深井软煤岩螺旋钻进方法专利检索-排渣燃烧器和锅炉专利检索查询-专利查询网

深井软 煤岩螺旋钻进方法

阅读：1014发布：2021-01-26

专利汇可以提供深井软煤岩螺旋钻进方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种深井软煤岩螺旋钻进方法，根据钻头直径、钻孔变形量确定前端螺旋钻杆和后端螺旋钻杆的结构，前端螺旋钻杆的外径由大端到小端呈不断缩小的锥形结构；根据后段钻孔变形量确定后端螺旋钻杆外径。钻进过程中，前段钻孔由钻孔前端面向外呈锥形变化趋势，由于设计了与钻孔前段变形特征相匹配的前端螺旋钻杆，克服了常规等径钻杆在前段钻孔锥形空间内钻屑容易堆积堵塞的难题；考虑后段钻孔变形量设计后端螺旋钻杆外径，避免了过高螺旋叶片切削钻孔周围煤岩体或过低螺旋叶片排渣效率低的问题。本发明设计新颖，建立了深井软煤岩螺旋钻进工艺体系，可有效改善螺旋钻具应用于软煤岩的钻探效果。，下面是深井软煤岩螺旋钻进方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.深井软煤岩螺旋钻进方法，其特征在于：包括以下步骤：
①.根据钻头直径d0确定钻孔前段钻孔长度L0；
②.根据前段钻孔长度L0，确定前端螺旋钻杆结构和长度L1；
③.根据后段钻孔变形量s确定后端螺旋钻杆外径d1；
④.依据步骤①～③，确定前端螺旋钻杆和后端螺旋钻杆的结构；
⑤.钻具连接方式依次为钻头、前端螺旋钻杆和后端螺旋钻杆，将钻具安装在钻机上，启动钻机钻进。
2.根据权利要求1所述的深井软煤岩螺旋钻进方法，其特征在于：所述的步骤①前段钻孔长度L0为3d0～5d0。
3.根据权利要求1所述的深井软煤岩螺旋钻进方法，其特征在于：所述的步骤②确定前端螺旋钻杆结构和长度L1的具体方法为：前端螺旋钻杆与钻头连接端的大端外径与钻头直径相同，前端螺旋钻杆与后端螺旋钻杆连接端的小端外径与后端螺旋钻杆外径相同；前端螺旋钻杆的长度L1设计为5d0~15d0。
4.根据权利要求1所述的深井软煤岩螺旋钻进方法，其特征在于：所述的步骤③确定后端螺旋钻杆外径d1的具体方法为：d1=d0－2s。

