[实用新型]用于软煤岩钻进卸压护孔钻杆

说明书

技术领域

本实用新型属于煤矿复杂条件煤层钻孔施工、软弱破碎岩层钻探工程等技术领域，具体涉及一种用于软煤岩钻进卸压护孔钻杆。

背景技术

软煤岩钻孔施工困难是公认世界性难题。钻孔施工过程中，由于煤岩体强度低，钻孔孔壁变形量大，局部易失稳破坏，钻孔内易形成钻屑堆积并致使钻孔堵塞，钻孔失去排渣空间后，钻孔施工难以进行。近10年，我国煤矿企业和钻进装备生产单位投入了大量的人力和财力，整体上，钻进装备趋于大功率、高扭矩，机械化程度高。许多煤炭企业过于倾向钻进装备在松软煤层钻进中的作用，为解决松软煤层钻进问题，消耗大量资金，引入国外千米钻机，但并未达到预期使用效果。解决软煤岩钻进难题，不应只注重“孔外装备”的发展，同时也应注重钻杆、钻头等“孔内装备”的研究。科研及工程技术人员针对软煤岩钻进发展了双套管钻具，该钻具存在两方面问题：一方面，该钻机配套设备庞大，需要较大钻场，难以适应井下条件，钻进工艺相对复杂，钻进效率偏低；另一方面，在软煤岩区域施工钻孔时，钻孔变形量大，作为起护孔作用的外管与钻孔壁完全接触，其摩擦阻力大，钻进过程中，卡钻、断钻现象频繁，致使钻孔深度浅、钻进效率低。因此，常规的双套管钻具并不适用于地质条件复杂的软煤岩区域，急需开发一种新型钻具，即具有护孔功能，同时又能够有效降低钻杆的旋转阻力，间接降低钻机动力损耗。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，结合现有常规护孔钻具在使用中存的问题，充分发挥螺旋幅的机械排渣原理，通过螺旋幅的结构创新，将护孔功能与钻进排渣融为一体，提供一种护孔效果好、排渣效率高、有利于提高钻进深度和效率的用于软煤岩钻进卸压护孔钻杆。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：用于软煤岩钻进卸压护孔钻杆，包括护孔螺旋叶片、助排螺旋叶片、中空钻杆体，所述护孔螺旋叶片、助排螺旋叶片和中空钻杆体同轴，护孔螺旋叶片和助排螺旋叶片固定在中空钻杆体上。

所述的护孔螺旋叶片由叶顶、叶柄组成，叶顶宽度Ｌ₁大于叶柄宽度Ｌ₂，叶顶宽度Ｌ₁为叶柄宽度Ｌ₂的2~10倍。

所述的护孔螺旋叶片，叶柄结构设计为无排渣孔或设置排渣孔两种方式。

所述的助排螺旋叶片高度H₂低于护孔螺旋叶片高度H₁，助排螺旋叶片高度H₂取值范围为：0 m≤H₂≤0.4 m，护孔螺旋叶片高度H₁为助排螺旋叶片高度H₂的2~8倍。

所述的中空钻杆体由中空凹接头、中空圆杆体、中空凸接头组成，中空凹接头和中空凸接头固定在中空圆杆体的两端，中空凹接头和中空凸接头设计为螺纹连接或插接式连接，中空钻杆体连接起来，其内腔形成流体通道。

采用上述结构，通过改变护孔螺旋叶片结构，调整叶顶与叶柄宽度，是否在护孔螺旋叶片上设置排渣孔，从而改变护孔面积和排渣方式，可形成系列不同类型钻杆。在地应力大、瓦斯压力大、煤岩坚固性系数f≤0.5区域，钻孔变形量大，且煤炮、喷孔等瓦斯动力现象频繁，钻头破煤形成的钻屑量是常规钻进的数倍，钻屑极易堆积并形成钻孔堵塞，该条件下，增大叶顶与叶柄宽度比，尽量扩大护孔面积，同时在护孔螺旋叶片的叶柄上设置较大面积的排渣孔，并通过压风进行辅助排渣，护孔螺旋叶片的排渣孔之间形成排渣通道，有效缓解钻孔堵塞问题，可实现提高钻进深度和效率的目标；在煤岩坚固性系数0.5<f≤1区域，很多煤层为软硬复合煤层或复合破碎煤层，该条件煤层，钻孔变形及稳定性有所改善，可适当降低叶顶与叶柄宽度比，从而减少护孔面积，间接减小钻杆的旋转阻力，同时在护孔螺旋叶片的叶柄上设置较小面积排渣孔，该排渣孔主要用于释放叶片之间堵塞段的挤压应力，从而预防叶片破损，同时有利于堵塞段的疏通；在煤岩坚固性系数1<f≤1.5区域，该条件下，尽管钻孔的变形量有所降低，但受地应力、瓦斯压力及构造应力等因素作用，钻孔的稳定性仍然较差，钻孔局部易失稳破坏形成钻孔堵塞，因此，依然有必要应用本实用新型的护孔钻杆，根据施工地点的地质条件及钻孔设计参数，可进一步降低叶顶与叶柄宽度比，合理的确定护孔面积，从而降低钻机的动力损耗，充分发挥钻机的最大钻探能力。可见，本实用新型螺旋卸压护孔钻杆，针对软煤岩钻进困难的技术问题，通过结构创新，钻杆实现了护孔和辅助排渣功能，解决了制约软煤岩钻进的瓶颈问题，有利于提高软煤岩钻孔深度，提高钻进效率及成孔率，值得在煤矿企业推广应用。

附图说明