一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置及工艺

技术领域

本发明属于瓦斯抽采技术领域，特别提供了一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置及工艺。

背景技术

地面（井下）定向钻进行煤层气抽采和瓦斯抽采治理的方式已成为全国石油行业和煤炭行业青睐的气体抽采方式，也是必然的趋势。定向钻机钻进技术已经成熟，最大钻进孔深达千余米，一次性最大孔径达到300mm。但是，对于断层、褶曲等地质构造复杂、施工层松软破损等施工环境，施工难度较大，施工钻孔成孔率低，钻孔塌孔率较高，施工成功率非常低，抽采率低。到目前为止，下放钻孔护孔筛管是缓解钻孔质量低的主要方式之一。现代护孔筛管下放都是钻孔钻进完成后，退出钻杆钻具，换上下放护孔筛管装置，再进入钻孔进行护孔筛管下放工作，对于完好钻孔可实现，但是，增加了一次钻进的时间；由于复杂环境下钻孔塌孔段较多，塌孔距离较长，对于退钻再下放护孔筛管施工而言，出现护孔筛管下放慢，下放深度不够而塌孔严重，增加埋钻卡钻的可能性等难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置及工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置，前端固定安装有无磁导向控制钻杆，后端固定安装有双层定向钻杆，所述无磁导向控制钻杆的前端固定安装有伸缩钻头，包括外层钻管和护孔管加工齿轮钻管、钻杆和环形块，所述环形块固定安装于钻杆的后端，所述外层钻管和护孔管加工齿轮钻管固定安装于环形块的外侧平面，且外层钻管位于护孔管加工齿轮钻管外圈，所述外层钻管与护孔管加工齿轮钻管的前端装配有护孔管出入门，所述环形块的外侧平面装配有风动力马达，且风动力马达通过齿轮传动连接护孔管加工齿轮钻管，所述环形块的内侧平面开设有成环形分布且与护孔管加工齿轮钻管相连通的护孔液注液通道和护孔管轴向推力通道，所述环形块的内侧表面开设有与风动力马达相连通的护孔管加工系统动力通道，所述护孔管加工齿轮钻管的外表面均匀开设有护孔管径向推动力孔。

所述双层定向钻杆中放置有风压胶管和注液胶管，所述风压胶管的外端分别与护孔管轴向推力通道、护孔管加工系统动力通道连通，所述注液胶管的外端与护孔液注液通道连通。

进一步地，所述环形块的外侧表面开设有圆柱槽，且风动力马达转动装配于圆柱槽内，所述圆柱槽的外端固定安装有盖体，所述盖体的表面开设有与护孔管加工系统动力通道错开的通气孔。

进一步地，所述风动力马达的输出端固定安装有主动齿轮，所述护孔管加工齿轮钻管的外表面固定安装有与主动齿轮啮合的从动齿轮。

进一步地，所述主动齿轮的表面均匀开设有通孔。

进一步地，所述护孔管出入门包括固定部分和活动部分，所述固定部分固定安装于外层钻管与护孔管加工齿轮钻管之间，所述活动部分由多个弧形结构组成，所述弧形结构转动装配于固定部分的外端，多个所述弧形结构组合形成锥形管。

进一步地，所述固定部分与活动部分的外表面与内表面均为锥形面。

进一步地，所述双层定向钻杆包括内层管、外层管和外管支撑柱，且外层管通过外管支撑柱固定安装于内层管的外壁，所述外层管外壁开设有缺口凹槽，所述缺口凹槽的内部空间为胶管通道，且风压胶管与注液胶管置于胶管通道内，所述双层定向钻杆的外壁套接有外层管管卡。

进一步地，所述护孔液注液通道和护孔管轴向推力通道在环形块上交错分布。

一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔工艺，采用上述一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置，具体包括以下步骤：

步骤一，将伸缩钻头、无磁导向控制钻杆连接、注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置和双层定向钻杆依次连接，风压胶管分别与护孔管轴向推力通道、护孔管加工系统动力通道连接并密封，注液胶管与护孔液注液通道连接并密封；

步骤二，将风压胶管、注液胶管与风泵连接，检查注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置及各连接处的气密性；

步骤三，将步骤一中装置放置到定向钻机动力头上，开始钻孔钻进；

步骤四，钻到目标位置后，收回伸缩钻头的齿刀，将风压胶管与风泵连接，将注液胶管与注液泵连接；

步骤五，打开注液泵阀门，令护孔液通过注液胶管和护孔液注液通道流向护孔管加工齿轮钻管中，实现注液过程；

同时打开风泵，令一部分动力风通过风压胶管和护孔管加工系统动力通道作用于风动力马达，实现风动力马达运转，带动护孔管加工齿轮钻管转动，令护孔液均匀混合并固化，反应形成蜂窝结构的护孔管，实现护孔液的固液过程；

