[发明专利]用于软硬复合煤层钻进间隔变径螺旋钻杆

说明书

技术领域

本发明属于煤矿复杂条件煤层钻探工程技术领域，具体涉及一种用于软硬复合煤层钻进间隔变径螺旋钻杆。

背景技术

瓦斯抽采是保障瓦斯矿井安全开采、实现瓦斯综合利用的前提。受煤层地质条件及现有钻孔施工技术限制，复杂条件煤层钻进技术是国内外公认的难题。由于我国很多矿区煤层为典型的软硬复合煤层，相比强度很低的松软煤层，尽管钻孔的稳定性有所改善，但受地应力、瓦斯压力、构造应力及钻杆扰动作用等因素影响，局部钻孔容易形成“钻穴”，致使钻孔堵塞，很多钻孔难以达到设计深度。当前，圆钻杆与螺旋钻杆是最为常用的钻杆，两种钻杆在实际应用中存在着诸多问题。圆钻杆以流体为排渣动力源，在条件较好的煤层实现效果较好，在软硬复合煤层施工钻孔时，钻进深度浅，钻进效率低；相比圆钻杆，应用螺旋钻杆，煤尘小，但应用于硬复合煤层钻进时，钻孔的排渣效率低，钻机动力损耗大，卡钻、吸钻及断钻现象频繁，应用效果较差。因此，有必要开发一种新型钻杆，解决常规钻具在软硬复合煤层钻孔施工中存在的技术问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，结合现有螺旋钻杆在使用中存的问题，通过钻杆截面形状的创新，改变了钻孔内排渣空间和钻屑的运移特征，提高了钻杆的排渣效率，有利于克服常规螺旋钻杆钻进深度浅、钻进效率低及钻孔事故频发等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于软硬复合煤层钻进间隔变径螺旋钻杆，包括高螺旋叶片、低螺旋叶片、钻杆体，所述高螺旋叶片、低螺旋叶片固定在在钻杆体上。

所述的高螺旋叶片，其叶片结构设计为无通气孔或设置通气孔两种方式。

所述的低螺旋叶片，其叶片高度低于高螺旋叶片高度，高螺旋叶片高度为低螺旋叶片高度的2~10倍。

所述的钻杆体由凹接头、中间杆体、凸接头组成，凹接头和凸接头连接于中间杆体的两端，凹接头和凸接头设计为螺纹连接或插接式连接。

采用上述结构，通过改变螺旋叶片结构，调整高螺旋叶片、低螺旋叶片的高度比，是否在高螺旋叶片上设置通气孔，将钻杆体设计为中空结构或实芯结构，从而改变钻杆的排渣方式，形成不同类型钻杆。通过在钻杆体上设置叶片高度不同的螺旋叶片，钻杆最大外径切线沿轴向形成周期性高低起伏状态。钻进过程中，钻孔中钻杆周边形成间隔高低起伏式排渣空间，使钻屑运移处于不断波动状态，不易堆积，减少了常规螺旋钻杆叶片之间堆积堵塞发生的概率。将钻杆体设计为中空结构，并在高螺旋叶片上设置通气孔，可实现压风钻进，扩展了钻杆的功能。可见，本发明用于软硬复合煤层钻进间隔变径螺旋钻杆，通过钻杆截面形状的创新，改变了钻孔内排渣空间特征，提高了排渣效率，克服了常规螺旋钻杆钻进深度浅、钻进效率低及钻孔事故频发等问题，尤其适应于坚固性系数0.5<f≤1的软硬复合煤层，有利于提高软煤岩钻孔深度，提高钻进及成孔率，值得在煤矿企业推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明实施时排渣原理示意图；

图4是本发明实施例二的结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6是本发明实施例三的结构示意图；

图7是本发明实施例四的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：如图1、图2所示，本发明的用于软硬复合煤层钻进间隔变径螺旋钻杆，包括高螺旋叶片1、低螺旋叶片2、钻杆体3，所述高螺旋叶片1、低螺旋叶片2固定在在钻杆体3上。高螺旋叶片1，其叶片结构设计为无通气孔4或设置通气孔4两种方式。低螺旋叶片2，其叶片高度低于高螺旋叶片1高度，高螺旋叶片1高度为低螺旋叶片2高度的2~10倍。钻杆体3由凹接头7、中间杆体6、凸接头5组成，凹接头7和凸接头5连接于中间杆体6的两端，凹接头7和凸接头5设计为螺纹连接或插接式连接。

下面介绍一下本发明实施例一用于软硬复合煤层钻进间隔变径螺旋钻杆钻进原理：

常规螺旋钻杆是通过螺旋叶片旋转形成的摩擦力将钻屑排出孔外，其动力源来自于钻机。常规螺旋钻杆应用于复杂条件煤层钻进，钻孔周边煤体8变形严重，局部失稳破坏形成钻孔堵塞时，叶片之间形成压缩性堵塞，易形成叶片脱落，堵塞段更加难以疏通，致使钻进效率低、卡钻、断钻事故频繁。