專利名稱：流體鉆孔系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個流體鉆孔系統(tǒng)，具體地說涉及一種自送進(jìn)流體鉆孔系統(tǒng)，其能夠用于各種各樣的采礦操作，包括但不限于鉆入煤層，排出甲烷氣體。
背景技術(shù)：
眾所周知，流體鉆孔系統(tǒng)使用高壓水切割諸如軟石、煤及類似的東西的固體。這種水射流鉆孔系統(tǒng)在采礦工業(yè)上具有較大的用途，并且能夠用于取代傳統(tǒng)的機(jī)械切割頭。
在已知的水射流鉆孔系統(tǒng)上，都有一個切割裝置，通過沿剛性鉆孔繩傳導(dǎo)的力送進(jìn)，或在某些情況下通過施加在活塞型裝置上的流體壓力送進(jìn)。這種切割儀器在儀器的引導(dǎo)部分有一個或多個水射流切割噴嘴。
通常，為了切割圓孔，剛性鉆孔繩旋轉(zhuǎn)，從而使前面的割射噴口通過圓形路徑。
最近已經(jīng)研制出了一種更有效的裝置，其中，只有切割噴口通過一個由切割噴口的推力驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動，而引導(dǎo)切割頭的鉆頭主桿的其它部分靜止。這種儀器通過用旋轉(zhuǎn)流體切割頭推剛性鉆孔繩，在固體上切割孔。
最近，研制出了一種水射流鉆孔系統(tǒng)，其在鉆長度在300m或300m以上的礦層炮眼時特別有效，其帶有一個剛性鉆孔繩。這種鉆孔噴嘴的主要特征是●一個可以購買到的Woma FR47高速自旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴，為其主要的切割元件，●一個沒有臺階的外殼，以防止Woma FR47失速(停止旋轉(zhuǎn))●一個彎曲子元件，用于控制炮眼的軌道，●一個回復(fù)子元件，用于提供足夠的水流從孔內(nèi)沖刷出相對較大的切屑，●一個噴嘴覆蓋子元件，使Woma FR47噴嘴與回復(fù)子元件，以及回子復(fù)元件與鉆孔繩組連接。
為了送進(jìn)該切割儀器，并向噴嘴提供切割流體，使用3m長，內(nèi)部設(shè)計(jì)承受壓力達(dá)1000bar的鉆桿。這些鉆桿被用做向鉆頭噴嘴提供所需要的高壓水的導(dǎo)管。(該桿也被用做向鉆頭噴嘴提供所需要的高壓水的導(dǎo)管)。該桿也用來與鉆架連接向炮眼內(nèi)推進(jìn)或送進(jìn)噴嘴。為了便于從炮眼取出切割的碎巖，使用向后沖刷的噴嘴(或回復(fù)射流)。在這種工作中使用高壓水泵，最大壓力能夠達(dá)到650bar，流速為每分鐘160升。
在這種最新的裝置中，鉆孔技術(shù)包括如下步驟●將鉆架對準(zhǔn)所需要炮眼方向，●將Woma FR47噴嘴連接到高壓鉆桿上(炮眼的前10米鉆探時沒有彎曲子元件和回復(fù)裝置組元。這樣做是為了避免回復(fù)子元件上的流體噴口不必要的回噴)，●炮眼打眼10米以后，鉆孔繩從孔中后退，并且彎曲子元件和回復(fù)裝置組元連接到Woma FR47噴嘴的后面，●將噴嘴裝置和鉆孑L繩重新插入孔的底部(BOH)并繼續(xù)鉆孔，噴嘴裝置通過桿推動鉆孔繩送進(jìn)。
流體鉆孔系統(tǒng)的認(rèn)可的優(yōu)點(diǎn)是能夠在轉(zhuǎn)角處鉆孔或超短半徑鉆孔。這些方法通常包括從垂直壁徑向向外水平鉆孔。為了能夠在拐角處鉆孔，已知的方法是將鉆孑L繩包到每一個都為45cm的鋼管中，并鉸接到頂部表面。沿繩的長度方向連接一個驅(qū)動鏈。隨著鋼段沿垂直壁向下，它們的底部部分分開，并且能夠圍繞在垂直壁底部的驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)。這樣鉆孔繩以剛性體的形式沿垂直壁送下，并且也能夠以剛性體的形式送入水平孔。
