用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆的製作方法
2023-11-03 15:09:42 1
用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，包括高螺旋葉片、低螺旋葉片、鑽杆體，高螺旋葉片高度高於低螺旋葉片高度，因葉片高度不同，鑽杆最大外徑切線沿軸向形成周期性高低起伏狀態。本發明依靠螺旋葉片高差形成的間隔高低起伏式排渣空間，使鑽屑運移處於不斷波動狀態，不易堆積，減少了常規螺旋鑽杆葉片之間堆積堵塞發生的概率；同時，可在高螺旋葉片上設置通氣孔，實現壓風鑽進，擴展了鑽杆的功能。本發明設計新穎，通過鑽杆截面形狀的創新，改變了鑽孔內排渣空間特徵，提高了排渣效率，克服了常規螺旋鑽杆鑽進深度淺、鑽進效率低及鑽孔事故頻發等問題，尤其適應于堅固性係數0.5<fsS1的軟硬複合煤層。
【專利說明】用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆
【技術領域】
[0001]本發明屬於煤礦複雜條件煤層鑽探工程【技術領域】，具體涉及一種用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆。
【背景技術】
[0002]瓦斯抽採是保障瓦斯礦井安全開採、實現瓦斯綜合利用的前提。受煤層地質條件及現有鑽孔施工技術限制，複雜條件煤層鑽進技術是國內外公認的難題。由於我國很多礦區煤層為典型的軟硬複合煤層，相比強度很低的鬆軟煤層，儘管鑽孔的穩定性有所改善，但受地應力、瓦斯壓力、構造應力及鑽杆擾動作用等因素影響，局部鑽孔容易形成「鑽穴」，致使鑽孔堵塞，很多鑽孔難以達到設計深度。當前，圓鑽杆與螺旋鑽杆是最為常用的鑽杆，兩種鑽杆在實際應用中存在著諸多問題。圓鑽杆以流體為排渣動力源，在條件較好的煤層實現效果較好，在軟硬複合煤層施工鑽孔時，鑽進深度淺，鑽進效率低；相比圓鑽杆，應用螺旋鑽杆，煤塵小，但應用於硬複合煤層鑽進時，鑽孔的排渣效率低，鑽機動力損耗大，卡鑽、吸鑽及斷鑽現象頻繁，應用效果較差。因此，有必要開發一種新型鑽杆，解決常規鑽具在軟硬複合煤層鑽孔施工中存在的技術問題。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有技術中的不足之處，結合現有螺旋鑽杆在使用中存的問題，通過鑽杆截面形狀的創新，改變了鑽孔內排渣空間和鑽屑的運移特徵，提高了鑽杆的排渣效率，有利於克服常規螺旋鑽杆鑽進深度淺、鑽進效率低及鑽孔事故頻發等技術問題。
[0004]為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案:用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，包括高螺旋葉片、低螺旋葉片、鑽杆體，所述高螺旋葉片、低螺旋葉片固定在在鑽杆體上。
[0005]所述的高螺旋葉片，其葉片結構設計為無通氣孔或設置通氣孔兩種方式。
[0006]所述的低螺旋葉片，其葉片高度低於高螺旋葉片高度，高螺旋葉片高度為低螺旋葉片高度的2?10倍。
[0007]所述的鑽杆體由凹接頭、中間杆體、凸接頭組成，凹接頭和凸接頭連接於中間杆體的兩端，凹接頭和凸接頭設計為螺紋連接或插接式連接。
[0008]採用上述結構，通過改變螺旋葉片結構，調整高螺旋葉片、低螺旋葉片的高度比，是否在高螺旋葉片上設置通氣孔，將鑽杆體設計為中空結構或實芯結構，從而改變鑽杆的排渣方式，形成不同類型鑽杆。通過在鑽杆體上設置葉片高度不同的螺旋葉片，鑽杆最大外徑切線沿軸向形成周期性高低起伏狀態。鑽進過程中，鑽孔中鑽杆周邊形成間隔高低起伏式排渣空間，使鑽屑運移處於不斷波動狀態，不易堆積，減少了常規螺旋鑽杆葉片之間堆積堵塞發生的概率。將鑽杆體設計為中空結構，並在高螺旋葉片上設置通氣孔，可實現壓風鑽進，擴展了鑽杆的功能。可見，本發明用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，通過鑽杆截面形狀的創新，改變了鑽孔內排渣空間特徵，提高了排渣效率，克服了常規螺旋鑽杆鑽進深度淺、鑽進效率低及鑽孔事故頻發等問題，尤其適應于堅固性係數0.5<f^l的軟硬複合煤層，有利於提高軟煤巖鑽孔深度，提高鑽進及成孔率，值得在煤礦企業推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明實施例一的結構示意圖；
