CN103603652B - 一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置 - Google Patents
一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，它包括钻头、封隔器、钻杆、接头和胶管，其中，钻头与封隔器、钻杆和接头的一端依次同轴紧固连接，胶管从接头另一端的端面插入至钻杆的另一端端面后连通封隔器。沿钻头的柄部和工作部分开设一出水口。封隔器包括中空管、螺母、两导向套、前芯头、后芯头、两扣头、膨胀胶管、钻杆接头和管接头。钻杆包括钻杆前接头、中空轴和钻杆后接头，接头包括中空轴、固定环、螺钉和进水套。胶管的一端紧固连接一螺母，胶管从接头的另一端面插入至钻杆的一端后通过螺母与管接头的另一端连接，胶管的另一端与接头的中空轴采用一密封塞密封，密封塞采用一螺母锁紧。本发明根据钻孔的深度连接多根钻杆和胶管。
Description
技术领域
本发明涉及一种注水测试装置，特别是关于一种用于测试煤矿井下任意方向不同深度处的煤岩层裂隙发育情况的随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置。
背景技术
准确获取能够反映岩体或煤体裂隙发育情况的参数，诸如透水性、透气性等，仅仅依靠数学计算方法是无法实现的，唯一方法是现场实测。钻孔注水试验是现场实测的其中一种方法，它是将水压入用封隔器隔离的一定长度的孔段内，然后观测其压力与流量的变化，根据压力与流量的变化反应岩体或煤体裂隙发育情况。
目前，国内外钻孔注水试验普遍采用的是先钻孔，然后将封隔器放入孔中指定的位置进行封孔注水。这种方法存在效率低、工艺复杂、劳动强度大以及如遇塌孔或缩孔封隔器无法放置到指定位置而无法进行注水试验等缺点。现有的随钻注水测试装置，如公开号为“CN202039837U”的专利“绳索取芯钻进不起钻钻孔压水试验装置”、公开号为“CN201747350U”的专利“孔径75mm绳索取芯钻孔不起钻压水试验的装置”以及公开号为“CN203164441U”的专利“轻便式气囊隔离随钻压水试验器”都属于绳索取芯钻进技术，仅适用于在垂直向下的钻孔中进行注水试验。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、劳动强度低、操作方便、测试迅速、无缠绕、无塌孔或缩孔现象发生以及可在不同深度任意方向进行试验的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：它包括一钻头、一封隔器、一钻杆、一接头和一胶管；其中，所述钻头与所述封隔器、钻杆和接头的一端依次同轴紧固连接，所述胶管从所述接头另一端的端面插入至所述钻杆的另一端端面后连通所述封隔器；其中，沿所述钻头的柄部和工作部分开设一出水口；所述封隔器包括一中空管、一螺母、两导向套、一前芯头、一后芯头、两扣头、一膨胀胶管、一钻杆接头和一管接头；所述中空管的一端同轴紧固连接所述钻头的柄部，所述螺母过盈配合在所述中空管的一端，两所述导向套顺序套设在所述螺母一端的所述中空管上；所述前芯头的内腔呈前粗后细的阶梯状，其一端套装在两所述导向套外并与所述螺母的一端外壁旋接，另一端则过盈配合在所述中空管上；所述后芯头过盈配合在所述中空管的另一端外壁，所述膨胀胶管的两端分别通过所述扣头紧固连接在所述前芯头和后芯头的外壁上，且所述膨胀胶管与中空管之间形成一密闭的膨胀腔，所述后芯头的侧壁上沿轴向开设一连通所述膨胀腔的通槽；所述钻杆接头的一端同轴紧固连接所述中空管的另一端，所述钻杆接头前、后两端沿其轴线各开设一盲孔，所述钻杆接头上开设一连通所述通槽与其后端盲孔的倾斜通孔，所述钻杆接头上还开设一连通其前端盲孔的第一通孔；所述管接头的一端同轴旋接所述钻杆接头后端的盲孔且连通所述倾斜通孔，所述管接头为中空结构；所述钻杆包括一钻杆前接头、一中空轴和一钻杆后接头，其中，所述钻杆前接头的一端同轴紧固连接所述钻杆接头，另一端依次同轴紧固所述中空轴和钻杆后接头；所述钻杆前接头和钻杆后接头均为中空结构；所述接头包括一中空轴、一固定环、一螺钉和一进水套，所述中空轴的一端同轴紧固连接所述钻杆后接头的另一端，所述中空轴的另一端外壁设置一定位凸缘，沿所述定位凸缘向所述中空轴的一端依次套设所述进水