[发明专利]一种煤矿井下定向钻孔用水力膨胀可回收式斜向器及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下定向钻孔用工具，特别涉及一种煤矿井下定向钻进开分支井用水力膨胀可回收式斜向器及其操作方法。 

背景技术

可回收式斜向器在石油、地质勘探和开发中使用由来已久，其使用范围包括侧钻开分支等许多工艺措施，技术也比较成熟。但煤矿井下瓦斯抽采定向钻孔施工还没有应用斜向器的先例，且石油、地质勘探钻井与煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工工艺及工作环境差别较大：石油、地质勘探钻孔孔径一般较煤矿井下瓦斯抽采钻孔大，其配套的斜向器规格不适用煤矿井下要求；另外，石油、地质勘探用斜向器多在竖井内配合套管使用，煤矿井下的近水平定向钻孔不能满足其使用条件。 

随着煤矿井下近水平长钻孔定向钻进技术水平的不断提高，该项技术得到迅速的推广应用，但是这项技术在煤矿井下进行顶、底板施工时，由于地层硬度较高，单纯依靠螺杆钻具自身造斜能力开分支孔的难度较大，因此亟需开发一种适用于煤矿井下定向钻孔的小直径、裸眼井用可回收式斜向器，提高分支孔成孔速度及质量。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下定向钻孔用水力膨胀可回收式斜向器及其操作方法，解决现有的斜向器在煤矿井下应用的局限性的问题。 

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为： 

一种煤矿井下定向钻孔用水力膨胀可回收式斜向器，包括坐封器、坐封头7、解封器8三部分，所述坐封器包括导头1、胶筒总成2、内支撑管3、接头4、单向阀总成5、斜铁6。其中，胶筒总成2两端分别与导头1、接头4固接，接头4内部两端又分别与内支撑管3、单向阀总成5固接，导头1、胶筒总成2、接头4和单向阀总成5形成一个密封容腔。 

其中，所述坐封头7径向有一个直径为2mm的小孔，用于排出钻杆内部空气。 

其中，所述坐封头7连接所述斜向器的一端为左旋螺纹，另一端为右旋螺纹。 

其中，所述解封器8前端有顶柱9，下部装有两个弹卡10，与座封器的斜铁6的台阶孔配合实现打捞作业。 

其中，所述坐封器胶筒总成2内部有内支撑管3，下钻时起导向作用，防止胶筒总成2弹性部位折弯，膨胀时胶筒总成2沿轴向位置收缩。 

其中，所述顶柱9为台阶式，顶柱9与解封器8的连接方式为可拆卸式连接。 

其中，所述斜向器的总体长度在3m以内。 

本发明同时公开了一种煤矿井下定向钻孔用水力膨胀可回收式斜向器的操作方法，包括以下步骤： 

（1）坐封，钻杆通过坐封头7与斜向器连接，高压水注入斜向器胶筒总成2内，胶筒在高压水的作用下膨胀，贴紧钻孔孔壁，实现坐封； 

（2）回收坐封头，坐封完成后，正向回转钻杆，钻杆及坐封头7与斜向器之间的左旋螺纹连接分离，提钻，则坐封头7与钻杆一起被提出孔外，然后准备进行侧钻开分支孔工作； 

（3）开分支孔，斜铁6与接头4的上端固接，坐封后，斜铁6的斜面就对钻头起到支撑和施加侧向力的作用，实现顺利开分支孔的目的； 

（4）回收斜向器，将解封器8装在钻杆的最前端，向孔内下入解封器8，解封器8在顶柱9的导向作用下可以顺利进入斜铁6的台阶孔中，并将单向阀总成5的阀芯顶开，泄出胶筒内部的高压水，同时解封器8中的两个弹卡10弹开，上提钻杆提出斜向器。 

本发明的煤矿井下定向钻孔用水力膨胀可回收式斜向器的工作原理为： 

在坐封的过程中，由于螺纹连接的钻杆内充满空气，如果直接开泥浆泵向斜向器泵水，斜向器胶筒总成2内肯定会被空气充满，虽然内部压力达到设定压力(6MPa)，但是单向阀总成5密封空气的性能有限，一旦内部高压空气泄漏，就会导致坐封失效。为此，设计了排气装置及相应的坐封方法，具体措施是：在坐封头7上钻一个直径2mm 的圆孔（如图2），并在斜向器下井之前将斜向器胶筒总成2内注满水，开始给斜向器打压时，将泥浆泵的排量调到最小，小流量进行泵水，则钻杆内的空气经坐封头7上的圆孔排出，当发现泥浆泵的泵压忽然升高时，说明水已到达斜向器的单向阀总成5附近，此时将泥浆泵流量调到正常流量（200L/min左右）运行，当压力达到设定压力(6MPa)时斜向器胶筒总成2在内部水压的作用下膨胀量达到坐封要求，完成坐封。