水切割噴嘴通過高壓水驅(qū)動，高壓水通過一個高壓軟管輸送。高壓軟管或者在剛性鉆孔繩內(nèi)延伸，或者沿鉆孔繩的一側(cè)延伸。
一種超短半徑鉆孔的方法，包括一個連接到一節(jié)螺旋管道上的流體鉆孔儀器。該流體鉆孔儀器以及螺旋管道通過一個斜向器儀器送進(jìn)，斜向器儀器通過一個超短半徑彎頭(0.3m半徑)彎曲管道。通過使管道彈性變形，管道偏轉(zhuǎn)方向沿水平方向經(jīng)過一系列導(dǎo)向器和輥?zhàn)与x開垂直壁。螺旋管道用于向流體鉆孔儀器供應(yīng)高壓切割流體。借助于一個復(fù)雜的活塞裝置將流體鉆孔儀器壓入要鉆孔的巖層，該活塞裝置使用切割流體的高壓。
水切割系統(tǒng)的困難是，在儀器被剛性鉆孔繩送進(jìn)時，確保噴嘴裝置能夠保持在所需要的層面。眾所周知對常規(guī)系統(tǒng)來說，當(dāng)切割儀器送進(jìn)時，其相對于層面有下降的趨勢。
盡管不想受理論的的限制，下降似乎是由剛性化的鉆孔繩引起的，或者換句話說，在噴嘴裝置送進(jìn)時，主要由鉆孔繩引起。
為了使這些裝置轉(zhuǎn)向，使用一個彎曲子元件，旋轉(zhuǎn)剛性鉆孔繩以轉(zhuǎn)動彎曲子元件的方向，這樣為系統(tǒng)提供了一個轉(zhuǎn)向量。
已經(jīng)知道鉆孔繩由螺旋管道形成。螺旋管道使鉆孔繩有一定程度的彎曲性。然而螺旋管道只允許一定程度的彎曲，已經(jīng)知道，如果使螺旋管道環(huán)繞斜向器，管道超過其彈性極限，這意味著其難以回復(fù)。管道能夠用電化學(xué)方法或一些其他方法切除，從而不再起可彎曲軟管的作用。
國際專利申請WO 95/09963描述了一個鉆孔系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，第一鉆孔繩被送入炮眼，并通過肘形彎管使其水平轉(zhuǎn)向。第一鉆孔繩有一個機(jī)械球狀切割器，該鉆孔繩隨后移去，第二個可彎曲鉆孔繩插進(jìn)炮眼并穿過肘形彎管。
第二鉆孔繩不旋轉(zhuǎn)，并且端部連接一個壓力相對較低的流體切割刀，在大約3000-4000磅/平方英寸進(jìn)行切割。流體切割刀在周圍巖層緩慢地噴一個孔。顯然，此處除了可以通過垂直鉆孔繩的重量或加在鉆孔繩上的常規(guī)推力外，沒有辦法送進(jìn)鉆孔繩。這種切割刀有一個近乎常規(guī)的低壓回復(fù)噴口裝置(大約3000-4000磅/平方英寸)，其起沖走碎屑的作用?；貜?fù)噴口的水平夾角(45°)不變，具有沖刷作用，但是這種夾角下噴口不能提供有用的向前的推力。事實(shí)上，即使有的話，該噴口似乎有另一種平衡由前面不旋轉(zhuǎn)噴嘴引起的反沖的作用，因此，送進(jìn)是由鉆孔繩的重量引起的。
由于除了鉆孔繩的重量之外，沒有送進(jìn)機(jī)械，流體切割刀送進(jìn)很慢，即使在軟石上，水平切割速度也只能為6-10小時內(nèi)切割60m。
正如鉆孔繩似乎影響切割刀向前運(yùn)動一樣，由剛性鉆孔繩引起的問題，切割角下降問題仍然發(fā)生。
由于除了可看到的鉆孔繩的重量外沒有送進(jìn)裝置，水平延伸的鉆孔很可能使得可彎曲的鉆孔繩形成所謂的“螺旋鎖死”，即不能再通過推鉆孔繩送進(jìn)鉆孔繩。這種結(jié)果可能就是為什么在該例子中水平孔的長度被限制在60m左右的原因。
在該例子中，鉆孔繩為螺旋鋼管比普通的直徑(12.5mm)稍小，為其提供足夠的可彎曲性。對于小直徑的管，只有少量的低壓水能夠流向流體切割刀。
在從煤中排放甲烷時，保證效率而不改變煤的透氣性是必須的。透氣性的任何減少，都將對甲烷從周圍的煤進(jìn)入切割孔產(chǎn)生不利影響。眾所周知表面活性劑減少煤的透氣性，因此，在煤層上鉆排放孔時，由于需要表面活性劑，上面描述的鉆孔系統(tǒng)不宜使用。
