[发明专利]深井软煤岩螺旋钻进方法

说明书

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。

技术领域

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

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

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。

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，得到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。

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。