CN209413858U - 用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置 - Google Patents

Abstract

用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置，包括外套管、内套管及减重组件；外套管活动套装在内套管外，两者可相对滑动且不可相对转动；减重组件安装在内套管的内孔中，其包括平面推力轴承和接头；接头通过平面推力轴承活动安装在内套管的内孔中，其与内套管之间可相对转动，接头一端为钻机动力端，另一端为钻杆输出端。本实用新型用于将管道水平敷设在软弱、破碎地层中，这使得在煤层中有效萃取煤层气成为可能，既有效利用了这种优质能源，又避免了其直接排放所带来的温室效应负面影响，还降低了开采煤矿时发生瓦斯事故的概率，一举三得。

Description

用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置

技术领域

本实用新型涉及地质勘探技术领域，特别是一种用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置。

背景技术

煤层气是赋存于煤炭及其煤岩中，与煤伴生的非常规天然气，俗称“矿井瓦斯”，其气体组分和应用范围与石油天然气相同，主要成分为甲烷，是一种非常清洁的优质燃料。1m³纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油或1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。

煤层气是一种非常优质的能源，也是一种会造成严重后果的温室气体，其温室效应约为CO₂的21倍，自人类开发利用煤炭资源以来，煤层气就被视为对煤矿安全构成重大威胁的可怕气体，由于它经常造成瓦斯事故，故通常被集中排放到大气中。

若能在开采煤层之前在煤层中置入管道以萃取煤层气，既有效利用了这种优质能源，又避免了其直接排放所带来的温室效应负面影响，还降低了开采煤矿时发生瓦斯事故的概率，一举三得。但遗憾的是，目前在地质勘探领域，还没有在软弱地层或煤层中敷设水平方向管道的方法及相应装置，仅仅只能实现在煤层中敷设垂直方向管道，其萃取的煤层气非常有限，不具有推广利用的价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，而提供一种用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置，它解决了目前煤层中的煤层气无法得到有效萃取的问题。

本实用新型的技术方案是：用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置，包括外套管、内套管及减重组件；外套管活动套装在内套管外，两者可相对滑动且不可相对转动；减重组件安装在内套管的内孔中，其包括平面推力轴承和接头；接头通过平面推力轴承活动安装在内套管的内孔中，其与内套管之间可相对转动，接头一端为钻机动力端，另一端为钻杆输出端。

本实用新型进一步的技术方案是：外套管内壁中设有轴向延伸的导向棱；内套管的外壁上设有与外套管的导向棱相配合的滑槽，内套管活动安装在外套管的内孔中，其滑槽与外套管的导向棱滑配。

本实用新型再进一步的技术方案是：接头呈两端开口的套筒形，其在钻机动力端和钻杆输出端均设有内螺纹。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：本实用新型用于将管道水平敷设在软弱、破碎地层中，这使得在煤层中有效萃取煤层气成为可能，既有效利用了这种优质能源，又避免了其直接排放所带来的温室效应负面影响，还降低了开采煤矿时发生瓦斯事故的概率，一举三得。

以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为外套管的结构示意图；

图3为内套管的结构示意图；

图4为在软弱地层敷设水平管道的方法在S04步骤的状态示意图；

图5为在软弱地层敷设水平管道的方法在S06步骤的状态示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-3所示，用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置，包括外套管1、内套管2及减重组件。

外套管1内壁中设有轴向延伸的导向棱11。内套管2的外壁上设有与外套管1的导向棱11相配合的滑槽21，内套管2活动安装在外套管1的内孔中，其滑槽21与外套管1的导向棱11滑配。外套管1与内套管2可相对滑动且不可相对转动。

减重组件安装在内套管2的内孔中，其包括平面推力轴承31和接头32；接头32呈两端开口的套筒形，接头32通过平面推力轴承31活动安装在内套管2的内孔中，其与内套管2之间可相对转动，接头32一端为钻机动力端，另一端为钻杆输出端，接头32在钻机动力端和钻杆输出端均设有内螺纹。

简述本实用新型的应用：

如图4-5所示，在软弱(破碎)地层的水平段敷设水平管道的方法，利用所述地面调向装置，步骤如下：

S01，打井：用钻机4在地面向下打井至完整的岩体101部分。

S02，置入井口套管：将预先准备好的井口套管5安放在打出的井内，使井口套管5下端与岩体101接触，再灌注水泥浆102于井口套管5外壁与井壁之间，从而将井口套管5与岩体101固定连接。

S03，置入外套管：将外套管1置入井口套管5内，外套管1直接或间接承载在井口套管5上，两者之间暂不固定。

S04，置入内套管并完成钻机的动力连接：将内套管2安装在外套管1的内孔中，内套管2与外套管1通过滑槽21与导向棱11的配合形成滑动配合，在接头32的钻杆输出端上连接钻杆41、钻具42和钻头43，再将连接有钻杆41的接头32通过平面推力轴承31装入内套管2内孔中，最后将钻机4的动力输出件44连接在接头32的钻机动力端上。