圖2是圖1的左視圖；
圖3是本發明實施時排渣原理示意圖；
圖4是本發明實施例二的結構示意圖；
圖5是圖4的左視圖；
圖6是本發明實施例三的結構示意圖；
圖7是本發明實施例四的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]實施例一:如圖1、圖2所示，本發明的用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，包括高螺旋葉片1、低螺旋葉片2、鑽杆體3，所述高螺旋葉片1、低螺旋葉片2固定在在鑽杆體3上。高螺旋葉片1，其葉片結構設計為無通氣孔4或設置通氣孔4兩種方式。低螺旋葉片2，其葉片高度低於高螺旋葉片I高度，高螺旋葉片I高度為低螺旋葉片2高度的2?10倍。鑽杆體3由凹接頭7、中間杆體6、凸接頭5組成，凹接頭7和凸接頭5連接於中間杆體6的兩端，凹接頭7和凸接頭5設計為螺紋連接或插接式連接。
[0011]下面介紹一下本發明實施例一用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆鑽進原理:
常規螺旋鑽杆是通過螺旋葉片旋轉形成的摩擦力將鑽屑排出孔外，其動力源來自於鑽機。常規螺旋鑽杆應用於複雜條件煤層鑽進，鑽孔周邊煤體8變形嚴重，局部失穩破壞形成鑽孔堵塞時，葉片之間形成壓縮性堵塞，易形成葉片脫落，堵塞段更加難以疏通，致使鑽進效率低、卡鑽、斷鑽事故頻繁。
[0012]如圖3所示，採用本發明實施例一用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，通過改變螺旋葉片結構，調整高螺旋葉片1、低螺旋葉片2的高度比，鑽杆最大外徑切線沿軸向形成周期性高低起伏狀態。鑽進過程中，鑽孔中鑽杆周邊形成間隔高低起伏式排渣空間10，使鑽屑運移處於不斷波動狀態，不易堆積，減少了常規螺旋鑽杆葉片之間堆積堵塞發生的概率。將鑽杆體設計為中空結構，鑽杆體3連接起來，形成排渣通道9，並在高螺旋葉片上設置通氣孔4，可實現壓風鑽進，高螺旋葉片I上的通氣孔4之間形成排渣通道，氣流在葉片通氣孔4之間高速流通，可有效緩解鑽孔堵塞問題。
[0013]實施例二:如圖4、圖5所不，與實施例一不同的在於,改變了鑽杆接頭的連接方式，凹接頭12、凸接頭11設計為六方結構，一側設計銷釘孔13，凸接頭11上設置與銷釘孔13相對應的凹槽14。
[0014]實施例三:如圖6所示，與實施例一、實施例二不同的在於，改變了高螺旋葉片I上通氣孔4的截面形狀，在高螺旋葉片I的通氣孔4之間形成更大面積的排渣通道，能夠更加充分的發揮壓力輔助排渣效果，在鑽孔變形嚴重區域，更能發揮間隔變徑螺旋鑽杆在軟硬複合煤層中的鑽進效果。
[0015]實施例四:如圖7所示，與實施例一、實施例二、實施例三不同的在於，取消了高螺旋葉片I通氣孔4，當煤巖層較穩定，可考慮取消高螺旋葉片I通氣孔4，簡化鑽杆結構，降低了鑽杆的加工成本。
【權利要求】
1.用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，包括高螺旋葉片、低螺旋葉片、鑽杆體，其特徵在於:所述高螺旋葉片、低螺旋葉片固定在在鑽杆體上。
2.根據權利要求1所述的用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，其特徵在於:所述的高螺旋葉片，其葉片結構設計為設置通氣孔或無通氣孔兩種方式。
3.根據權利要求1所述的用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，其特徵在於:所述的低螺旋葉片，其葉片高度低於高螺旋葉片高度，高螺旋葉片高度為低螺旋葉片高度的2?10倍。
4.根據權利要求1所述的用於軟硬複合煤層鑽進間隔變徑螺旋鑽杆，其特徵在於:所述的鑽杆體由凹接頭、中間杆體、凸接頭組成，凹接頭和凸接頭連接於中間杆體的兩端，凹接頭和凸接頭設計為螺紋連接或插接式連接。
【文檔編號】E21B17/22GK104213853SQ201410519101
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年10月7日 優先權日:2014年10月7日
【發明者】王永龍 申請人:王永龍