具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例提供一种碎软薄煤层瓦斯抽采定向长钻孔施工钻具组合，如图1至图7所示，包括从下到上依次相连的定向钻头1、前置测量短节2、无磁过线螺杆钻具3、后置测量短节4和中心通缆钻杆5。

前置测量短节2包括中心通孔的传动中心轴201、套在传动中心轴201外的前置测量短节外管202以及设在前置测量短节外管202上的通讯测量单元；无磁过线螺杆钻具3包括中心动力单元、套在中心动力单元外的无磁钻具外管、嵌设在无磁钻具外管内的通信电缆组件301、通信短节外管302以及设在通信短节外管302内的侧壁转中心通信短节303；后置测量短节4包括中心通信测量单元以及套在其外的后置测量短节外管401；中心通缆钻杆5包括中心线缆和钻杆外管。

定向钻头1、传动中心轴201和中心动力单元依次相连；前置测量短节外管202、无磁钻具外管、通信短节外管302、后置测量短节外管401和钻杆外管依次相连；通讯测量单元、通信电缆组件301、侧壁转中心通信短节303、中心通信测量单元和中心线缆依次连通。

在本方案中，定向钻头设有气体单向截止阀，避免钻杆内卸压时气体携带孔底钻渣从钻头水眼返流对前置测量短节和无磁过线螺杆钻具造成损害；前置测量短节用于近钻头位置钻孔倾角、工具面向角和地层自然伽马放射性强度的测量；无磁过线螺杆钻具用于给定向钻头提供碎岩动力，并将前置测量短节的测量数据通过无磁过线螺杆钻具侧壁通信组件输送至后置测量短节，同时作为前置测量短节的供电通道；侧壁转中心通信短节能将无磁过线螺杆钻具侧壁通信组件的传输通道转换为中心传输通道；后置测量短节用于前置测量短节测量数据接收和钻孔方位角的测量；中心通缆钻杆用于孔底测量数据的上传。

通讯测量单元用于测量近钻头位置钻孔倾角、工具面向角和地层自然伽马放射性强度；包括依次相连的通讯接头203、通讯电缆204、信号传输单元205、稳压单元206、工程参数测量单元207和方位伽马测量单元208；稳压单元206能给信号传输单元205、工程参数测量单元207和方位伽马测量单元208供电，通讯接头203设在前置测量短节外管202端部能与无磁过线螺杆钻具3通讯。

传动中心轴201前端设有传动接头以与定向钻头1连接，传动中心轴201能将无磁过线螺杆钻具3输出的动力传递给定向钻头1；本实施例传动中心轴201侧壁设有通孔，且能连通传动中心轴201中心通道与传动中心轴201和前置测量短节外管202之间的环隙；前置测量短节外管202内壁设有耐磨橡胶涂层。

中心动力单元包括依次相连的传动轴304、万向轴305和螺杆马达306；无磁钻具外管包括依次相连的套在传动轴304外的传动轴外管307、套在万向轴305外的万向轴外管308以及套在螺杆马达306外的螺杆马达外管309。

前置测量短节外管202和传动轴外管307连接处、传动轴外管307和万向轴外管308连接处、万向轴外管308和螺杆马达外管309连接处、螺杆马达外管309和通信短节外管302连接处均设有跨接头通信组件310，以构成通讯测量单元、通信电缆组件301和侧壁转中心通信短节303之间的有线通讯传输通道。

跨接头通信组件310包括两个相对的绝缘橡胶环，在绝缘橡胶环I311上设有环形槽I，在绝缘橡胶环II312上设有环形槽II；环形槽I内设有公滑环313且在公滑环313和环形槽I槽底之间设有高强度弹簧314，环形槽II内设有母滑环315；公滑环313和母滑环315配合接触，且公滑环313和母滑环315分别连接有伸出两个绝缘橡胶环的跨接头电缆316。

高刚度弹簧的作用是在给公滑环推力，使公滑环和母滑环接触良好，同时，在公滑环磨损时，推动公滑环移动，使其自动补位，实现测量信号稳定传输和平稳供电，绝缘橡胶环上的螺栓固定孔作用是通过周向4个螺栓将绝缘橡胶环固定。

具体的，前置测量短节外管和传动轴外管之间的跨接头通信组件中，两个绝缘橡胶环分别安装在前置测量短节外管和传动轴外管端部，其跨接头电缆能连通两侧的通讯测量单元和通信电缆组件；传动轴外管和万向轴外管之间的跨接头通信组件中，两个绝缘橡胶环分别安装在传动轴外管和万向轴外管端部，其跨接头电缆能连通两侧的通信电缆组件；万向轴外管和螺杆马达外管之间的跨接头通信组件中，两个绝缘橡胶环分别安装在万向轴外管和螺杆马达外管端部，其跨接头电缆能连通两侧的通信电缆组件；螺杆马达外管和通信短节外管之间的跨接头通信组件中，两个绝缘橡胶环分别安装在螺杆马达外管和通信短节外管端部，其跨接头电缆能连通两侧的通信电缆组件和侧壁转中心通信短节。