说明书全文

深井软煤岩螺旋钻进方法

技术领域

[0001] 本发明属于钻探工程技术领域，具体涉及一种深井软煤岩螺旋钻进方法。

背景技术

[0002] 伴随煤炭开采向纵深发展，煤层赋存呈“三高二低”特征（高地应力、高瓦斯含量、高瓦斯压力、低渗透率、低煤体强度），钻孔施工更为困难。目前，深井软煤岩钻孔施工存在着钻孔深度浅、钻进效率低、钻孔事故频发等问题，我国多个矿区已发生多起钻孔瓦斯燃烧、钻孔CO中毒事故，不仅影响煤矿开采效率，同时威胁着煤矿工人的生命安全，给煤矿安全生产带来了严重的经济损失。软弱煤岩层钻进过程中，由于钻孔变形量大且易失稳破坏，造成钻进阻力大、排渣困难，致使钻孔深度浅、钻进效率低，同时钻进过程中卡钻、断钻等钻孔事故频发。针对软煤岩钻进难题，科研及工程人员开展了大量的研究，发展了系列钻进方法和新型钻具，例如，专利名称为“用于软煤岩钻进双通道多孔紊流卸压钻具及其施工方法”（ZL201310568692.5）、“用于松软突出煤层钻进双层内排渣防堵钻具及其使用方法”（ZL201310566830.6）、“用于松软煤层钻进封闭式螺旋护孔钻具及其使用方法”（ZL201410567089.X）、“用于软煤层旋切降阻护孔钻进方法及钻杆”（ZL201510173449.2）、“软煤层钻进多翼内凹开放式仿生降阻护孔钻杆及钻进方法”（ZL201610062293.5）一定程度上推进了我国软煤岩钻探工程技术水平的提高。目前，软煤岩层钻进工艺主要包括螺旋排渣钻进工艺、流体排渣钻进工艺。螺旋排渣钻进工艺由于工艺简单、施工现场灰尘较小，其应用较为广泛。螺旋钻杆的结构是在光面钻杆的表面上焊有一定高度的螺旋叶片，通过钻杆的旋转，叶片螺旋结构对钻屑产生摩擦力，带运钻屑向外运动。深井软煤岩钻孔的变形量大，且前段钻孔由钻孔前端面向外呈锥形变化趋势，因此，螺旋叶片的高度设计对于钻进效果影响较大，叶片过高，螺旋叶片切削钻孔周围煤岩体，致使钻屑量增多，钻进阻力增大；叶片过低，排渣效率低，钻屑容易在钻孔底部堆积，特别是在前段钻孔的锥形空间更容易堆积，致使钻孔发生堵塞的概率增高。本发明针对螺旋排渣类钻杆在深井软煤岩钻孔施工中存在的问题，建立了深井软煤岩螺旋钻进工艺体系，可有效改善螺旋钻具应用于软煤岩的钻探效果。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种深井软煤岩螺旋钻进方法，解决常规螺旋钻进工艺钻进阻力大、钻孔深度浅、排渣效率低的问题。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：深井软煤岩螺旋钻进方法，包括以下步骤：
①.根据钻头直径d0确定钻孔前段钻孔长度L0；
②.根据前段钻孔长度L0，确定前端螺旋钻杆结构和长度L1；
③.根据后段钻孔变形量s确定后端螺旋钻杆外径d1；
④.依据步骤①～③，确定前端螺旋钻杆和后端螺旋钻杆的结构；
⑤.钻具连接方式依次为钻头、前端螺旋钻杆和后端螺旋钻杆，将钻具安装在钻机上，启动钻机钻进。

[0005] 深井软煤岩螺旋钻进方法，所述的步骤①前段钻孔长度L0为3d0～5d0。

[0006] 所述的步骤②确定前端螺旋钻杆结构和长度L1的具体方法为：前端螺旋钻杆与钻头连接端的大端外径与钻头直径相同，前端螺旋钻杆与后端螺旋钻杆连接端的小端外径与后端螺旋钻杆外径相同；前端螺旋钻杆的长度L1设计为5d0~15d0。

[0007] 所述的步骤③确定后端螺旋钻杆外径d1的具体方法为：d1=d0－2s。

[0008] 由于采用了上述方案，本发明具有以下效果：①.基于岩体力学弹塑性理论，根据煤岩体的开挖直径，能够近似的判断钻孔的变形情况。结合钻孔施工使用的钻头型号，可以掌握前段钻孔长度L0、后段钻孔变形量s，进而确定前端螺旋钻杆结构和长度L1、后端螺旋钻杆外径d1。因此，本发明确定前端螺旋钻杆和后端螺旋钻杆结构的方法具有理论支撑，科学可行；
②.通过本发明钻进方法指导前端螺旋钻杆结构和长度L1的设计，前端螺旋钻杆结构由钻头端向外呈锥形，与前段钻孔的变形特征相匹配，解决了常规螺旋钻杆钻屑容易在前段钻孔底部堆积的问题，提高了钻孔底部的排渣效率；
③.通过本发明钻进方法指导后端螺旋钻杆外径d1的设计，使后端螺旋钻杆外径接近或略小于后段钻孔直径，解决了过高螺旋叶片切削钻孔周围煤岩体造成钻进阻力大的问题，使排渣空间与螺旋钻杆结构实现了合理匹配，提升了钻屑排渣效率，降低了钻孔堵塞的风险。

[0009] 本发明针对软煤岩钻进困难的技术难题，结合施工地点地质条件，基于岩石力学理论，发明了深井软煤岩螺旋钻进方法，钻进方法指导螺旋钻具结构设计，有利于克服常规螺旋钻具在使用中存的技术问题，优化螺旋钻具结构，改善螺旋钻进工艺的应用效果，值得在煤矿企业推广应用。附图说明

