CN103939009B - 无线随钻式空气快速钻进组合钻具 - Google Patents
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Abstract
一种无线随钻式空气快速钻进组合钻具，由钎头、冲击器、短接头A、下双向减震器、短接头B、无磁钻铤、短接头C、上双向减震器、短接头D和钻铤组成，所述钎头与冲击器的下端相连，所述冲击器的上端与下双向减震器的下端通过短接头A相连，所述下双向减震器的上端通过短接头B与无磁钻铤的下端相连，所述无磁钻铤的上端通过短接头C与上双向减震器的下端相连，上双向减震器的上端通过短接头D与钻铤的下端相连；无磁钻铤是由定向短节、仪器无磁钻铤、绝缘短节和电池无磁钻铤连接组成，本发明在硬-中硬岩层中钻进效率高，钻头寿命长，成孔质量好；显著减缓空气潜孔锤对电磁波随钻测斜仪器的震动，能有效提高煤矿井下应急救援的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及矿井钻探的技术领域，尤其涉及一种无线随钻式空气快速钻进组合钻具。
背景技术
矿井底下发生塌方、气体和粉尘爆炸、涌水等灾难性事故时，由于灾难现场的特殊性，救护队员无法从矿井巷道到达救灾现场实施救援工作时，可从地面快速施工钻孔确定被困人员的位置，通过钻孔通道向井下投放食物并输送新鲜空气等生活必需品，再施工救援通道提升被困人员。
常规水文水井和煤层气井施工中，钻具有的使用空气潜孔锤钻进，有的使用电磁波无线随钻测斜仪器配螺杆马达进行复合钻进，还有的使用常规钻杆、钻铤和牙轮钻头的泥浆回转钻进。
但在施工救援钻孔时，既要使钻具能适应复杂地层状况，又要保证高的钻进效率和精确度，高效、安全的完成救援钻孔施工，以提高救援成功率。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种无线随钻式空气快速钻进组合钻具，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线随钻式空气快速钻进组合钻具，其不仅实现了救援钻孔的高效和精确，也能有效提高矿井应急救援成功率。
为实现上述目的，本发明公开了一种无线随钻式空气快速钻进组合钻具，其特征在于：
由钎头、冲击器、短接头A、下双向减震器、短接头B、无磁钻铤、短接头C、上双向减震器、短接头D和钻铤组成，所述钎头位于底端，其上端与冲击器的下端相连，所述冲击器的上端与下双向减震器的下端通过短接头A相连，所述下双向减震器的上端通过短接头B与无磁钻铤的下端相连，所述无磁钻铤的上端通过短接头C与上双向减震器的下端相连，所述上双向减震器的上端通过短接头D与钻铤的下端相连；
所述的无磁钻铤是由定向短节、仪器无磁钻铤、绝缘短节和电池无磁钻铤连接组成，电磁波随钻测斜仪器串安装于无磁钻铤内。
其中：所述电磁波随钻测斜仪器外设有多个轴向间隔排列的扶正翼。
其中：所述多个扶正翼每隔0.5m间隔排列。
通过上述结构可知，本发明的无线随钻式空气快速钻进组合钻具实现了如下效果：空气潜孔锤在岩层，特别是在硬-中硬岩层中钻进效率高，钻头寿命长，成孔质量好；电磁波随钻测斜仪器可实时测量钻孔轨迹参数，保证钻孔的精确施工；上、下双向减震器和扶正翼可显著减缓空气潜孔锤对电磁波随钻测斜仪器的震动。本底部钻具组合能有效提高煤矿井下应急救援的成功率。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明无线随钻式空气快速钻进组合钻具的结构示意图；
附图标记：1.钎头，2.冲击器，3.短接头A，4.下双向减震器，5.短接头B，6.电磁波随钻测斜仪器串，7.扶正翼，8.无磁钻铤，9.短接头C，10.上双向减震器，11.短接头D，12.钻铤。
图2无磁钻铤的结构示意图；
附图标记：13.定向短节，14.仪器无磁钻铤，15.绝缘短节，16.电池无磁钻铤。
具体实施方式
参见图1和图2，显示了本发明的无线随钻式空气快速钻进组合钻具。
该无线随钻式空气快速钻进组合钻具由钎头1、冲击器2、短接头A3、下双向减震器4、短接头B5、无磁钻铤8、短接头C9、上双向减震器10、短接头D11和钻铤12组成，所述钎头1位于底端，其上端与冲击器2的下端相连，所述冲击器2的上端与下双向减震器4的下端通过短接头A3相连，所述下双向减震器4的上端通过短接头B5与无磁钻铤8下端相连，所述无磁钻铤8的上端通过短接头C9与上双向减震器10的下端相连，所述上双向减震器10的上端通过短接头D11与钻铤12的下端相连，所述钻铤12的上端可与上部钻杆柱相连。
由此可见，本申请中组合钻具的电磁波随钻测斜仪器串6安装于无磁钻铤8内，位于下双向减震器4和上双向减震器9之间。无磁钻铤8由定向短节13、仪器无磁钻铤14、绝缘短节15和电池无磁钻铤16组成，电磁波随钻测斜仪器串6安装于无磁钻铤8内。
其中，所述电磁波随钻测斜仪器外设有多个轴向间隔排列的扶正翼7，可选的是，所述多个扶正翼7每隔0.5m间隔排列，各扶正翼7紧贴无磁钻铤内壁，由于扶正翼的材料为橡胶，在正常钻进时可吸收空气潜孔锤对随钻测斜仪器的部分横向震动。