S05，锁定钻进方位角：先转动外套管1至设定的钻孔方位角度，再将外套管1与井口套管5固定连接，从而锁定了钻进方位角。

S06，钻进至目标层：启动钻机4进行钻进，钻机4的动力通过动力输出件44、接头32、钻杆41及钻具42，传递至钻头43上，驱动钻头43钻进，在钻进过程中，内套管2和减重组件一同沿外套管1的轴向方向下降，钻至一定深度后暂停钻进，钻进深度以内套管2不脱离出外套管1的内孔为准，将内套管2连同减重组件沿着外套管1的内孔上提，直至内套管2与外套管1完全脱离并位于井口上方，然后断开减重组件下端两相邻钻杆节段411之间的连接，再在断开的两相邻钻杆节段411之间加入新的钻杆节段411以延长钻杆41长度，再在内套管2下端连接钻杆套管节段451，新加入的钻杆套管节段451应与新加入的钻杆节段411长度相适应，然后将内套管2连同减重组件装回外套管1的内孔中，继续启动钻机4进行钻进，钻至一定深度后暂停钻进，钻进深度以内套管2不脱离出外套管1的内孔为准，将内套管2连同减重组件沿着外套管1的内孔上提，直至内套管2与外套管1完全脱离并位于井口上方，然后断开减重组件下端两相邻钻杆节段411之间的连接，再在断开的两相邻钻杆节段411之间加入新的钻杆节段411以延长钻杆41长度，再断开内套管2与钻杆套管节段451的连接，然后在内套管2与钻杆套管节段451之间加入新的钻杆套管节段451以延长钻杆套管45的长度，新加入的钻杆套管节段451应与新加入的钻杆节段411长度相适应，然后将内套管2连同减重组件装回外套管1的内孔中，继续启动钻机4进行钻进。如此重复上述加装钻杆节段411和钻杆套管节段451的步骤，直至钻头43钻进达到目标层。

本步骤中，钻杆套管45只能沿着轴向方向往复移动，在锁定了钻进方位角后，钻杆套管45起到井口定向和导向作用。

S07，敷设管道：设计置入软弱地层水平段的所有钻杆套管节段451均通过左旋螺纹首尾连接，未置入软弱地层水平段的所有钻杆套管节段451均通过右旋螺纹首尾连接，两段钻杆套管通过正反螺纹接头6连接。钻进达到目标层后，在地面对整条钻杆套管45施加扭矩，使两段钻杆套管在正反螺纹接头6处脱离，将上段的钻杆套管从井口取出，然后在地面对整条钻杆41施加扭矩，使钻杆节段分离，将钻杆分段取出，下段的钻杆套管即被留在了设计置入软弱地层水平段内。

本步骤中，正反螺纹接头6一端设有左旋螺纹，另一端设有右旋螺纹，正反螺纹接头6通过左旋螺纹与置入软弱地层水平段的一段钻杆套管连接，通过右旋螺纹与未置入软弱地层水平段的一段钻杆套管连接。

优选，所述井口套管5在靠近地面的一端设有法兰盘A51。法兰盘A51上设有螺栓孔。所述外套管1一端设有法兰盘B12，法兰盘B12上设有弧形腰孔。外套管1可通过法兰盘B12承载在井口套管5的法兰盘A51上，法兰盘B12上的弧形腰孔正对法兰盘A51上的螺栓孔。通过螺栓将法兰盘A51和法兰盘B12连接即将外套管1固定在井口套管上。

优选，下段的钻杆套管45的下端和中部设有多个透气孔，透气孔可供煤层气进入钻杆套管45的内腔中。

优选，钻杆套管45的所有钻杆套管节段451外径均一致。

Claims (3)

1.用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置，其特征是：包括外套管(1)、内套管(2)及减重组件；外套管(1)活动套装在内套管(2)外，两者可相对滑动且不可相对转动；减重组件安装在内套管(2)的内孔中，其包括平面推力轴承(31)和接头(32)；接头(32)通过平面推力轴承(31)活动安装在内套管(2)的内孔中，其与内套管(2)之间可相对转动，接头(32)一端为钻机动力端，另一端为钻杆输出端。

2.如权利要求1所述的用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置，其特征是：外套管(1)内壁中设有轴向延伸的导向棱(11)；内套管(2)的外壁上设有与外套管(1)的导向棱(11)相配合的滑槽(21)，内套管(2)活动安装在外套管(1)的内孔中，其滑槽(21)与外套管(1)的导向棱(11)滑配。

3.如权利要求1或2所述的用于软弱地层敷设水平管道的地面调向装置，其特征是：接头(32)呈两端开口的套筒形，其在钻机动力端和钻杆输出端均设有内螺纹。