螺杆马达306包括设在螺杆马达外管309内壁的定子3061和设在定子3061内的转子3062。螺杆马达的额定扭矩≥200Nm、压降≤0.3MPa，定子和转子头数比5：6，利用井下高压风进行驱动，在的高压风中添加润滑剂，以减缓无磁过线螺杆钻具高速旋转产生的异常磨损。

通信电缆组件301包括通信电缆，还包括由内向外依次包覆在通信电缆外的耐磨橡胶覆盖层、防护金属管和耐磨合金涂层。

后置测量短节4的中心通信测量单元包括依次相连的信号接收单元402、方位测量单元403和信号发射单元404；方位测量单元403能测量钻孔方位角，信号接收单元402连接侧壁转中心通信短节303并能向其供电，还能接收前置测量短节2传输的近钻头测量信息，信号发射单元404通过中心通缆钻杆5向孔口传输孔内测量数据；后置测量短节4通过孔口防爆计算机进行供电。

信号接收单元402和后置测量短节外管401之间设有扶正器405，信号发射单元404和后置测量短节外管401之间设有固定环406；固定环406用于中心通信测量单元的固定，扶正器405用于中心通信测量单元的扶正。

实施例2：

一种碎软薄煤层瓦斯抽采定向长钻孔施工方法，该方法通过实施例1的施工钻具组合实现；包括以下步骤：

施工前钻孔轨迹设计：收集瓦斯抽采钻孔施工区域内的地质信息，该地质信息包括邻近施工钻孔数据、地面勘探信息、巷道掘进揭露的地质构造信息等，根据地质信息建立瓦斯抽采钻孔区域范围内初始三维地质模型；在初始三维地质模型中进行钻孔轨迹设计，确保钻孔轨迹在薄煤层中延伸；

步骤一：钻孔轨迹参数和地层自然伽马放射性强度测量：钻进过程中，利用前置测量短节中工程参数测量单元进行近钻头位置孔段钻孔倾角和工具面向角的测量，获取钻孔轨迹在竖直方向上的变化情况；利用前置测量短节中的方位伽马测量单元进行近钻头位置地层自然伽马放射性强度测量，方位伽马测量单元上方地层的自然放射性强度用上伽马值表示，方位伽马测量单元下方地层的自然放射性强度用下伽马值表示，利用后置测量短节方位测量单元进行钻孔方位角的测量，获取钻孔轨迹在水平方向上的变化情况；

步骤二：测量数据实时传输：利用后置测量短节信号发射单元将钻孔倾角、方位角、工具面向角及地层自然伽马放射性强度数据进行编码，并通过中心通缆钻杆上传至孔口防爆计算机；

步骤三：测量数据处理与反演：利用采集到的地层自然伽马放射性强度进行地层岩性和煤岩层界面的辨识，并结合采集的钻孔倾角、方位角及与孔深关系进行定向钻头位置精确定位，确定定向钻头与煤岩层界面的垂直距离，并且预测钻头延伸方向与煤岩层界面的夹角，进一步反演出顶底板岩层空间展布、薄煤层厚度变化等特征，并对初始三维地质模型进行更新，建立三维动态地质模型。

地质导向钻进：基于三维动态地质模型对钻孔设计轨迹进行实时修正，将设计轨迹调整至沿实际探测的薄煤层延伸；控制无磁过线螺杆钻具按照修正后的设计轨迹进行导向钻进，直至达到设计孔深。

参见图8，在三维动态地质模型中，沿钻孔主设计方位进行切片，获取钻孔轨迹的二维剖面图，根据步骤四获得的钻头与煤岩层界面的垂直距离和钻头延伸方向与煤岩层界面的夹角计算钻头钻出薄煤层的距离，为钻头方向调整预留一定的安全距离。

钻进过程中，当前置测量短节测得的地层下伽马值先增大、上伽马值后增大时，则判断钻头趋近于底板岩层，需增大钻孔倾角；当测量的地层上伽马值先增大、下伽马值后增大时，则判断钻头方向趋近于顶板岩层，需降低钻孔倾角；

通过以下公式计算钻进方向上定向钻头出薄煤层的距离：

L＝D/sinα-L_a

L_b＝Lsinα

式中：D为方位伽马测量单元与煤岩界面的垂直距离；L_a为方位伽马测量单元与定向钻头之间的距离；α为煤岩界面与前置测量短节之间的夹角；L为钻进方向上定向钻头钻出薄煤层的距离；L_b为钻进方向上定向钻头距离煤岩界面的垂直距离。