[实用新型]一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具

说明书

一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具，属于煤矿钻探取芯技术领域，可解决煤矿井下钻孔尤其是煤岩钻孔钻进中，由于钻具与取芯钻头规格尺寸相差小若孔内出现复杂情况，取芯钻头所形成的钻孔孔壁与钻具间隙不满足正循环排渣处理孔内复杂的要求的问题，包括依次连接的钻头、短节、反螺旋槽双壁钻杆、双壁钻杆和反循环水龙头，本实用新型若孔内出现复杂情况时，可采用正循环工艺进行及时处理，保证孔内钻具安全。

技术领域

本实用新型属于煤矿钻探取芯技术领域，具体涉及一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具。

背景技术

为了保障煤炭安全高效开采，探查采煤工作面是否存在陷落柱、溶洞、断层等地质异常体是一项重要工作内容，采用“物探先行、钻探验证、化探跟进”综合探查方法是现行有效的主要技术途径。钻探探查是指在目标地层中利用坑道钻机、钻具、钻头以及相应钻进工艺，通过施工一定深度钻孔来获取岩芯或岩样的一种技术手段，可分为无岩芯钻探和取芯钻探两种探查方法。固体矿床坑道取芯钻探以水平钻孔为主，取芯工艺主要有单管（或双管）提钻式取芯、绳索取芯、以及水力反循环连续取芯等三种。随着煤矿精细化管理落地生根，为避免地质构造的无计划揭露，对查明采煤工作面地质构造尤其地质异常体等的工作提出了构造要素精准化探测的更高要求。因而提出将水力反循环连续取芯技术应用于地质构造要素精准探测工作中。

坑道水力反循环连续取芯钻具大多配套单壁钻具，钻杆为Φ33mm×5mm，取芯钻头为金刚石钻头，外径37mm，取芯直径19.5mm；亦可配套双壁钻具，双壁钻杆外管外径45mm，内管内径27mm，取芯钻头为金刚石钻头，外径47mm，取芯直径25mm。坑道水力反循环连续取芯工艺与双管提钻式取芯工艺总体上比较，无论是从平均回次进尺还是钻孔成本方面，均获得较好的应用效果。

地面垂直钻孔水力反循环连续取芯钻具基本为双壁钻具，常见有两种规格，第一种：双壁钻杆外管杆体外径71mm，外管接头外径74mm，内管内径38mm，取芯钻头为金刚石钻头，外径76mm，取芯直径34~35mm，最大岩心长度＞80mm，采取率＞90%，最深钻孔314m，平均回次进尺10~31m，最大回次进尺102m；第二种：双壁钻杆外管杆体外径127mm，内管内径79mm，取芯钻头为硬质合金钻头，取芯直径76mm，主要用于浅海砂矿勘查，钻取海底表层的沉积层/流沙层/淤泥层岩芯，采取率＞80%，钻孔深度＜80m。

如何保证孔内冲洗介质反循环效果的持续与稳定，亦即保证双壁钻杆中心返渣（岩芯）通道的流速大于1.5m/s，是获得水力连续取芯的关键。目前主要有以下几种技术手段来达到上述携带岩芯上返的流体流速要求，一是在孔外安装孔口密封装置将双壁钻杆与孔壁的环状间隙通道（正循环排渣通道）封堵，二是在若干钻具之间安装扩孔扶正封堵器，扩孔扶正封堵器外径与钻头外径相差小，一般相差仅1-2mm，这样增大正循环排渣通道的阻力，三是将取芯钻头与钻杆接头的外径尺寸设计相差较小，如取芯钻头外径76mm，双壁钻杆接头外径74mm，两者仅相差2mm，因此增大了正循环排渣的阻力。

研究表明，在煤矿井下钻孔尤其是煤岩钻孔钻进中，采用PDC钻头破碎的岩屑颗粒粒径较大，10目以上（≥2mm）的岩屑颗粒质量比占到50%左右，因此，上述第二和第三种技术手段，由于其钻具与取芯钻头规格尺寸相差小，若孔内出现复杂情况，取芯钻头所形成的钻孔孔壁与钻具间隙不满足正循环排渣处理孔内复杂的要求。

发明内容

本发明针对煤矿井下钻孔尤其是煤岩钻孔钻进中，由于钻具与取芯钻头规格尺寸相差小若孔内出现复杂情况，取芯钻头所形成的钻孔孔壁与钻具间隙不满足正循环排渣处理孔内复杂的要求的问题，提供一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具。

本实用新型采用如下技术方案：