻具侧壁通信组件输送至后置测量短节；后置测量短节用于前置测量短节测量数据接收和钻孔方位角的测量；中心通缆钻杆用于孔底测量数据的上传。通过本发明的技术方案能有效提高碎软薄煤层瓦斯抽采钻孔成孔深度和成孔率，缩短瓦斯治理周期，降低瓦斯治理成本。

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯抽采领域，具体涉及一种碎软薄煤层瓦斯抽采定向长钻孔施工钻具组合及方法。

背景技术

薄煤层在我国分布广泛，主要指的是厚度小于1.3m的煤层，约占我国煤炭资源储量的20％。为了提高煤炭的回采率，我国规定厚度大于0.8m以上煤层必须开采，厚度小于0.8m的煤层鼓励开采。然而，碎软薄煤层瓦斯治理成为制约其安全高效开采的主要难题，原因在于碎软薄煤层瓦斯抽采钻孔成孔深度浅、成孔率低。

由于碎软薄煤层厚度小、起伏变化大，常规回转钻进技术施工钻孔轨迹不可控，容易触顶或者触底，导致瓦斯有效抽采孔段少，而目前常用的随钻测量系统主要采集的钻孔倾角、方位角和工具面等参数，用于指导钻孔轨迹调整，并单纯依靠钻孔返水变化情况来判断钻遇地层情况，难以实现对地层岩性和煤岩界面的精确判识。其次，随钻测量探管距离钻头约6m布置，钻孔轨迹调控存在滞后，钻头极易钻出薄煤层，造成开分支孔作业困难，难以保证钻孔轨迹沿薄煤层精确延伸。此外，井下定向钻进技术采用清水作为冲洗液，对碎软薄煤层孔壁的冲刷扰动较大，导致塌孔、喷孔事故频发，难以适应于碎软薄煤层长距离成孔需要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一种碎软薄煤层瓦斯抽采定向长钻孔施工钻具组合及方法，克服现有定向钻具组合在碎软薄煤层瓦斯抽采钻孔施工中存在的技术缺陷和问题，实现了瓦斯抽采钻孔轨迹沿薄煤层长距离精确延伸，同时降低了钻孔塌孔、喷孔的几率，提高了碎软薄煤层成孔深度和成孔效率，解决了现有技术中存在的缺陷问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种碎软薄煤层瓦斯抽采定向长钻孔施工钻具组合，包括从下到上依次相连的定向钻头、前置测量短节、无磁过线螺杆钻具、后置测量短节和中心通缆钻杆；

所述前置测量短节包括中心通孔的传动中心轴、套在传动中心轴外的前置测量短节外管以及设在前置测量短节外管上的通讯测量单元；所述无磁过线螺杆钻具包括中心动力单元、套在中心动力单元外的无磁钻具外管、嵌设在无磁钻具外管内的通信电缆组件、通信短节外管以及设在通信短节外管内的侧壁转中心通信短节；所述后置测量短节包括中心通信测量单元以及套在其外的后置测量短节外管；所述中心通缆钻杆包括中心线缆和钻杆外管；

所述定向钻头、传动中心轴和中心动力单元依次相连；所述前置测量短节外管、无磁钻具外管、通信短节外管、后置测量短节外管和钻杆外管依次相连；所述通讯测量单元、通信电缆组件、侧壁转中心通信短节、中心通信测量单元和中心线缆依次连通。

本发明还包括如下技术特征：

可选的，所述通讯测量单元用于测量近钻头位置钻孔倾角、工具面向角和地层自然伽马放射性强度；包括依次相连的通讯接头、通讯电缆、信号传输单元、稳压单元、工程参数测量单元和方位伽马测量单元；所述稳压单元能给信号传输单元、工程参数测量单元和方位伽马测量单元供电，所述通讯接头设在前置测量短节外管端部能与无磁过线螺杆钻具通讯。

可选的，所述传动中心轴前端设有传动接头以与定向钻头连接，传动中心轴能将无磁过线螺杆钻具输出的动力传递给定向钻头；所述前置测量短节外管内壁设有耐磨橡胶涂层。