所述的底部钻具组合，下双向减震器、无磁钻铤、上双向减震器和钻铤的外径必须与所述钎头和冲击器直径匹配，满足施工需要。
所述的底部钻具组合，快速钻进时回转速度为20～30rpm。
所述的底部钻具组合，空气钻井时可以泵入少量水，水经雾化后能有效除尘并有利于电磁波信号的传输。
正常钻进过程中在钻杆下部某一位置加入一根绝缘短节，将信号源电压加到绝缘短节两侧的钻杆上，就形成了两个电极。由于地层是电阻性半导电体，相当于加载到两电极上的负载，这样钻杆与地层形成一个回路，使信号电流在回路中传导。电磁波随钻测量仪器将测量的信号分成两路传到地面接收装置，一路经过钻头和钻杆，另一路经过地层和地面接收天线。地面接收装置对接收到的信号进行处理后就能显示测量的各种参数。
在泥岩和砂岩层段施工时，正常12～15分钟钻进一根9.5m的钻杆，机械钻速达27.1～43.6m/h。在正常加接钻杆时，电磁波随钻测斜仪器可测量钻孔的井斜和方位角，不影响正常施工。钻孔钻至300m左右，井斜角仍在0.6°以内。钻孔施工结束提钻取出电磁波随钻测斜仪器后没有发现扶正翼、密封圈和仪器的磨损和破坏现象，通过监测软件测试后，仪器各部件均工作正常，说明仪器在空气潜孔锤钻进过程中，扶正翼和上、下双向减震器等各种减震措施都发挥了很好的减震作用。
实例：Ф311mm钻孔所用的快速钻进可随钻测斜的底部钻具组合
钻具组合从孔底往上依次为：Ф311mm钎头(0.2m)+DHD112冲击器(1.78m)+NC50短接头(0.4m)+Ф165mm下双向减震器(5.08m)+NC50短接头(0.4m)+Ф165mm定向短节(0.84m)+Ф165mm无磁钻铤(5.47m)+Ф165mm绝缘短节(1.18m)+Ф165mm无磁钻铤(5.47m)++Ф165mm上双向减震器(5.08m)+Ф165mm钻挺(9.92m)+Ф127mm钻杆(9.45m)。
作为比较，现有技术常用的回转钻进底部钻具组合有：
(1)Ф311mm牙轮钻头+630×410接头+NC50短接+Ф160mm双向减震器+Ф165mm无磁钻铤×2根+Ф165mm钻铤×10根+NC50短接+Ф127mm加重钻杆×6根+Ф127mm钻杆。
使用现有技术的牙轮钻头在中硬岩层钻进，加双向减震器后机械钻速有所增加，主要原因是减震器减缓了钻机动力头给压时的钻头跳动，从而大部分钻压能施加到牙轮钻头上，使其去除了岩石的压力增大，从而增大了钻速，同时，与不加减震器相比，消除了钻机动力头和钻具的跳动，大幅度降低对钻机动力头和钻具的损害。加双向减震器后的机械钻速为3m/h，较不加双向减震器时的0.8～2m/h有较大提高。
(2)Ф215.9mmPDC钻头+630×410接头+Ф165mm螺杆马达(弯头1.5°)+Ф165mm定向接头+Ф165mm无磁钻铤+Ф165mm绝缘短节+Ф165mm无磁钻铤+NC50短接+Ф165mm钻铤×4根+NC50短接+Ф127mm加重钻杆×6根+Ф127mm钻杆。
螺杆马达和PDC钻头在中硬岩层中进行复合钻进，配合电磁波无线随钻测斜仪器，机械钻速3～4m/h，并且可以实时测量钻孔的井斜和方位角。
本发明的钻具组合与实例(1)相比：增加了空气潜孔锤钻进，使用了电磁波无线随钻测斜仪器，同等条件下钻进速度大幅度提高，并且能实时测得钻孔参数。
本发明的钻具组合与实例(2)相比：增加了空气潜孔锤钻进，同等条件下钻进速度大幅度提高。
通过上述结构可知，本发明的无线随钻式空气快速钻进组合钻具具有如下优点：
空气潜孔锤在岩层，特别是在硬-中硬岩层中钻进效率高，钻头寿命长，成孔质量好；电磁波随钻测斜仪器可实时测量钻孔轨迹参数，保证钻孔的精确施工；上、下双向减震器和扶正翼可显著减缓空气潜孔锤对电磁波随钻测斜仪器的震动。本底部钻具组合能有效提高煤矿井下应急救援的成功率。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (2)
1.一种无线随钻式空气快速钻进组合钻具，其特征在于：
由钎头、冲击器、短接头A、下双向减震器、短接头B、无磁钻铤、短接头C、上双向减震器、短接头D和钻铤组成，所述钎头位于底端，其上端与冲击器的下端相连，所述冲击器的上端与下双向减震器的下端通过短接头A相连，所述下双向减震器的上端通过短接头B与无磁钻铤的下端相连，所述无磁钻铤的上端通过短接头C与上双向减震器的下端相连，所述上双向减震器的上端通过短接头D与钻铤的下端相连，所述钻铤的上端与上部钻杆柱相连；
所述的无磁钻铤是由定向短节、仪器无磁钻铤、绝缘短节和电池无磁钻铤连接组成，电磁波随钻测斜仪器串安装于无磁钻铤内；
所述电磁波随钻测斜仪器外设有多个轴向间隔排列的扶正翼。
2.如权利要求1所述的无线随钻式空气快速钻进组合钻具，其特征在于：所述多个扶正翼每隔0.5m间隔排列。
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