本發(fā)明的目的在本發(fā)明中，研制了一個系統(tǒng)，其中剛性鉆孔繩被可彎曲的鉆孔繩代替，可彎曲的鉆孔繩并不用于送進(jìn)噴嘴裝置。我們發(fā)現(xiàn)對可彎曲鉆孔繩切割裝置可以保持在同一層面。我們的可彎曲鉆孔繩能夠容納高壓流體(10000-20000磅/平方英寸)推進(jìn)或送進(jìn)切割儀器的能力減少或沒有。因此本發(fā)明還包括一個自送進(jìn)系統(tǒng)，其一種形式是，回復(fù)噴口具有一定形狀以及足夠的推力以送進(jìn)切割儀器。
用高壓可彎曲軟管作為鉆孔繩的一個主要優(yōu)點(diǎn)是，其能夠從一個滾筒上連續(xù)送進(jìn)和撤回。這樣不需要不斷地增加和撤下剛性鉆孔繩。因此，使用該技術(shù)能夠極大地提高生產(chǎn)率。盡管螺旋鋼管為已知技術(shù)，能夠以類似的方法使用，但管道和絞車的資金花費(fèi)相對于本發(fā)明的費(fèi)用非常大。
此外，需要復(fù)雜的并且昂貴的方法將其送進(jìn)炮眼。在本發(fā)明中，切割裝置和可彎曲鉆孔繩能夠相對簡單地節(jié)省費(fèi)用地被送進(jìn)。
鉆孔繩的可彎曲性也使得本發(fā)明可用于定向鉆孔。定向鉆孔涉及到位置，在此用控制的方法改變鉆孔的方向是有利的。特別是，高壓軟管能夠相對容易地轉(zhuǎn)動穿過一個超短半徑，其為0.6m或更少。能夠達(dá)到這樣的唯一其他已知技術(shù)又是螺旋管道，聯(lián)系前面提到的，其需要巨大的資金花費(fèi)。此外，螺旋管道只能制成，通過迫使鋼管道超過材料的彈性限制，穿過超短半徑。這種變形嚴(yán)重減少了管道的工作壽命，這通常意味著通過超短半徑的管道截面不能撤回，不得不用復(fù)雜的方法切斷它，包括機(jī)械和電化學(xué)分?jǐn)嘌b置。這極大地增加了費(fèi)用。在本發(fā)明中，可彎曲鉆孔繩能夠被撤回和再使用，不使高壓軟管的工作壽命過度損害。用于在煤中定向鉆孔的螺旋管道的另一個缺點(diǎn)是，如果不撤回，管道對隨后的地下采煤形成安全危害。用于切斷管道的化學(xué)品同樣也對煤層的透氣性有不良影響。
本發(fā)明的一個目的是提供一種鉆孔系統(tǒng)，其可克服上述缺點(diǎn)或給公眾提供一種有用的商品選擇。
在一種形式中，本發(fā)明屬于一種自送進(jìn)鉆孔系統(tǒng)，其包括一個鉆孔儀器，該鉆孔儀器至少有一個引導(dǎo)流體切割噴嘴，在該鉆孔儀器上的裝置用于使鉆孔儀器向前移動，以及一個由可復(fù)原的軟管制成的鉆孔繩。
因此，通過去除剛性鉆孔繩，并且以一個或多個回復(fù)噴口的形式，提供自送進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，形成了有效的鉆孔系統(tǒng)。
軟管可只起鉆孔繩的作用，但軟管最好也起一個導(dǎo)管的作用，供驅(qū)動切割噴嘴及回復(fù)噴口的流體在其中流動。設(shè)想，單獨(dú)的其它管也可為流體提供導(dǎo)管，但在該階段，鉆孔繩本身最好也起流體管的作用。該管應(yīng)當(dāng)能夠承受10000-20000磅/平方英寸的高壓。
鉆孔儀器本身可包括許多內(nèi)部連接的子元件。
鉆孔儀器的引導(dǎo)部分包括一個旋轉(zhuǎn)高壓噴嘴。合適的噴嘴為可以購買到的Woma FR47噴嘴。這種噴嘴，包括向前的切割噴口和側(cè)面鉸孔噴口，并且可以在噴嘴壓力為10000-20000磅/平方英寸之間時使用，通常在10000-15000磅/平方英寸的壓力下使用。
安裝噴嘴使其在保護(hù)殼子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。該保護(hù)殼包括一個管狀尾部部分和一個向前開口的架子部分。在噴嘴旋轉(zhuǎn)時，該保護(hù)架部分能保護(hù)噴嘴，減少它與孔壁碰撞的意外事故。
