[发明专利]强化软煤岩强度分层切削钻进方法及钻具

说明书

本发明公开了一种强化软煤岩强度分层切削钻进方法及钻具，基于煤岩坚固性系数f确定钻孔强化比d_q，基于煤岩坚固性系数f、瓦斯压力p确定煤岩钻头切削层数N、切削层厚H、切削轴距L，并确定强化软煤岩强度分层切削钻具的结构设计形式。强化软煤岩强度分层切削钻具，包括煤岩强化钻头、旋转密封接头、煤岩钻头、钻头接头、钻杆。本发明针对软煤岩钻进技术难题，考虑煤层地质条件，发明了强化软煤岩强度分层切削钻进方法及钻具，应用强化软煤岩强度分层切削钻具施工钻孔，实现软煤岩前段强化、后段切削钻进的协同钻进工艺方案，可有效减少塌孔、喷孔等钻孔动力现象对对钻孔施工的影响，有利于改善软弱煤岩地层的钻进效果。

技术领域

本发明属于软弱煤岩层钻探工程技术领域，具体涉及一种强化软煤岩强度分层切削钻进方法及钻具。

背景技术

目前，软弱煤岩层钻孔施工是钻探工程技术领域一项重大难题。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。特别是煤矿井下含瓦斯软煤层钻孔施工，受地应力、瓦斯压力、构造应力等因素作用，钻孔变形、破坏极为严重，钻进阻力大、排渣空间易堵塞，钻进过程中易发生断钻、钻孔瓦斯燃烧等钻进事故。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)、“突出煤层扒孔降温钻具及其钻进方法”(ZL200610111830.7)、“用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆及其加工工艺”(ZL200810049974.3)、“非对称异型截面钻杆”(ZL200910064223.3)、“异型多棱刻槽钻杆”(ZL200910064973.0)都取到了较好的钻进效果，一定程度上推进了我国软煤岩钻探工程技术水平的提高。对于软弱煤岩体的钻孔施工，如果能够提高软弱煤岩体的强度，在钻探过程中，有利于减少或避免塌孔现象，间接降低了钻进阻力，有利于提升钻探效果。目前，国内外科研人员也开展了大量的研究，并提出了一些方法，例如，提出采用保压钻进、固壁液等护壁技术来加固孔壁，减少钻孔坍塌对钻进的影响，但这些技术应用于近水平瓦斯抽采钻孔，实施难度大，护壁效果差。因此，本发明提出强化软煤岩强度分层切削钻进方法及钻具。根据施工地点煤岩层地质条件，基于强化软煤岩强度分层切削钻进方法并确定强化软煤岩强度分层切削钻具的结构设计形式，应用煤岩强化钻头、多个煤岩钻头组合形成的新型钻具施工钻孔，通过安装在前端的煤岩强化钻头挤压软弱煤岩体，提高了钻孔周边软弱煤岩体的强度，改善了钻孔孔壁的稳定性，有利于预防钻孔塌孔；通过不同直径的煤岩钻头分层切削剥离被强化过的煤岩体，有利于减少因钻头切削量过大而造成的钻孔孔壁失稳破坏。应用强化软煤岩强度分层切削钻具进行软弱煤岩体的钻孔施工，实现软煤岩“前段强化、后段分层切削”的同步钻进工艺体系，有利于提高软煤岩钻孔深度和钻进效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种强化软煤岩强度分层切削钻进方法及钻具，解决软煤岩钻孔施工易塌孔、钻进难的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：强化软煤岩强度分层切削钻进方法，包括以下步骤：

①.在待施工地点取煤样或岩样，通过实验室试验确定煤岩坚固性系数f；测定施工地点煤层瓦斯压力p；