[0010] 图1是本发明示意图；图2是前端螺旋钻杆前视图；
图3是端螺旋钻杆A-A剖面图；
图4是端螺旋钻杆B-B剖面图；
图5是端螺旋钻杆C-C剖面图；
图6是本发明钻具连接示意图；
图7是常规螺旋钻杆叶片过高切削煤岩体示意图；
图8是常规螺旋钻杆叶片过低钻屑堆积示意图。

具体实施方式

[0011] 如图1 图6所示，深井软煤岩螺旋钻进方法，包括以下步骤：~
①.根据钻头直径d0确定钻孔前段钻孔长度L0，前段钻孔长度L0为3d0～5d0。

[0012] ②.根据前段钻孔长度L0，确定前端螺旋钻杆结构和长度L1，前端螺旋钻杆2与钻头1连接端的大端外径与钻头直径d0相同，前端螺旋钻杆2与后端螺旋钻杆3连接端的小端外径与后端螺旋钻杆3外径d1相同；前端螺旋钻杆2的长度L1设计为5d0~15d0。如图2、图3、图4、图5所示，前端螺旋钻杆2的结构是在前段钻孔长度L0范围内，沿钻孔孔底向外方向螺旋叶片外径逐渐变小，前段钻孔长度L0以外部分，前端螺旋钻杆2的螺旋叶片外径与后端螺旋钻杆3外径d1相同。

[0013] ③.根据后段钻孔变形量s确定后端螺旋钻杆外径d1，后端螺旋钻杆外径d1为：d1=d0－2s，后段钻孔是指前段钻孔长度L0以外的部分，后段钻孔变形量s的确定方法主要包括理论计算、数值计算、现场观测三种方法，理论计算：基于Mohr-Coulomb准则求解、基于Hoek-Brown准则求解、基于Drucker-Prager准则求解，数值计算：应用FLAC、ANSYS、ABAQUS等软件进行分析，现场观测：应用钻孔窥视仪、三维激光扫描仪等设备进行观测。

[0014] ④.依据步骤①～③，确定前端螺旋钻杆2和后端螺旋钻杆3的结构。

[0015] ⑤.如图6所示，钻具连接方式依次为钻头1、前端螺旋钻杆2和后端螺旋钻杆3，将钻具安装在钻机上，启动钻机钻进。

[0016] 下面介绍一下本发明实施钻进原理：软煤岩强度低，受地应力、瓦斯压力、构造应力等因素影响，钻孔变形量大，前段钻孔由钻孔前端面6向外呈锥形变形趋势。如图7所示，当应用叶片过高的常规螺旋钻杆7钻进时，参考钻孔变形后的边界线4、钻孔未变形的边界线5位置，螺旋叶片切入钻孔周围煤岩体，致使钻屑量增多，钻进阻力增大，容易造成叶片脱落、卡钻等钻进事故，严重影响钻进效果；如图8所示，当应用叶片过低的常规螺旋钻杆8钻进时，影响钻杆的整体钻屑排渣效率，此外，钻屑容易在钻孔前端的锥形空间内形成底部堆积9，不利于钻屑排出，如出现塌孔、喷孔等动力现象，钻孔发生堵塞的概率将升高。如图1 图6所示，由于设计了与钻孔前段变形特征~
相匹配的前端螺旋钻杆2，降低了钻屑在钻孔前端堆积造成钻孔堵塞的概率，克服了以往等径钻杆前段钻孔锥形空间内煤渣不尽的难题；考虑后段钻孔变形量设计后端螺旋钻杆外径的方法，不仅避免了过高螺旋叶片切削钻孔周围煤岩体的技术问题，同时也解决了过低螺旋叶片排渣效率低的技术问题。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种基于气体保护的非晶纳米钢精炼设备	2020-05-11	493
一种桩基使用的便于清孔的冲击钻设备	2020-05-08	821
一种排渣口密封性良好的焙烧炉	2020-05-08	814
一种沉降储罐	2020-05-08	774
一种淬火油高效过滤装置	2020-05-08	720
一种挤压式钻屑浓缩脱液装置	2020-05-08	324
一种注塑模具加工用冷却辅助装置	2020-05-08	212
一种便于清洗的牛奶过滤装置	2020-05-08	289
一种具有防护功能的生物质柴火炉	2020-05-08	809
AO一体化污水处理机	2020-05-08	447

深井软煤岩螺旋钻进方法

深井软煤岩螺旋钻进方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：