架子可以做成臺階形，臺階正好位于鉸孔噴口后面。該臺階可以幫助使鉸孔噴口指向炮眼壁上的突起物，突起物卡住臺階，并阻止噴嘴送進(jìn)。該鉸孔噴口隨后可以去除突起物，切割儀器得以送進(jìn)。
該儀器不需要彎曲子元件，因?yàn)閺澒懿贿m于控制彎曲子元件的取向。
最好，至少提供一個回復(fù)噴口，其可以為回復(fù)噴口子元件的一部分。該回復(fù)噴口子元件位置與切割儀器的一個尾部部分相鄰。該子元件可包括四個具有向后指向的噴嘴的回復(fù)噴口，回復(fù)噴口均勻分布在子元件的周圍?；貜?fù)噴口提供向前的推力，從而使鉆孔儀器自動送進(jìn)。噴口通常在10000-20000磅/平方英寸下工作，噴口的數(shù)目和大小可以變化，給該儀器提供一個純向前的推力。
為了有效的起到“推力”噴口的作用，該噴嘴最好與儀器的縱軸呈一小角度。最好為0-30度角，約5度的角為最好，因?yàn)檫@個角度能夠使“噴出”水清潔連在一起的可彎曲軟管(并且不會將其切破)，同時還有一個可接受的向后的推角。
切割儀器可以通過一個取向裝置取向。取向裝置的一種形式包括經(jīng)由回復(fù)噴口噴嘴的流體，其能夠通過一個偏向裝置有選擇地偏向。偏向裝置幫助控制切割儀器。該偏向裝置可包括一個偏向元件，其能夠有選擇地移進(jìn)和移出流體噴口流，以使水流偏向。偏向元件在圓環(huán)上有一個合適的突起部分或類似物，該圓環(huán)圍繞該回復(fù)子元件延伸。圓環(huán)轉(zhuǎn)動可使偏向元件有選擇地進(jìn)出流體噴口流。該圓環(huán)可以通過位于切削儀器內(nèi)部的驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)。
該偏向裝置可以構(gòu)成為控制切削儀器穿過固體例如煤層的導(dǎo)向系統(tǒng)的一部分。導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)成能夠連續(xù)實(shí)時提供切削儀器的位置，使操作者能夠在地面通過計(jì)算機(jī)控制儀器。導(dǎo)向系統(tǒng)包括如下元件(a)一個傳感裝置，其能夠確定切削儀器在三維空間的位置，(b)一個單芯電線，其在切削儀器與地面之間傳導(dǎo)信息，
(c)一臺計(jì)算機(jī)，其計(jì)算和顯示與切割裝置軌道相關(guān)的信息，以及(d)一個轉(zhuǎn)向裝置，其可包括如上所述的偏向元件。
附圖簡述本發(fā)明的實(shí)施例將通過參考附圖進(jìn)行描述，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的切割裝置的總體側(cè)視圖；圖2為一個大的引導(dǎo)保護(hù)殼的視圖；圖3A和圖3B為小的帶臺階的引導(dǎo)保護(hù)殼的側(cè)視圖和端視圖；圖4描述了向前的流體切割噴嘴；圖5描述了該切割裝置的后部回復(fù)射流部件；圖6描述了圖1的裝置，其具有偏向裝置以偏轉(zhuǎn)回復(fù)水射流；圖7描述了向前的流體切割噴嘴的一部分；圖8描述了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的一個切割裝置。
圖9大概地描述了使用中的流體鉆孔系統(tǒng)。
最佳方式參考附圖，并首先參考圖9，在此圖示了一個系統(tǒng)，其用于在煤層100上切割一個大體水平的通道。圖9示出了一個穿過煤層的垂直孔101。造斜器裝置104放在該孔內(nèi)，并且放在預(yù)先形成的空腔105內(nèi)。該造斜器裝置可以象本申請人未授權(quán)的國際專利申請所描述的一樣，其內(nèi)容通過合適的交叉參考包含在此。造斜器裝置104有一個主體106，其大小能夠允許造斜器插入孔內(nèi)。一個可延伸的臂107與主體部分連接，該臂能夠液壓豎起成水平方向(也能夠成其它的夾角)。