套和防止进水套轴向窜动的固定环，所述进水套上端径向开设一第二通孔作为进水口，所述中空轴与进水口对应的位置径向开设一第三通孔，所述固定环的一端径向设置用于锁紧所述固定环的螺钉；所述胶管的一端紧固连接一螺母，所述胶管从所述接头的另一端面插入至所述钻杆的一端后通过所述螺母与管接头的另一端连接；所述胶管的另一端与所述接头的中空轴采用一密封塞密封，所述密封塞采用一螺母锁紧；所述胶管、管接头、倾斜通孔、槽和膨胀腔构成输送乳化液的通道；所述进水口、第三通孔、接头的中空轴、钻杆后接头、钻杆的中空轴、钻杆前接头、第一通孔、中空管和出水口构成输送水的另一通道；根据钻孔的深度连接多根所述钻杆和胶管。
所述钻头的柄部与所述中空管、所述钻杆接头与所述钻杆前接头以及钻杆后接头与所述接头的中空轴一端均采用螺纹同轴紧固连接，且所述钻杆接头与钻杆前接头以及所述钻杆后接头与所述接头的中空轴一端的连接处均采用密封垫密封。
所述中空管、后芯头与钻杆接头的接触端头均采用焊接紧固；所述前芯头、后芯头和膨胀胶管以及膨胀胶管和扣头均采用扣压的方式紧固连接，所述膨胀胶管采用钢丝膨胀胶管。
两所述导向套之间采用O型密封圈密封，所述钻杆接头和管接头的旋接端头采用一组合密封垫密封。
所述中空管外壁、前芯头内壁与两导向套均采用间隙配合，通过调节所述中空管一端的螺母调整所述O型密封圈的密封性能，以防止O型密封圈因磨损而泄露。
所述钻杆前接头、钻杆后接头与所述钻杆的中空轴的接触端头采用焊接紧固连接。
所述接头的中空轴与进水套间隙配合，所述进水套内壁前后两端与所述中空轴外壁之间采用两O型密封圈密封。
所述密封塞为两半圆锥形式的橡胶密封塞；所述接头另一端的螺母和接头的中空轴内壁设置一防止拧紧所述螺母时压坏所述密封塞的垫片；所述垫片为两半圆环构成。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明适用于对煤矿井下任意方向不同深度处的煤岩层裂隙发育情况进行钻孔分段注水测试，钻孔后不需要将钻杆从孔中取出再送入封隔器进行注水试验，从而减轻了劳动强度，避免了因塌孔、缩孔无法送入封隔器对注水试验的影响，提高了注水试验的可靠性和成功率，可实现快速进行钻孔注水试验，本发明结构简单，操作方便，易于推广应用，有较高的应用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是图1的Ⅰ局部放大示意图
图3是本发明的橡胶密封塞的结构示意图
图4是图3的俯视示意图
图5是本发明的垫片的结构示意图
图6是图5的俯视示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，需要说明的是，下文中的“前端”、“后端”均针对于流体的流动方向来定义，其中“前端”指迎着来流方向的一端，“后端”指背离来流方向的一端。
如图1所示，本发明包括一钻头1、一封隔器2、一钻杆3、一接头4和一胶管5。其中，钻头1、封隔器2、钻杆3和接头4依次同轴螺纹紧固连接，胶管5从接头4的后端面插入至钻杆3的前端面后连通封隔器2。
钻头1柄部的后端至前端依次同轴开设一螺纹孔和一光孔，并沿钻头1工作部分开设一连通螺纹孔和光孔的斜孔，斜孔、光孔和螺纹孔构成出水口1-0。
封隔器2包括一中空管2-0、一螺母2-1、两导向套2-2、一前芯头2-4、一后芯头2-5、两扣头2-6、一膨胀胶管2-7、一钻杆接头2-8和一管接头2-10。其中，中空管2-0的前端设置有用于连接钻头1柄部内螺纹的外螺纹，螺母2-1过盈配合在中空管2-0前端，两导向套2-2顺序套设在螺母2-1后端的中空管2-0上。前芯头2-4的内腔呈前粗后细的阶梯状，其前端套装在两导向套2-2外并与螺母2-1后端外壁螺纹连接，后端则过盈配合在中空管2-0上。后芯头2-5过盈配合在中空管2-0的后端外壁上，膨胀胶管2-7的两端分别通过扣头2-6扣装在前芯头2-4后端外壁和后芯头2-5外壁上，且膨胀胶管2-7与中空管2-0之间形成一密闭的膨胀腔2-13，后芯头2-5的侧壁上沿轴向开设一连通膨胀腔2-13的通槽2-14。钻杆接头2-8前端同轴插设在中空管2-0的后端，中空管2-0、后芯头2-5与钻杆接头2-8接触处均采用焊接紧固。钻杆接头2-8的前、后两端沿其轴线各开设有一盲孔，钻杆接头2-8的上部开设一连通通槽2-14与其后端盲孔的倾斜通孔2-15，钻杆接头2-8的下部开设一连通其前端盲孔的通孔2-12。管接头2-10的前端轴向旋接在钻杆接头2-8后端并与其后端的盲孔相连通，管接头2-10的后端悬空，管接头2-10为中空结构。
