[发明专利]一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置及方法

权利要求书

1.一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，包括依次插接相连的插接式钻杆(1)、测量短节(2)、柔性钻杆(3)、弹性弯曲导向单元(4)和钻头(5)；

所述弹性弯曲导向单元(4)包括柔性短节(41)，柔性短节(41)两端分别通过上接头(42)连接柔性钻杆(3)以及通过下接头(43)连接钻头(5)；在柔性短节(41)外套有弹性导向弯节(44)且该弹性导向弯节(44)在自然状态下呈弧形弯曲状，受钻孔孔壁限制趋近直线型时其两端对孔壁有侧向力；弹性导向弯节(44)两端连接单向定位摩擦套(45)且两个单向定位摩擦套(45)分别套在上接头(42)和下接头(43)上，单向定位摩擦套(45)能在上接头(42)和下接头(43)及柔性短节(41)正转时保持定位不动从而控制定位弹性导向弯节(44)，单向定位摩擦套(45)能随着上接头(42)和下接头(43)及柔性短节(41)同步反转以带动并调整弹性导向弯节(44)方位。

2.如权利要求1所述的弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，所述单向定位摩擦套(45)包括筒体(451)，在筒体(451)外壁周向均布多个可径向伸缩的摩擦块(452)；所述摩擦块(452)截面为梯形结构且其斜腰与孔壁相对。

3.如权利要求1所述的弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，所述上接头(42)与套在其上的单向定位摩擦套(45)之间的环隙内安装轴承，下接头(43)与套在其上的单向定位摩擦套(45)之间的环隙内安装轴承。

4.如权利要求3所述的弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，所述上接头(42)与套在其上的单向定位摩擦套(45)之间的环隙内安装有方位控制环I(46)，下接头(43)与套在其上的单向定位摩擦套(45)之间的环隙内安装有方位控制环II(47)。

5.如权利要求4所述的弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，所述方位控制环I(46)包括内环I(461)、套在内环I(461)上的外环I(462)、设在内环I(461)上的挡块I(463)以及设在外环I(462)内壁上的挡槽I(464)；

所述内环I(461)固定套在上接头(42)上，外环I(462)固定在上接头(42)上的单向定位摩擦套(45)内壁；上接头(42)带动内环I(461)正转时，挡块I(463)不会限位在挡槽I(464)内从而内环I(461)转动而外环I(462)不动，上接头(42)带动内环I(461)反转时，挡块I(463)限位在挡槽I(464)中从而内环I(461)能带动外环I(462)和弹性导向弯节(44)同步转动。

6.如权利要求5所述的弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，所述方位控制环II(47)包括内环II、套在内环II上的外环II、设在内环II上的挡块II以及设在外环II内壁上的挡槽II；

所述内环II固定套在下接头(43)上，外环II固定在下接头(43)上的单向定位摩擦套(45)内壁；下接头(43)带动内环II正转时，挡块II不会限位在挡槽II内从而内环II转动而外环II不动，下接头(43)带动内环II反转时，挡块II限位在挡槽II中从而内环II能带动外环II和弹性导向弯节(44)同步转动。

7.如权利要求1所述的弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，所述弹性导向弯节(44)为弯曲定型为弧形的弹簧状结构。

8.如权利要求1所述的弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，所述上接头(42)一端与柔性钻杆(3)插接后通过锁定销锁定，上接头(42)另一端与柔性短节(41)插接后通过锁定销锁定；下接头(43)一端与钻头(5)插接后通过锁定销锁定，下接头(43)另一端与柔性短节(41)插接后通过锁定销锁定。

9.一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进方法，其特征在于，该方法通过权利要求6所述的定向钻进装置实现；包括以下步骤：

步骤1：在主孔中下所述定向钻进装置，依次为钻头、弹性弯曲导向单元、柔性钻杆、测量短节和插接式钻杆，调整测量短节工具面，标定方位控制环I的挡块I和方位控制环II的挡块II的方位；下入时，在孔壁的限制下弹性导向弯节呈直线型，下入过程中采用推送或旋转方式，并且控制推进速度；

步骤2：定向钻进装置到达分支孔预设开孔位置后，定向钻进装置反转，方位控制环I上挡块I进入挡槽I及方位控制环II上挡块II进入挡槽II，带动弹性导向弯节和弹性弯曲导向单元整体转动，从而调整弹性导向弯节的弯曲方位到设计方位；

步骤3：定向钻进装置正转，在弹性导向弯节对钻头施加的持续侧向力的作用下实现开分支孔，并实现回转钻进，从而保证分支孔按弹性导向弯节的曲率顺利钻进，钻进至分支孔预设深度后缓慢回撤钻具至分支孔开孔位置；

步骤4：继续缓慢回撤钻具至下一开分支孔位置，回撤过程中可适当旋转、冲洗，确保主孔干净；

步骤5：重复步骤2-3，实现第二个分支孔的钻进；

步骤6：重复步骤2-5，实现不同深度、不同方位分支孔的钻进。