[发明专利]煤矿井下近水平定向钻孔大直径钢套管完孔系统及方法

说明书

本发明提供了一种煤矿井下近水平定向钻孔大直径钢套管完孔系统及方法，包括从前至后依次密封相连的套管导向头、多个钢套管串和输浆器，套管导向头和与套管导向头相邻的钢套管串之间密封连接有减阻支撑器，相邻的两个钢套管串之间从前至后依次密封连接有减阻支撑器和限压密封器。本发明的减阻支撑器的外径小于定向钻孔的外径，限压密封器的外径小于减阻支撑器的外径。钢套管下入过程中，利用减阻支撑器将钢套管支撑在孔壁中间略向下的位置，并可避免限压密封器损坏；钢套管注浆固管时，利用限压密封器将钢套管进一步调整至居于定向钻孔正中间，并实现了分段排气和高压注浆，提高了注浆厚度均匀性，避免贯通性裂缝的存在。

技术领域

本发明属于煤矿井下坑道钻探技术领域，涉及煤矿井下近水平定向钻孔套管，具体涉及一种煤矿井下近水平定向钻孔大直径钢套管完孔系统及方法。

背景技术

碎软低渗煤层在高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井广泛发育，受其普氏硬度系数低、透气性差等影响，瓦斯抽采钻孔顺层钻进困难、有效抽采半径小，导致瓦斯治理成本高、周期长，严重制约矿井采掘接续和安全生产。

近年来，针对碎软低渗煤层高效瓦斯抽采治理需要，开发了紧邻顶板压裂定向钻孔瓦斯抽采技术，其基本原理是：在紧挨着碎软低渗煤层的顶板中布置定向钻孔，然后在定向钻孔内下入分段压裂工具，对定向钻孔进行高压压裂，使压裂裂缝定向延伸至碎软低渗煤层，对碎软低渗煤层进行整体改造，该方法既避免了沿碎软低渗煤层顺层钻进，又提高了碎软低渗煤层透气性，扩大了定向钻孔抽采覆盖范围和有效抽采半径。

根据高压压裂的方式不同，可以分为全孔整体压裂和分段压裂，其中分段压裂的压裂裂缝分布更均匀，对碎软低渗煤层的改造效果更好。分段压裂时需要利用压裂工具中的封隔器将定向钻孔分隔成不同的压裂段，钢套管的下入深度及注浆固管质量是影响分段压裂效果的重要因素，目前煤矿井下主要利用定向钻机直接推送下入钢套管，利用搅拌注浆装置进行全孔一次性注浆固管，存在以下技术不足：

(A)钢套管下入阻力大，下入深度受限。为确保压裂工具的顺利通过，钢套管一般采用大直径、薄壁结构，整体机械强度相对较低；采用定向钻机向定向钻孔推送下入下钢套管时，钢套管与孔壁接触面积大，且一直处于滑动推送状态，下管阻力大，既制约了钢套管的下入深度，又导致钢套管易变形损坏。

(B)钢套管下入过程中及后期注浆固管时，受重力作用一直紧贴孔壁下沿，导致钢套管上下的水泥浆厚度分布不均匀，且易导致钢套管与定向钻孔接触处形成连续的贯通缝，导致分段压裂失效。

(C)钢套管注浆固管时一般采用全孔一次性注浆，受煤矿井下定向钻孔一般均为近水平布置影响，水泥浆从套管底部逐渐向上堆积，注浆时间长，容易产生水泥浆分层现象，且易在定向钻孔局部位置，尤其是起伏变化位置处形成大面积空气包，严重影响注浆固管效果。

(D)受现有钢套管完孔技术装备不足影响，目前主要采用全孔整体压裂方式进行碎软低渗煤层改造，制约了瓦斯抽采效果的进一步提升。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下近水平定向钻孔大直径钢套管完孔系统及方法，解决现有技术中注浆厚度的均匀性有待进一步提升的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种煤矿井下近水平定向钻孔大直径钢套管完孔系统，包括从前至后依次密封相连的套管导向头、多个钢套管串和输浆器，套管导向头和与套管导向头相邻的钢套管串之间密封连接有减阻支撑器，相邻的两个钢套管串之间从前至后依次密封连接有减阻支撑器和限压密封器；

具体的，所述的限压密封器包括中空的密封短节，密封短节的外壁中部设置有一体成型的凸出的环形的密封体，所述的密封体内沿着径向开设有过浆孔，过浆孔的内端与密封短节中空的内部相连通，过浆孔的外端与开设在所述的密封体外壁上的环形的过浆槽相连通；所述的密封体的外壁上套装有一个封堵过浆槽的弹性膨胀密封胶圈，弹性膨胀密封胶圈通过安装在密封体两端的锁紧环固定；