在上述实施例中，如图1、图2所示，两导向套2-2之间采用O型密封圈2-3密封，钻杆接头2-8和管接头2-10的旋接端头采用一组合密封垫2-11密封。
在上述实施例中，中空管2-0外壁、前芯头2-4内壁与两导向套2-2均采用间隙配合，通过调节螺母2-1调整O型密封圈2-3的密封性能，以防止O型密封圈2-3因磨损而泄露。
在上述实施例中，膨胀胶管2-7采用钢丝膨胀胶管，膨胀胶管2-7与前芯头2-4、后芯头2-5和两扣头2-6采用扣压的方式装配。
如图1所示，钻杆3包括一钻杆前接头3-0、一中空轴3-1和一钻杆后接头3-2，其中，钻杆前接头3-0前端与钻杆接头2-8螺纹连接，钻杆前接头3-0后端则与中空轴3-1和钻杆后接头3-2依次同轴紧固连接，钻杆前接头3-0和钻杆后接头3-2均为中空结构。
接头4包括一中空轴4-0、一固定环4-1、一螺钉4-2和一进水套4-3。中空轴4-0的前端同轴紧固旋接钻杆后接头3-2的后端，中空轴4-0的后端外壁设置一定位凸缘，沿定位凸缘向中空轴4-0的前端依次套设进水套4-3和防止进水套4-3轴向窜动的固定环4-1，进水套4-3上端径向开设一通孔作为进水口4-8，中空轴4-0与进水口4-8对应的位置径向开设另一通孔4-9，固定环4-1的上端径向设置用于锁紧固定环4-1的螺钉4-2。
在上述实施例中，中空轴3-1与钻杆前接头3-0的后端、钻杆后接头3-2的前端均采用焊接紧固。
在上述实施例中，钻杆前接头3-0和钻杆接头2-8以及钻杆后接头3-2和中空轴4-0接触端头均采用密封垫9密封。
在上述实施例中，中空轴4-0与进水套4-3间隙配合，进水套4-3内壁前后两端与中空轴4-0外壁之间采用两O型密封圈4-4密封，在钻井时，进水套4-3不动，而接头4上的其余零部件随钻杆3一起转动。
如图1所示，胶管5的前端紧固连接一螺母5-0，胶管5从接头4的后端面插入至钻杆3的前端面后通过螺母5-0与封隔器2中的管接头2-10的后端螺纹连接。胶管5的后端与中空轴4-0采用一密封塞6密封，密封塞6采用一螺母7锁紧。
在上述实施例中，螺母7和中空轴4-0内壁设置一防止拧紧螺母7时压坏密封塞6的垫片8。
如图3～图6所示，密封塞6为两半圆锥构成橡胶密封塞，垫片8为两半圆环构成。目的是使密封塞4-5和垫片4-6能够插入到中空轴4-0和胶管5之间。
如图1所示，胶管5、管接头2-10、倾斜通孔2-15、槽2-14和膨胀腔2-13构成输送乳化液的通道Ⅰ。进水口4-8、通孔4-9、中空轴4-0、钻杆后接头3-2、中空轴3-1、钻杆前接头3-0、通孔2-12、中空管2-0和出水口1-0构成输送水的通道Ⅱ。本发明可根据钻孔的深度连接多根钻杆3和胶管5。
下面详细说明本发明的使用流程：
钻孔时，将钻头1、封隔器2、钻杆3、胶管5、接头4和钻孔用供水管(图中未示出)连接好后，开始钻孔。钻孔过程中通过通道Ⅱ提供冷却水，随着钻孔深度的增加，不断增加连接钻杆3和胶管5，当钻到需要进行注水试验段处停钻。注水试验前，首先在胶管5的后端接上手动试压泵(图中未示出)，由通道Ⅰ向膨胀腔2-13输入乳化液，乳化液使膨胀胶管2-7膨胀以封闭孔。孔封闭后，将一定压力的水通过通道Ⅱ输送至被封闭的孔中，通过流量计可测出孔内注水段水的泄漏量，按照测试深度范围，继续向前钻进、封隔、测试，即可完成测试范围内煤岩体裂隙发育情况。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：它包括一钻头、一封隔器、一钻杆、一接头和一胶管；其中，所述钻头与所述封隔器、钻杆和接头的一端依次同轴紧固连接，所述胶管从所述接头另一端的端面插入至所述钻杆的另一端端面后连通所述封隔器；