通过风动力马达的动力风进入外层钻管内，通过护孔管径向推动力孔进入护孔管加工齿轮钻管，对护孔管形成径向挤压，同时另一部分动力风通过风压胶管和护孔管轴向推力通道进入护孔管加工齿轮钻管，对护孔管产生轴向推动，令护孔管通过护孔管出入门进入钻孔中，实现推管工作；

步骤六，进行退钻工作，同时持续进行步骤五，循环进行注液、固液和推管的过程，连续在钻孔中下放护孔管，直至注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置退出钻孔后，关闭注液泵和风泵。

使用本发明的有益效果是：

本发明设计了护孔装置，利用护孔管加工齿轮钻管的转动以及轴向风、径向风的作用，令护孔液有效固化成管状结构，并移出对钻孔进行支撑。

本发明设计了护孔工艺，在定向钻孔施工完成后，退钻过程中下放护孔管，消除退钻后二次下放护孔管的工时消耗，降低下放施工成本，大大提高有效钻孔钻进时间，提高了钻孔施工效率。

本发明设计了护孔工艺，消除了退钻过程中，钻孔因退钻时间较长而产生多段塌孔现象，尤其，避免了松软破碎构造带的定向钻孔塌孔现象，实现一次性全程连续下放护孔筛管，提高了钻孔完整性，提高钻孔抽气效率，增加抽气经济效益。

本发明设计了护孔工艺，采用新型护孔管材料，该护孔管内部为蜂窝状结构，本身具有一定的可缩性，比较普通PVC、PE型护孔管，增加了钻孔卸压空间；同时，新型护孔管在收缩后，形成了稳定结构，具有一定抵抗强度，消除护孔管受塌孔孔压产生剪切破坏或者下放护孔管时受到不光滑曲面阻力而产生的损坏，新型护孔管蜂窝结构具有很好透气性，增强了气体流通性，提高护孔管护孔功能，降低护孔管材料成本，降低了材料占用空间率，提高了护孔管的利用率。

附图说明

图1为本发明注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置的主视剖视图。

图2为本发明注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置的右视图。

图3为本发明双层定向钻杆的主视剖视图。

图4为本发明双层定向钻杆的截面图。

图5为本发明注液、固液、推管循环式定向钻护孔工艺的钻孔施工示意图。

附图标记包括：1、伸缩钻头，2、无磁导向控制钻杆，3、护孔液，3-1、护孔液注液通道，3-2、护孔管轴向推力通道，4、护孔管加工系统动力通道，5、动力风，6、风动力马达，7、护孔管加工齿轮钻管，8-1、风压胶管，8-2、注液胶管，9、护孔管径向推动力孔，10、护孔管出入门，11、护孔管，12、外层钻管，13、双层定向钻杆，14、外层管管卡，15、外管支撑柱，16、胶管通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1和图2，一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置，前端固定安装有无磁导向控制钻杆2，后端固定安装有双层定向钻杆13，无磁导向控制钻杆2的前端固定安装有伸缩钻头1。

一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置，包括外层钻管12和护孔管加工齿轮钻管7、钻杆和环形块，环形块固定安装于钻杆的后端，外层钻管12和护孔管加工齿轮钻管7固定安装于环形块的外侧平面，且外层钻管12位于护孔管加工齿轮钻管7外圈，外层钻管12与护孔管加工齿轮钻管7的前端装配有护孔管出入门10，环形块的外侧平面装配有风动力马达6，且风动力马达6通过齿轮传动连接护孔管加工齿轮钻管7，环形块的内侧平面开设有成环形分布且与护孔管加工齿轮钻管7相连通的护孔液注液通道3-1和护孔管轴向推力通道3-2，环形块的内侧表面开设有与风动力马达6相连通的护孔管加工系统动力通道4，护孔管加工齿轮钻管7的外表面均匀开设有护孔管径向推动力孔9。

双层定向钻杆13中放置有风压胶管8-1和注液胶管8-2，风压胶管8-1的外端分别与护孔管轴向推力通道3-2、护孔管加工系统动力通道4连通，注液胶管8-2的外端与护孔液注液通道3-1连通。

在进行钻孔工作时，利用伸缩钻头1完成。

双层定向钻杆13的一端设置有螺纹，用于与其他结构进行连接。

注液胶管8-2连接注液泵，用于将护孔液传输到护孔液注液通道3-1，并最终进入护孔管加工齿轮钻管7内。

风压胶管8-1连接到风泵，用于将动力风5分别传输到护孔管轴向推力通道3-2和护孔管加工系统动力通道4，传输到护孔管加工系统动力通道4的动力风用于带动风动力马达6转动，进而带动护孔管加工齿轮钻管7转动，令护孔液3在护孔管加工齿轮钻管7内均匀混合，并反应形成蜂窝结构的护孔管11，之后再经过护孔管径向推动力孔9垂直进入到护孔管加工齿轮钻管7内，对护孔管11形成径向挤压，保证护孔管11的成型；传输到护孔管轴向推力通道3-2的动力风直接进入护孔管加工齿轮钻管7内，对护孔管11产生轴向推力，令护孔管11能够向外侧移动并最终通过护孔管出入门10后移至钻孔中，起到护孔的作用。