作為本申請的主題的流體鉆孔裝置108，能夠放在臂107內(nèi)，以便當(dāng)臂107豎起后，該裝置能夠在煤層上切割一個孔?？蓮澢浌?09通過該裝置推進(jìn)，隨著軟管通過造斜器到達(dá)孔，并且其能夠通過在地面上的卷筒110松開。軟管109的可彎曲性使得其能夠通過一個非常陡的半徑，從而依次使得斜向器變的緊實(shí)。
一旦流體鉆孔裝置切割了一個所需要深度的孔，其能夠纏回到臂107內(nèi)，臂能夠收起，從而包含鉆孔裝置的造斜器能夠上升到地面。這種系統(tǒng)用于在煤中形成深的甲烷排放孔時，特別有用。
應(yīng)當(dāng)明白，該流體鉆孔系統(tǒng)并不限于與造斜器一起使用，也能夠單獨(dú)或與其它裝置一起使用。
參考圖1，在此描述了一個流體切割裝置10。裝置10由許多分開的但相互連通的子元件形成。引導(dǎo)子元件11有一個保護(hù)殼。該保護(hù)殼有一個尾部大體空的管狀部分12和一個前部的架子部分13。在殼11的內(nèi)部安裝著一個Woma FR47或類似型號的自旋轉(zhuǎn)高壓噴嘴裝置40，其能夠從市場上購買到(見圖4和7)。噴嘴裝置安裝在一個夾持器40A上，并且具有一個芯軸40B，旋轉(zhuǎn)噴嘴40C安裝在芯軸上面。噴嘴40C有向前伸的切割噴口41和側(cè)面的擴(kuò)孔噴口42。噴口41，42在478,803 Pa-957,606 Pa(10000——15000磅/平方英寸)之間的壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。噴嘴40C通過銷子40D與芯軸連接，銷子卡在芯軸的環(huán)狀槽40E內(nèi)。
架子部分13允許切割噴口和擴(kuò)孔噴口在固體材料(比如煤層)上切割一個通路，其中架子部分保護(hù)噴嘴免遭損害和失速。
在圖3中，架子部分13有一個臺階14，其位置緊挨在Woma裝置的擴(kuò)孔噴嘴后面。臺階14將擴(kuò)孔噴口對著鉆孔壁上突出物，它們會卡住臺階阻止噴嘴送進(jìn)。擴(kuò)孔噴口然后能夠除去突出物從而使得鉆孔裝置10能夠送進(jìn)。
圖2描述了一個不同類型的沒有臺階的架子部分13A。
緊挨著殼子11的后面，為一個中間子元件16，其基本上是中空的，能夠容納傳感器、導(dǎo)向系統(tǒng)及類似的東西。此外，該子元件的形狀為圓柱形，從而為噴嘴提供對稱性，這樣有助于鉆較直的孔。圓柱形還能夠有效地減少噴嘴與鉆孔壁之間的空隙，水和碎煤從此處通過。高壓水通過內(nèi)部管43并流向Woma FR47噴嘴。如果鉆孔直徑太小，水和碎煤就不能從噴嘴快速通過。這樣會導(dǎo)致噴嘴前面的壓力增加，達(dá)到一定程度時，噴嘴抵抗著回復(fù)噴口的作用力而縮回。這樣能夠有效地給切割及擴(kuò)孔噴口提供另一個機(jī)會切割鉆孔并增加其直徑。用這種方法可以得到更加一致的鉆孔直徑。
與元件16相連接的是尾部回復(fù)噴口子元件19，其在圖5中進(jìn)行了更清楚的描述?；貜?fù)噴口子元件19有四個回復(fù)噴口20-23，圍繞該元件的尾端均勻間隔開。每個回復(fù)噴口包括一個在子元件19內(nèi)加工或形成的通道。噴嘴(沒有示出)放置在回復(fù)噴口子元件19內(nèi)的相應(yīng)插孔24內(nèi)并與通道相鄰。插孔以及噴嘴與回復(fù)噴口子元件19的內(nèi)部通過通道25流體連通。噴嘴最好與水平方向成5度夾角，以清洗相連的尾隨的軟管，并對該裝置提供一個很好的向前的推力。水以478,803 Pa-957,606 Pa(1 0000-20000磅/平方英寸)通過噴嘴。一部分高壓流體進(jìn)入回復(fù)噴口子元件19，從噴嘴24通過從而對鉆孔裝置10提供一個向前的推力。一個可彎曲鉆柱(沒有示出)連接在回復(fù)噴口子元件19的尾部部分26。高壓流體能夠通過可彎曲鉆柱進(jìn)入并通過切割裝置10。鉆柱對高壓流體起導(dǎo)管的作用，但太軟而不能對流體切刀提供任何有用的向前推力?？蓮澢允沟勉@柱適宜通過較陡的曲線，例如通過造斜器，并且不需要表面活性劑。
