CN102839927A - 高压水密封双动力螺旋钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在松软煤层中钻孔作业和水力割缝的钻杆，尤其是一种高压水密封双动力螺旋钻杆。高压水密封双动力螺旋钻杆主体由公接头、杆体、母接头依次焊接而成，并在公接头、杆体、母接头的外周焊接螺旋叶片。该钻杆采用流体排渣（风力排渣或水力排渣）和机械排渣双动力结合，螺旋叶片截面形状为矩形倒直角成的五边形，在钻孔时可实现对大颗粒煤渣的研磨作用，置于公接头直轴段的密封圈与下一钻杆母接头直轴孔段的轴面紧密接触实现径向密封，与旋紧的锥螺纹共同作用下可承受50MPa的高压水而不发生泄漏。本发明的高压水密封双动力螺旋钻杆设计合理、结构简单、易于加工、成本低廉、安全可靠、排渣效果好、钻孔深度深、作业效率高。

Description

高压水密封双动力螺旋钻杆

技术领域

本发明涉及一种应用在软弱煤层中钻孔作业和水力割缝的钻杆，尤其是一种高压水密封双动力螺旋钻杆。

背景技术

现有普通的螺旋钻杆螺旋叶片厚而窄，虽然在钻孔施工过程中具有良好的排渣效果，但螺旋钻杆旋转阻力大，容易发生钻杆折断的情况，只适用于比较简单的地层，并且螺旋钻杆拧卸比较麻烦，通常只能人工手动拧卸，难于采用快速拧卸装置进行拧卸，从而使施工效率低、材料及人工投入大。

利用高压水力割缝在低透气性煤体中钻深孔、割缝能够增大煤层瓦斯涌出自由面，促使煤体大范围快速卸压，提高煤层透气性。现有用于水力割缝的高压水密封钻杆为外平式，排渣方式为流体排渣。钻杆在钻进过程中，钻头在前方破煤打开通道，外平式钻杆虽对煤渣没有向外带动作用，但是外平式钻杆阻力小，对维护孔壁有很好的效果，排渣通道相对较大有利于煤渣排除，但以水为动力排渣的光面钻杆在松软煤层钻进时，水使煤体产生软化和膨胀，容易形成塌孔，流体排渣通道被塌孔聚集的煤渣封堵，流体排渣很快失效，继续钻进必然引起卡钻夹钻，旋转退钻时又容易引起钻孔燃烧。可见单一动力排渣方式的高压水密封钻杆难以满足松软煤层高效深孔钻进的要求。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种以流体动力排渣（风排或水排）为主、以钻机旋转动力为辅的双动力螺旋钻杆。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种高压水密封双动力螺旋钻杆，由公接头、杆体、母接头、螺旋叶片四部分依次连接组成，使用摩擦焊将其焊接成一体。

所述公接头与下一钻杆母接头连接的连接端依次由直轴段和外锥螺纹连接组成，所述公接头直轴段设置有一环形沟槽，沟槽内设置有O型密封圈。

所述钻杆连接后公接头直轴段轴面与下一钻杆母接头直轴孔段轴面适度挤压O型密封圈形成径向密封，公接头的外锥螺纹和下一钻杆母接头的内锥螺纹旋紧连接。

所述公接头和母接头螺纹型式为正旋锥螺纹，锥度为1:8，螺距为5.08mm（每英寸5牙）；

所述螺旋叶片薄而宽，叶片厚度H在4mm到6.5mm之间，叶片宽度D在7mm到10mm之间，螺距S在80mm到90mm之间。

所述螺旋叶片截面形状为由矩形倒直角而形成的五边形，倒角长度在2mm到4mm之间。

所述螺旋叶片旋向为正螺旋。

本发明的有益效果是：

1．与一般的高压水密封钻杆相比，实现了双动力排渣。

2．与一般的螺旋钻杆相比，其螺旋叶片厚度较薄，一旦发生卡钻，退钻较容易。

3．与一般的螺旋钻杆相比，其螺旋叶片宽度较宽，便于夹持器夹持，拧卸方便。

4．与一般的螺旋钻杆相比，其螺旋叶片截面形状为五边形（矩形倒直角），在钻孔时可实现对大颗粒煤渣的研磨作用。

5．与一般的仅靠锥螺纹密封的钻杆相比，其承受水的压力由原来的0.5~3MPa提高到现在的50MPa。

   因此，本发明的高压水密封双动力螺旋钻杆设计合理、结构简单、易于加工、成本低廉、安全可靠、排渣效果好、钻孔深度深、作业效率高。

附图说明

图1为本发明钻杆结构示意图；

图2为本发明公接头轴向剖面图；

图3为本发明母接头轴向剖面图；

图4为本发明螺旋叶片结构示意图；

图中：1.公接头2.母接头3.杆体4.螺旋叶片1-1.公接头外锥螺纹1-2.公接头直轴段1-3.公接头环形沟槽2-1.母接头内锥螺纹2-2.母接头直孔段。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