在退钻时，打开注液泵和风泵，形成护孔管11并将其置于钻孔中，对钻孔进行支撑保护。

其中护孔液3的材料采用有机树脂材料，形成的护孔管有蜂窝结构，具有很好透气性，增强了气体流通性。

护孔管加工齿轮钻管7转动时，会通过风泵风压调节阀进行调解，令护孔管加工齿轮钻管7缓慢匀速转动，令护孔液3均匀有效和混合。

具体而言，如图1所示，环形块的外侧表面开设有圆柱槽，且风动力马达6转动装配于圆柱槽内，圆柱槽的外端固定安装有盖体，盖体的表面开设有与护孔管加工系统动力通道4错开的通气孔。

通过错开的通气孔，令动力风5能够更好的带动风动力马达6转动。

具体而言，如图1所示，风动力马达6的输出端固定安装有主动齿轮，护孔管加工齿轮钻管7的外表面固定安装有与主动齿轮啮合的从动齿轮。

此实施例中共设置有两个风动力马达6，能够更好的通过齿轮传动带动护孔管加工齿轮钻管7的转动。

在实际使用中，可以根据实际情况安装不同数量的风动力马达6。

具体而言，如图1所示，主动齿轮的表面均匀开设有通孔，令动力风5能够通过主动齿轮到达外层钻管12内。

具体而言，如图1所示，护孔管出入门10包括固定部分和活动部分，固定部分固定安装于外层钻管12与护孔管加工齿轮钻管7之间，所述活动部分由多个弧形结构组成，所述弧形结构转动装配于固定部分的外端，多个所述弧形结构组合形成锥形管。

固定部分起到连接外层钻管12和护孔管加工齿轮钻管7的作用。

弧形结构能够在固定部分的外端翻转，翻转后能够露出护孔管11向外移动的通道，令护孔管11能够顺利移至钻孔中。

具体而言，如图1所示，固定部分与活动部分的外表面与内表面均为锥形面，锥形面令其在钻孔能够顺利的前行，固定部分内表面的锥形面能够对动力风5的方向进行引导。

具体而言，如图3和图4所示，双层定向钻杆13包括内层管、外层管和外管支撑柱15，且外层管通过外管支撑柱15固定安装于内层管的外壁，外层管外壁开设有缺口凹槽，缺口凹槽的内部空间为胶管通道16，且风压胶管8-1与注液胶管8-2置于胶管通道16内，双层定向钻杆13的外壁套接有外层管管卡14。

设置胶管通道16能够更方便的对风压胶管8-1、注液胶管8-2进行放置。

外层管管卡14起到对风压胶管8-1、注液胶管8-2的捆绑固定的作用。

具体而言，如图2所示，护孔液注液通道3-1和护孔管轴向推力通道3-2在环形块上交错分布。

令护孔液3能够均匀的流入护孔管加工齿轮钻管7内，且令动力风5对护孔管11产生均匀的轴向推力。

实施例二

如图5所示，一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔工艺，采用实施例一中的一种注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置，具体包括以下步骤：

步骤一，将伸缩钻头1、无磁导向控制钻杆2连接、注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置和双层定向钻杆13依次连接，风压胶管8-1分别与护孔管轴向推力通道3-2、护孔管加工系统动力通道4连接并密封，注液胶管8-2与护孔液注液通道3-1连接并密封；

步骤二，将风压胶管8-1、注液胶管8-2与风泵连接，检查注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置及各连接处的气密性；

步骤三，将步骤一中装置放置到定向钻机动力头上，开始钻孔钻进；

步骤四，钻到目标位置后，收回伸缩钻头1的齿刀，将风压胶管8-1与风泵连接，将注液胶管8-2与注液泵连接；

步骤五，打开注液泵阀门，令护孔液3通过注液胶管8-2和护孔液注液通道3-1流向护孔管加工齿轮钻管7中，实现注液过程；

同时打开风泵，令一部分动力风5通过风压胶管8-1和护孔管加工系统动力通道4作用于风动力马达6，实现风动力马达6运转，带动护孔管加工齿轮钻管7转动，令护孔液3均匀混合并固化，反应形成蜂窝结构的护孔管11，实现护孔液3的固液过程；

通过风动力马达6的动力风5进入外层钻管12内，通过护孔管径向推动力孔9进入护孔管加工齿轮钻管7，对护孔管11形成径向挤压，同时另一部分动力风5通过风压胶管8-1和护孔管轴向推力通道3-2进入护孔管加工齿轮钻管7，对护孔管11产生轴向推动，令护孔管11通过护孔管出入门10进入钻孔中，实现推管工作；

步骤六，进行退钻工作，同时持续进行步骤五，循环进行注液、固液和推管的过程，连续在钻孔中下放护孔管11，直至注液、固液、推管循环式定向钻护孔装置退出钻孔后，关闭注液泵和风泵。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。