在使用時，高壓流體比如水，通過可彎曲鉆柱進(jìn)入并通過裝置10。高壓流體驅(qū)動Woma自旋轉(zhuǎn)噴嘴以及回復(fù)噴口。
在另一種形式中，用于操縱噴嘴通過煤層的導(dǎo)向系統(tǒng)安裝在該儀器中。導(dǎo)向系統(tǒng)能夠提供噴嘴連續(xù)的以及實(shí)時的狀態(tài)和位置顯示，使操作者能夠在地面通過計(jì)算機(jī)控制噴嘴。導(dǎo)向系統(tǒng)包括如下元件·一個測量儀器，其能夠確定噴嘴在三維空間的位置，·一個單芯電線，其在噴嘴與地面之間傳導(dǎo)信息·一臺計(jì)算機(jī)和顯示器，其計(jì)算和顯示與噴嘴軌道相關(guān)的信息，以及·一個轉(zhuǎn)向裝置，其安裝在噴嘴上以控制送進(jìn)方向，從而保持所需要的軌道。
測量儀器包括一個三軸排列的飽和式磁力儀和加速儀。磁力儀用于測定該噴嘴相對于磁北極指向的方位。加速儀用于測定該噴嘴沿其縱軸的傾斜度，以及噴嘴鐘形度盤的方向。
磁力儀和加速儀的輸出信號通過位于噴嘴本體內(nèi)的一個運(yùn)算芯片收集和處理。這些信息隨后以二進(jìn)制沿單芯電線傳到地面。該電線或者放在高壓軟管的分枝內(nèi)并附著在軟管的外面，或者通過軟管的中心。
在地面上，電線與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)取出來自噴嘴的信號，處理這些信息，并實(shí)時計(jì)算噴嘴的方位、傾斜度和鐘形度盤的方向。隨后該信息顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上，使操作人員能夠看到噴嘴的軌道并與所需要的軌道比較。
如果噴嘴偏離所需要的軌道的量很大，操作人員能夠通過計(jì)算機(jī)鍵盤啟動噴嘴轉(zhuǎn)向裝置。操作人員輸入所需要的方向改變。計(jì)算機(jī)決定如何有效地實(shí)施方向的變化，隨后信號沿電線輸送到噴嘴上的運(yùn)算芯片。芯片啟動轉(zhuǎn)向裝置從而改變鉆孔的軌道。
轉(zhuǎn)向裝置包括一個滑動環(huán)30(見圖6)，其安裝在一個位于回復(fù)噴口后面的圓周槽內(nèi)。用于使一個回復(fù)噴口偏向鉆孔壁的一個突起部分，以板31的形式，安裝在滑動環(huán)上。該裝置內(nèi)的一個致動步進(jìn)馬達(dá)用于旋轉(zhuǎn)滑動環(huán)，以便使偏向板位于合適的噴口后面，實(shí)現(xiàn)所需要的方向變化。通過偏轉(zhuǎn)合適的回復(fù)噴口產(chǎn)生的力，使噴嘴指向所需要的方向。
參考圖8，在此示出了一個切割裝置的變例。該切割裝置50也包括一個向前的支架部分51，一個中間本體52以及回復(fù)噴口裝置53，回復(fù)噴口裝置53和向前的支架51與上面描述的大體相同。
中間本體52包括四個內(nèi)部螺桿54-57，它們在中間本體52內(nèi)縱向延伸。螺桿為其它的元件，比如電子測量儀器，形成了支撐。該測量儀器被放在環(huán)氧樹脂模子里，并密封在金屬盒子里進(jìn)行保護(hù)。裝置包以這種形式安裝，即其滑動在四個螺桿上。鉆頭罩59是金屬盒子的蓋，并允許FR47噴嘴或類似的東西與該裝置連接。該組合用螺母拉緊，螺母擰到螺桿上，并且這樣的拉緊也可以用尼龍或類似的套一起來密封裝置。隨后臺階支架51能夠安裝在FR47噴嘴上。在這種組合中，內(nèi)部水管60沿本體52內(nèi)部安置在一側(cè)，為裝置包提供空間。