参见图1，该双动力螺旋钻杆杆体外径φ₁为50mm，杆体内径φ₂为34mm，长度L为1000mm，由公接头1、杆体3、母接头2和螺旋叶片4依次连接组成，使用摩擦焊将其焊接成一体，所述公接头1与下一钻杆母接头2连接的连接端依次由直轴段1-2和外锥螺纹1-1连接组成；所述母接头2与上一钻杆公接头1连接的连接端依次由直轴孔段2-2和内锥螺纹2-1连接组成。公接头的外锥螺纹1-1和母接头的内锥螺纹2-1螺纹型式为正旋锥螺纹，锥度为1:8，螺距为5.08mm（每英寸5牙）。公接头直轴段1-2设置环形沟槽1-3，其宽度为3.8mm，深度为2.75mm，O型密封圈置于环形沟槽内，钻杆连接后公接头直轴段1-2轴面和母接头直孔段2-2轴面适度挤压O型密封圈，实现径向密封，公接头1的外锥螺纹1-1和下一钻杆母接头2的内锥螺纹2-1旋紧连接。螺旋叶片4叶片薄而宽，厚度H在4mm到6.5mm之间，宽度D在7mm到10mm之间，螺距S在80mm到90mm之间，叶片旋向为正螺旋，叶片截面形状为五边形（矩形倒直角），倒角长度d在2mm到4mm之间。

针对松软煤层进行的钻孔作业和水力割缝，采用流体排渣（风力排渣或水力排渣）和机械排渣双动力结合。其排渣机理为：钻孔作业过程采用风力排渣和机械排渣双动力结合，井下钻机驱动钻杆和钻头旋转钻进，利用矿井压风系统产生的压缩空气，经过钻杆中心孔、钻头进入钻孔孔底，在孔内形成高速风流，将钻屑排出孔口，从而实现风力排渣并冷却钻头，在钻进的同时，旋转的螺旋叶片起辅助排渣作用，相邻凸棱条之间形成螺旋输送槽，螺旋叶片截面形状为矩形倒直角边，倒角形成的斜面与钻孔壁面夹角为45°，在螺旋叶片旋转钻进时，叶片的轴向运动使斜面与钻孔壁面之间的煤渣受到挤压力，叶片的旋转运动使斜面与钻孔壁面之间的煤渣受到摩擦力，两个力共同作用下可实现对大颗粒煤渣的研磨作用；钻孔作业完成之后进行水力割缝，水力割缝过程采用水力排渣和机械排渣双动力结合，利用井下高压泵产生的高压水，一部分经过钻杆中心孔、钻头进入钻孔孔底，在孔内形成高速水流，将钻屑排出孔口，从而实现排渣并冷却钻头，旋转的螺旋叶片起辅助排渣作用，同时另一部分水经过钻杆中心孔、切缝器，产生高压水射流进行水力割缝，当割缝完成一定长度后，通过增加或卸掉1根或几根高压水密封螺旋钻杆，继续进行割缝，直到穿过整个煤层段钻孔，完成本次钻孔割缝作业。

在钻孔不堵塞的情况下，本螺旋钻杆正常钻进，钻头钻落的渣体被中心孔提供的流体排出钻孔，螺旋叶片起辅助排渣作用；在钻孔堵塞的情况下，流体排渣作用暂时失效，螺旋叶片的排渣功能将堵塞的钻孔疏通，恢复流体排渣通道的畅通。

Claims (5)

1.一种高压水密封双动力螺旋钻杆，其特征在于：所述高压水密封双动力螺旋钻杆由公接头(1)、杆体(3)、母接头(2) 依次焊接而成，并在公接头(1)、杆体(3)、母接头(2)的外周焊接螺旋叶片(4)；所述螺旋叶片(4)薄而宽，叶片厚度H在4mm到6.5mm之间，叶片宽度D在7mm到10mm之间，螺距S在80mm到90mm之间。

2.根据权利要求1所述的高压水密封双动力螺旋钻杆，其特征在于，所述螺旋叶片(4)截面为由矩形倒直角而形成的五边形，倒角长度d在2mm到4mm之间。

3.根据权利要求1或2所述的高压水密封双动力螺旋钻杆，其特征在于，所述螺旋叶片(4)旋向为正螺旋。

4.根据权利要求3所述的高压水密封双动力螺旋钻杆，其特征在于，所述公接头(1)与下一钻杆母接头(2)连接的连接端依次由直轴段（1-2）和外锥螺纹（1-1）连接组成，公接头直轴段(1-2)设置有一环形沟槽（1-3），沟槽内设置有O型密封圈，所述钻杆连接后公接头(1)的直轴段(1-2)轴面与下一钻杆母接头(2)的直轴孔段(2-2)轴面适度挤压O型密封圈形成径向密封，公接头(1)的外锥螺纹(1-1)和下一钻杆母接头(2)的内锥螺纹(2-1)旋紧连接。

5.根据权利要求4所述的高压水密封双动力螺旋钻杆，其特征在于，所述公接头(1)和母接头(2)螺纹型式为正旋锥螺纹。

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