CN103452475A - 一种煤矿井下松软破碎地层套管护孔成孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿井下松软破碎地层套管护孔成孔方法，该方法首先利用套管带动内置底扩钻头回转钻至特定深度后，下入打捞装置取出内置底扩钻头，利用套管护住已钻孔段，下小一级钻头施工余下设计孔段钻孔。采用该方法能减少冲洗介质对孔壁冲刷破坏，对已钻孔段孔壁有效支撑保护，减少因煤层破碎、瓦斯突出、岩层破碎等因素而引起塌孔事故，有效提高成孔率及钻孔深度，实现松软突出煤层瓦斯高效治理。

Description

一种煤矿井下松软破碎地层套管护孔成孔方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下钻进技术领域，尤其涉及一种煤矿井下松软破碎地层套管护孔成孔方法。

背景技术

煤矿井下松软破碎地层主要种类有松软突出煤层、松散破碎岩层、高应力软岩层，在这些地层中施工钻孔常出现塌孔卡钻事故而难成孔问题，其中在松软突出煤层钻进时，由于煤层稳定性差、瓦斯含量高而压力大，钻孔施工中容易出现喷孔、塌孔和卡钻等异常现象,导致钻孔成孔深度浅（一般不超过150m）、成孔率低、钻孔事故频发，严重制约了松软突出煤层高效抽采；此外钻进顶底板松散破碎岩层时，由于地层结构不稳定，在冲洗液冲刷作用下也极易发生塌孔卡钻情况；在高应力软岩层施工钻孔时，软岩自身强度较小，由于钻孔造成其孔壁围岩力学失衡，当软岩内部高应力大于软岩自身强度时，出现孔壁岩层成粒状不断塌落，造成钻孔塌孔卡钻而无法施工。因此，解决这类地层钻孔施工问题，提高钻进深度和成孔率，是松软破碎地层成孔技术关键。针对这类问题，目前一般采用干式螺旋钻进、常风压空气钻进、中风压空气钻进等钻进方法进行施工，相比于普通清水钻进，这些方法在一定程度上提高了钻孔深度和成孔率，降低了发生事故的风险，但是由于施工过程中整个孔段始终处于裸露状态，当局部孔段出现塌孔便无法继续钻进，这样就不可避免的存在很大的施工风险，即钻进过程中存在发生孔内事故的可能，同时在施工完成后钻孔利用周期或利用效果难以保证。

发明内容

本发明的目的在于基于上述问题，提供一种煤矿井下松软破碎地层套管护孔成孔方法，有效提高钻孔成孔深度、成孔率并减少孔内事故。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种煤矿井下松软破碎地层套管护孔成孔方法，包括以下步骤：

步骤一，套管钻进

钻具组合包括套管1、套管靴3、内置底扩钻头，套管连接套管靴，从套管1内下入内置底扩钻头，内置底扩钻头伸出套管1外后，向上逆时针旋转使其在套管卡槽上固定，在给进压力作用下内置底扩钻头扩孔翼片7张开，钻头碎岩口径变大，套管1带动钻头回转钻进，采用风力排渣，切削下来的钻渣沿着套管1与孔壁之间的环空间隙返出孔外；

步骤二，打捞内置底扩钻头

当套管1钻进穿过松散破碎的地层11或达到预定位置后停钻，从套管内下入小直径钻杆9和与钻杆9连接的打捞装置10，向下顺时针旋转钻杆9使打捞装置10的公扣拧上内置底扩钻头打捞端8的母扣，当打捞装置10丝扣上紧后，向下顺时针旋转打捞装置10使内置底扩钻头脱离套管卡槽，提拉打捞装置10，使内置底扩钻头的扩孔翼片7在套管靴3内壁挤压作用下收缩至套管1内，从而使内置底扩钻头随打捞装置10一起退出孔外；

步骤三，下小一级钻头继续钻进

连接小直径钻杆9和小一级钻头12，从套管1内下入孔底，此时套管不回转，作为护孔装置稳定已钻孔段的孔壁，小直径钻杆9带动钻头12回转钻进至设计孔深；压缩空气从小直径钻杆9中心进入孔底，携带钻渣沿着钻杆9与孔壁间隙外返至套管靴3位置后，再沿着套管1与钻杆9之间环空间隙返出孔外。