與切割裝置相連的可彎曲軟管為高壓可彎曲軟管，其可以充分地彎曲以允許自身從鉆孔中縮回。該軟管也可充分地彎曲以允許自身通過造斜器而偏向?？蓮澢浌懿皇怯脕碜鳛榍懈钛b置的推進(jìn)器，切割裝置通過回復(fù)噴口而進(jìn)行自送進(jìn)。因此，可彎曲軟管不同于螺旋管，螺旋管能夠彎曲超過其彈性極限(例如通過造斜器)，但不能很輕易地回復(fù)，并且通常用電化學(xué)方法斷開。
在該實(shí)施例中，軟管從聚甲醛和聚酰胺制成的內(nèi)芯開始形成。四個高張力鋼線螺旋層纏繞在內(nèi)芯上以提高耐壓性。外部芯為聚酰胺。該軟管能夠以Polyflex高壓軟管的形式，從市場上得到。
在另一種形式中，轉(zhuǎn)向器使用側(cè)“推進(jìn)器”噴口以改變鉆孔的方向。這些噴口通過螺線管控制的高壓閥啟動。
在例子中，用根據(jù)本發(fā)明的高壓水流鉆孔噴嘴鉆了五十四個無偏向孔和七個鉆柱偏離的半徑為0.3m的孔。對各種泵的壓力，支架的型號和噴嘴孔的大小進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)以測定噴嘴的最佳操作參數(shù)。
在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，鉆孔的最佳組合是，泵的壓力為115兆帕，流體流動速度為每分鐘234升，Woma FR47自轉(zhuǎn)噴嘴上的切割和鉸孔噴口的直徑為1.0mm和1.2mm，以及1.2mm直徑的回復(fù)噴口孔口直徑。保護(hù)FR47噴嘴的臺階架子產(chǎn)生一個較光滑的鉆孔以及較穩(wěn)定的鉆孔直徑。
該噴嘴組合的一個例子是，當(dāng)鉆一個無偏離鉆孔時，在總時間42分鐘內(nèi)鉆了一百九十四米。另一個例子是，一個鉆孔鉆了一百九十二米，鉆柱通過了一個0.3m超短半徑，用時97分鐘。注意在此并不需要停止鉆孔去將鉆柱與該系統(tǒng)連接。在上述兩種情況下，鉆孔停止是由于受當(dāng)時可購到的鉆柱的限制。孔的直徑大約110mm。顯然鉆孔速度是已知的使用鉆柱重量送進(jìn)流體切割刀速度的10倍。
應(yīng)該知道，只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍，可以對所描述的實(shí)施例進(jìn)行各種其它的變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種自送進(jìn)鉆孔系統(tǒng)，包括一個鉆孔儀器，該鉆孔儀器至少有一個引導(dǎo)流體切割噴嘴，在該鉆孔儀器上用于使鉆孔儀器向前移動的裝置，以及一個由可彎曲軟管制成的鉆孔繩。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中使鉆孔儀器向前移動的裝置至少包括一個回復(fù)噴口，以便給鉆孔儀器提供一個向前的推力。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中可彎曲軟管對驅(qū)動切割噴嘴及該至少一個的回復(fù)噴口的流體起一個導(dǎo)管的作用，但并不專門用于送進(jìn)切割噴嘴。
4.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中鉆孔儀器包括許多內(nèi)部連接的子元件。
5.如權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中鉆孔儀器的引導(dǎo)部分包括一個旋轉(zhuǎn)高壓噴嘴，其至少具有一個向前的切割噴口，以及至少一個側(cè)面鉸孔噴口。