其中，沿所述钻头的柄部和工作部分开设一出水口；所述封隔器包括一中空管、一螺母、两导向套、一前芯头、一后芯头、两扣头、一膨胀胶管、一钻杆接头和一管接头；所述中空管的一端同轴紧固连接所述钻头的柄部，所述螺母过盈配合在所述中空管的一端，两所述导向套顺序套设在所述螺母一端的所述中空管上；所述前芯头的内腔呈前粗后细的阶梯状，其一端套装在两所述导向套外并与所述螺母的一端外壁旋接，另一端则过盈配合在所述中空管上；所述后芯头过盈配合在所述中空管的另一端外壁，所述膨胀胶管的两端分别通过所述扣头紧固连接在所述前芯头和后芯头的外壁上，且所述膨胀胶管与中空管之间形成一密闭的膨胀腔，所述后芯头的侧壁上沿轴向开设一连通所述膨胀腔的通槽；所述钻杆接头的一端同轴紧固连接所述中空管的另一端，所述钻杆接头前、后两端沿其轴线各开设一盲孔，所述钻杆接头上开设一连通所述通槽与其后端盲孔的倾斜通孔，所述钻杆接头上还开设一连通其前端盲孔的第一通孔；所述管接头的一端同轴旋接所述钻杆接头后端的盲孔且连通所述倾斜通孔，所述管接头为中空结构；
所述钻杆包括一钻杆前接头、一中空轴和一钻杆后接头，其中，所述钻杆前接头的一端同轴紧固连接所述钻杆接头，另一端依次同轴紧固所述中空轴和钻杆后接头；所述钻杆前接头和钻杆后接头均为中空结构；
所述接头包括一中空轴、一固定环、一螺钉和一进水套，所述中空轴的一端同轴紧固连接所述钻杆后接头的另一端，所述中空轴的另一端外壁设置一定位凸缘，沿所述定位凸缘向所述中空轴的一端依次套设所述进水套和防止进水套轴向窜动的固定环，所述进水套上端径向开设一第二通孔作为进水口，所述中空轴与进水口对应的位置径向开设一第三通孔，所述固定环的一端径向设置用于锁紧所述固定环的螺钉；
所述胶管的一端紧固连接一螺母，所述胶管从所述接头的另一端面插入至所述钻杆的一端后通过所述螺母与管接头的另一端连接；所述胶管的另一端与所述接头的中空轴采用一密封塞密封，所述密封塞采用一螺母锁紧；
所述胶管、管接头、倾斜通孔、通槽和膨胀腔构成输送乳化液的通道；所述进水口、第三通孔、接头的中空轴、钻杆后接头、钻杆的中空轴、钻杆前接头、第一通孔、中空管和出水口构成输送水的另一通道；根据钻孔的深度连接多根所述钻杆和胶管。
2.如权利要求1所述的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：所述钻头的柄部与所述中空管、所述钻杆接头与所述钻杆前接头以及钻杆后接头与所述接头的中空轴一端均采用螺纹同轴紧固连接，且所述钻杆接头与钻杆前接头以及所述钻杆后接头与所述接头的中空轴一端的连接处均采用密封垫密封。
3.如权利要求1所述的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：所述中空管、后芯头与钻杆接头的接触端头均采用焊接紧固；所述前芯头、后芯头和膨胀胶管以及膨胀胶管和扣头均采用扣压的方式紧固连接，所述膨胀胶管采用钢丝膨胀胶管。
4.如权利要求2所述的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：所述中空管、后芯头与钻杆接头的接触端头均采用焊接紧固；所述前芯头、后芯头和膨胀胶管以及膨胀胶管和扣头均采用扣压的方式紧固连接，所述膨胀胶管采用钢丝膨胀胶管。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：两所述导向套之间采用O型密封圈密封，所述钻杆接头和管接头的旋接端头采用一组合密封垫密封。
6.如权利要求5所述的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：所述中空管外壁、前芯头内壁与两导向套均采用间隙配合，通过调节所述中空管一端的螺母调整所述O型密封圈的密封性能，以防止O型密封圈因磨损而泄露。
7.如权利要求1或2或3或4所述的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：所述钻杆前接头、钻杆后接头与所述钻杆的中空轴的接触端头采用焊接紧固连接。
8.如权利要求1或2或3或4所述的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：所述接头的中空轴与进水套间隙配合，所述进水套内壁前后两端与所述中空轴外壁之间采用两O型密封圈密封。
9.如权利要求1或2或3或4所述的一种随钻封隔煤岩裂隙注水测试装置，其特征在于：所述密封塞为两半圆锥形式的橡胶密封塞；所述接头另一端的螺母和接头的中空轴内壁设置一防止拧紧所述螺母时压坏所述密封塞的垫片；所述垫片为两半圆环构成。
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