[发明专利]一种煤层气水平开采孔激光定向钻进钻具及其钻进方法

摘要

本发明涉及一种煤层气水平开采孔激光定向钻进钻具及其钻进方法。钻进方法即利用高能激光束使煤岩局部快速加热，煤岩因内应力过大而破碎，再由高速辅助气流将煤岩岩屑携走排除。钻具包括激光发射头及其偏转控制部件和偏转执行部件。激光发射头偏转控制部件由电池盒、电路板等组成，激光发射头偏转执行部件含有凸轮、齿轮。凸轮控制激光发射头的偏向，齿轮控制激光发射头的整体转动。本方法是将钻具下放到准备钻进的钻孔内，利用激光破岩的原理钻井，同时进行数据采集、存储和处理，通过调整步进电机，控制激光发射头的偏转，进行自动定向纠偏钻进。本钻具和钻进方法是针对煤层气水平开采孔的定向钻进，其钻进效率更高，控向性更好，钻头消耗更少。

主权项

一种煤层气水平开采孔激光定向钻进钻具，其特征在于：包括激光发射头及其偏转控制部件、偏转执行部件和电路部分；所述的激光发射头采用HIGHYAG系列产品；所述的激光发射头偏转控制部件包含钻杆管接头、过渡管接头、控制部分连接件C、轴承盖A、光纤环A、轴承连接内环CA、电池盒、电路板支承座、轴承连接内环BB和集流环，所述的钻杆管接头与钻杆用螺纹连接，钻杆管接头与过渡管接头、外壳连接环E、外壳A、外壳连接环A、外壳B、外壳连接环B及外壳C采用螺纹顺序连接；所述的控制部分连接件C与轴承连接内环CA、控制部分底盘A、控制部分旋转环、控制部分底盘B、轴承连接外环BB、集流环固定连接件、控制部分连接件A和轴承连接内环CB也采用螺纹顺序连接；所述的轴承盖A固定于控制部分连接件C上，轴承盖A中安装有光纤环A，且用O型圈密封；所述的光纤环A固定住光纤，控制部分连接件C与光纤环A采用轴承BA连接，孔用轴承挡圈A安装在控制部分连接件C中，固定住光纤环A；所述的轴承连接内环CA与外壳连接环A用轴承CA连接；所述的电池盒固定于控制部分底盘A与控制部分底盘B之间，偏重块固定于控制部分旋转环上；所述的电路板支承座固定于控制部分底盘A与控制部分底盘B之间，电路板支承座固定在电路板上，电路板支柱安装在电路板支承座与电路板之间；所述的轴承连接内环BB将光纤固定，轴承连接内环BB与轴承连接外环BB用轴承BB连接，孔用轴承挡圈B与孔用轴承挡圈C安装于轴承连接外环BB中，用于固定轴承BB；所述的集流环安装于集流环固定连接件中，集流环用圆锥销固定，轴承连接内环CB与外壳连接环B用轴承CB连接,密封环A安装于外壳连接环B与外壳连接环C之间；所述的激光发射头偏转执行部件包含外壳连接环C、外壳D、内齿轮、步进电机和光纤连接头固定件，所述的外壳连接环C与外壳D、外壳连接环D和钻头顶环螺纹顺序连接，所述的内齿轮、内齿轮连接件、轴承连接外环CC、步进电机连接底盘B、激光器部分旋转环和轴承连接内环CC也采用螺纹顺序连接；所述的步进电机设有步进电机A和步进电机B，步进电机A用螺钉固定于轴承连接内环CB上，步进电机A与齿轮轴用联轴器A连接，齿轮轴与内齿轮啮合传动，轴承连接外环CC与外壳连接环C用轴承CC连接，集流环同步连接件固定于内齿轮连接件上，并与集流环连接，以保证集流环转子与内齿轮同步转动，钻头顶部密封环安装在外壳连接环D与钻头顶环之间；步进电机B固定于步进电机连接底盘B上，步进电机B与凸轮轴用联轴器B连接；所述的光纤连接头固定件设有光纤连接头固定件A、光纤连接头固定件B、光纤连接头固定件C和光纤连接头固定件D，其中光纤连接头固定件A与光纤连接头固定件B固定于激光发射头的一端，活动杆固定于光纤连接头固定件B上，并插入 到凸轮轴的槽中，密封环B安装于步进电机连接底盘B与外壳连接环D之间，外壳连接环D与轴承连接内环CC用轴承CD连接；所述的光纤连接头固定件D固定在激光发射头的另一端，光纤连接头固定件D与旋转小轴用轴承A连接，旋转小轴安装于光纤连接头固定件C中，轴端盖固定于光纤连接头固定件C上，轴承盖B固定于光纤连接头固定件D上，光纤连接头固定件C固定于激光器部分旋转环上；所述的电路部分安装在电路板上，包括控制电路、钻具状态检测电路、钻进深度信号接收电路、步进电机驱动电路、电量检测电路和电源稳压电路。