6.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中噴嘴安裝在保護(hù)架內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，該保護(hù)架用于保護(hù)噴嘴減少其在旋轉(zhuǎn)時碰撞孔壁的意外事故。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中架子做成臺階形，臺階正好位于至少一個的側(cè)面鉸孔噴口后面，該臺階的作用是使鉸孔噴口指向炮眼壁上的突起物，突起物卡住臺階，并阻止噴嘴送進(jìn)。
8.如權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中切割儀器通過一個取向裝置取向。
9.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中取向裝置包括流體，流體通過該至少有一個回復(fù)噴口的噴嘴，該噴嘴能夠通過一個偏向裝置有選擇地偏向。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中偏向裝置包括一個偏向元件，其能夠有選擇地移進(jìn)和移出流體噴射流，以使水流偏向，偏向元件包括圓環(huán)上的突起部分，該圓環(huán)圍繞一個回復(fù)子元件延伸，因此，圓環(huán)的轉(zhuǎn)動使得偏向元件有選擇地進(jìn)出流體噴射流。
11.如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中可彎曲軟管包括一個塑料內(nèi)芯、加固鋼絲和外部塑料殼子。
12.一種從煤層取出甲烷的方法，該方法包括將權(quán)利要求1的自送進(jìn)鉆孔系統(tǒng)送入煤層以切割一個孔，從煤層中取出該自送進(jìn)鉆孔系統(tǒng)，并通過該切割孔取出甲烷。
13.一種從地下煤層中取出甲烷的方法，該方法包括從地表面鉆一個炮眼進(jìn)入煤層，在炮眼中鄰近煤層處形成一個空腔，將斜向器沿炮眼向下進(jìn)入空腔，在空腔內(nèi)、在所需要的方向放置一個自送進(jìn)流體鉆孔系統(tǒng)，使該系統(tǒng)自送進(jìn)以便在煤層上切割一個孔。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中自送進(jìn)系統(tǒng)可以為權(quán)利要求1-10和18之中的任何一個所限定的系統(tǒng)。
15.如權(quán)利要求13或14的方法，其中斜向器具有一個可直立的臂元件。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中該可以直立的臂元件上至少具有一個流體切割噴嘴，以便當(dāng)臂直立時，在孔壁上切割一個槽。
17.如權(quán)利要求15或16的方法，其中自送進(jìn)流體鉆孔系統(tǒng)包括一個鉆孔儀器，其先被包在一個臂元件中，并且其能從此處送進(jìn)從而切割一個孔。
18.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中該至少一個的回復(fù)噴口從鉆孔儀器的縱軸以約0°-30°的角度排出高壓水。
全文摘要
一種自送進(jìn)鉆孔系統(tǒng),包括一個鉆孔儀器,該鉆孔儀器至少有一個引導(dǎo)流體切割噴嘴,在該鉆孔儀器上用于使鉆孔儀器向前移動的裝置,該鉆孔系統(tǒng)還包括一個由可復(fù)原的軟管制成的鉆孔繩。
文檔編號G01N33/68GK1204378SQ96198876
公開日1999年1月6日 申請日期1996年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月8日
發(fā)明者羅伯特·特魯伊曼, 蒂莫西·格里高利·漢密爾頓·梅爾, 馬修·斯托克韋爾 申請人:昆士蘭大學(xué), 州立科學(xué)與工業(yè)研究組織, Bhp煤炭有限公司