有益效果

本发明的煤矿井下松软破碎地层钻孔施工的成孔方法的有益效果在于：

所述套管钻进时，套管起到钻杆的作用，带动钻头回转钻进从而使钻孔不断向前延伸，之后套管能够起到护孔的作用；

本发明的成孔方法降低了事故发生可能性和施工风险，提高施工钻孔深度，提高松软突出煤层工作面瓦斯治理效率；

既可满足复杂地层特殊钻孔要求，也可进行分级套管钻进方式进行施工，从而保证钻孔深度。

附图说明

图1是本发明的套管组合的结构示意图，图1a为主剖视图，图1b为图1a的A-A向视图，图1c为图1a的B-B向视图；

图2是本发明的内置底扩钻头的结构示意图，其中图2a为主剖视图，图2b为图2a的C-C向视图；

图3是本发明的小直径钻杆连接打捞装置的示意图；

图4是本发明的钻具组合安装连接的示意图，其中图4a为主剖视图，图4b为图4a的D-D向视图；

图5是步骤一钻具组合的钻进示意图；

图6是步骤二打捞内置底扩钻头的示意图，其中图6a是打捞装置扣紧内置底扩钻头的示意图，图6b是提拉打捞装置的示意图；

图7是步骤三套管内小一级钻头回转钻进的示意图。

图中，1为套管；2为套管连接装置；3为套管靴；4为套管连接装置的轴向导向槽；5为套管连接装置的旋转导向槽；6为内置底扩钻头的前端钻头；7为内置底扩钻头翼片；8为内置底扩钻头打捞端；9为小直径普通外平钻杆；10为打捞装置；11为松散破碎地层；12为小口径钻头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种煤矿井下松软破碎地层套管护孔成孔方法，包括以下步骤：

（1）套管钻进

钻具组合为套管1、套管连接装置2、套管靴3、内置底扩式钻头（由6、7、8组成），从套管1内下入内置底扩钻头，内置底扩钻头打捞端8的侧翼（见图1的B-B截面）沿套管连接装置2的轴向导向槽4下入并伸出套管外后，向上逆时针旋转内置底扩式钻头使内置底扩钻头打捞端8的侧翼沿着套管连接装置2的旋转导向槽5旋进套管连接装置2内卡槽内，从而固定在套管连接装置2上，在给进压力作用下内置底扩钻头扩孔翼片7张开（并用限位槽控制扩孔翼片张开角度），钻头碎岩口径变大，钻机的扭矩与压力载荷通过套管1传递到孔底的套管靴3、内置底扩式钻头（由6、7、8组成）回转碎岩钻进，排渣方式为风力排渣（适当喷水或水雾降尘），切削下来的钻渣沿着套管与孔壁之间的环空间隙返出孔外。套管钻进穿过松散破碎地层11或达到预定位置后停钻。

（2）打捞内置底扩式钻头

当套管钻进穿过松散破碎地层11或达到预定位置后停钻后，继续来回活动套管1，排净孔内钻渣，再将钻头提离孔底1～2m，计算出内置底扩钻头上端离孔口距离，以便确定下打捞钻杆长度。小口径钻杆9连接打捞装置10，从套管1内下入打捞装置10，当下入相应长度钻杆9至孔底受阻时，向下顺时针旋转钻杆使打捞装置公扣拧上内置底扩钻头打捞端8的母扣，当打捞装置丝扣上紧后，向下顺时针旋转振击使内置底扩钻头打捞端8的侧翼沿套管连接装置2旋转导向槽5脱离套管卡槽，提拉内置底扩钻头沿套管轴向导向槽4与套管连接装置2滑脱，继续提拉打捞装置，使内置底扩钻头的扩孔翼片7在套管靴3内壁挤压作用下收缩至套管1内，从而使内置底扩钻头随打捞装置一起退出孔外。

（3）下小一级钻具继续钻进

连接小直径的小口径钻杆9和钻头12，从套管1内下入孔底，此时套管不回转，作为护孔装置稳定已钻孔段的孔壁，小口径钻杆9带动钻头12回转钻进至设计孔深；压缩空气从钻杆9中心进入孔底，携带钻渣沿着钻杆9与孔壁间隙外返至套管靴3位置后，再沿着套管1与钻杆9之间环空间隙返出孔外。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种煤矿井下松软破碎地层套管护孔成孔方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一，套管钻进

采用的钻具组合包括套管（1）、套管靴（3）、内置底扩钻头，从套管（1）内下入内置底扩钻头，内置底扩钻头伸出套管（1）外后，向上逆时针旋转使其在套管卡槽上固定，在给进压力作用下内置底扩钻头扩孔翼片（7）张开，钻头碎岩口径变大，套管（1）带动钻头回转钻进，采用风力排渣，切削下来的钻渣沿着套管（1）与孔壁之间的环空间隙返出孔外；

步骤二，打捞内置底扩式钻头

当套管（1）钻进穿过松散破碎地层（11）或达到预定位置后停钻后，从套管内下入小直径钻杆（9）和与钻杆（9）连接的打捞装置（10），向下顺时针旋转钻杆（9）使打捞装置（10）的公扣拧上内置底扩钻头打捞端（8）的母扣，当打捞装置（10）丝扣上紧后，向下顺时针旋转打捞装置（10）使内置底扩钻头脱离套管卡槽，提拉打捞装置（10），使内置底扩钻头的扩孔翼片（7）在套管靴（3）内壁挤压作用下收缩至套管（1）内，从而使内置底扩钻头随打捞装置（10）一起退出孔外；

步骤三，下小一级钻头继续钻进

连接小直径钻杆（9）和小一级钻头（12），从套管（1）内下入孔底，此时套管不回转，作为护孔装置稳定已钻孔段的孔壁，小直径钻杆（9）带动钻头（12）回转钻进至设计孔深；压缩空气从小直径钻杆（9）中心进入孔底，携带钻渣沿着钻杆（9）与孔壁间隙外返至套管靴（3）位置后，再沿着套管（1）与钻杆（9）之间环空间隙返出孔外。

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