CN104088598B - 钻孔泄压式卡钻事故打捞工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔泄压式卡钻事故打捞工具及方法，该打捞工具包含圆筒状的壳体，壳体内设有贯穿所述壳体的传动轴，所述壳体的中部外缘设有第一凸台，以及一滑套，所述滑套的中部外缘设有第二凸台，所述第一凸台和第二凸台之间相互连接；所述传动轴的顶端与打捞钻具连接，另一端与导向体相连；所述导向体的最大外径与壳体相当，其一端与传动轴连接，另一端与打捞钻头连接，所述导向体靠近打捞钻头的一侧加工有倒角以进行导向，本发明既适用于常规钻具的打捞，又适用于定向钻具的打捞，既适用于煤层钻孔打捞，又适用于岩层钻孔打捞，适用范围广；打捞钻进作业采用高强度钻具，打捞能力强。

Description

钻孔泄压式卡钻事故打捞工具及方法

技术领域

本发明涉及一种近水平钻孔卡钻事故打捞工具及事故钻具打捞方法，其特点是通过邻近位置进行钻孔泄压的钻孔泄压式卡钻事故打捞工具及方法。

背景技术

目前，煤矿井下近水平钻孔被广泛应用于煤矿瓦斯治理、水害防治、地质勘探等技术领域，然而，由于煤系地层身构造、结构和力学的复杂特性，经常导致钻孔施工过程中卡钻事故频频发生，为安全生产和人身安全带来了极大的隐患，煤矿井下钻孔卡钻事故主要有孔壁坍塌卡钻、泥岩缩颈卡钻及钻屑沉积卡钻等类型，其中孔壁坍塌卡钻最为常见。根据卡钻事故类型不同，事故的处理方法也有所差异，目前，煤矿井下近水平钻孔卡钻事故处理常用的方法有：强力打捞、套铣打捞、采掘打捞、反丝丝锥打捞以及定向钻进中的强力拧断安全接手等。

其中，强力打捞法是：发生卡钻事故后，用钻机带动被卡住的钻具进行强力正向回转和起下钻，使钻具被卡位置(卡点)处岩屑产生松动从而实现解卡；该方法虽然操作简单、适用性强，可满足各类卡钻事故处理的需要；但是，由于这种方法采用强力打捞，对钻具的损害较大，容易造成钻具破坏，导致事故进一步恶化；尤其是在处理定向钻孔事故中，可能会导致孔底动力装置和随钻测量系统掉入孔内，造成巨大的经济损失。

而套铣打捞法是：发生卡钻事故后，使用套铣打捞钻具和打捞钻头，采用回转钻进工艺套取孔内事故钻具，打通卡钻部位阻塞，从而实现解卡；该方法可满足地层条件较好的孔壁坍塌卡钻以及钻屑沉积卡钻事故钻具打捞的需要，但是对于较破碎地层卡钻事故和泥岩缩径卡钻事故处理却无能为力，原因是这类复杂地层容易导致打捞钻具卡钻事故发生，造成事故进一步恶化；套铣打捞需要配套专用大通孔打捞钻具，成本较高；且钻杆具有薄壁和大通孔的特点，与常规钻杆相比，强度较低，不适于长钻孔事故钻具打捞；套铣打捞过程中需要频繁更换钻机卡瓦，乃至钻机动力头，辅助工作量大，套铣打捞钻进机械钻速偏低，综合打捞效率偏低。

采掘打捞法是：发生卡钻事故后，事故钻具位于采掘工作面范围内，在后期采掘活动中将事故钻具挖出；该方法打捞事故钻具要求事故钻具空间上必须位于采掘工作面内，导致应用范围窄；对于非采掘区域的事故钻具，采用这种方法打捞具有成本高、效率低等不足。

反丝丝锥打捞法是：发生卡钻事故后，首先通过钻机反转，使事故钻具从孔内某处松扣，然后提出松扣处至孔口段钻具，再下入反丝打捞丝锥和反丝钻杆，对孔内掉落钻具进行打捞；该方法采用反丝丝锥会对钻具造成毁坏，而且，一般也需要多次打捞才能完成事故处理，处理效率偏低、工作量大；还经常发生无法完全打捞出孔内的事故钻具的情况，对采掘作业带来安全隐患。

定向钻进中的强力拧断安全接手的事故处理方法是：在定向钻孔发生卡钻事故后，通过钻机强力回转，拧断连接在螺杆马达与随钻测量系统之间的安全接手，将孔底马达和定向钻头留在孔内，其他钻具顺利提出；这种方法仅适用于煤矿井下定向钻进，在造成经济损失的同时，留在孔内的螺杆马达和定向钻头会对后续的采掘作业带来安全隐患。

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，研究设计出一种煤钻孔泄压式卡钻事故打捞工具及方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足，提供一种适用范围广、施工效率高、打捞能力强和打捞成本低的钻孔泄压式卡钻事故打捞工具及方法。

为实现上述目的，本发明公开了一种钻孔泄压式卡钻事故打捞工具，包含圆筒状的壳体，壳体内设有贯穿所述壳体的传动轴，其特征在于：

所述壳体的中部外缘设有第一凸台，以及一滑套，所述滑套的中部外缘设有第二凸台，所述第一凸台和第二凸台之间相互连接；

所述传动轴的顶端与打捞钻具连接，另一端与导向体相连；

所述导向体的最大外径与壳体相当，其一端与传动轴连接，另一端与打捞钻头连接，所述导向体靠近打捞钻头的一侧加工有倒角以进行导向。

其中：在所述导向体上的倒角处沿周向间隔镶焊有多个切削齿；从而利用切削齿在传动轴带动导向体旋转过程中提高导向体和壳体的通过性。

其中：所述滑套上沿轴向加工有多个安装孔，各所述安装孔内安装有滚珠，各安装孔内通过螺纹固定有压盖，以将滚珠定位在安装孔内。

其中：所述传动轴的中部设有位于壳体内的凸起部，所述壳体的一端向内延伸有台肩，所述台肩与传动轴的凸起部之间设有第一密封件和第一轴承，所述壳体的另一端内设有端盖，所述端盖和传动轴的凸起部之间设有第二轴承和第二密封件。

其中：所述第一凸台沿壳体的径向设有第一螺纹孔，所述第二凸台沿滑套的径向设有与第一凸台上第一螺纹孔相同规格的第二螺纹孔，所述第一凸台与第二凸台通过可螺合于第一螺纹孔和第二螺纹孔的螺纹连接轴连接；从而在不过度拧紧螺纹连接轴的情况下，壳体与滑套能相对转动，提供充足的相对旋转量。

还公开了一种利用上述打捞工具的钻孔泄压式卡钻事故打捞方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一、将事故钻具从孔口处卸开，根据打捞工具的结构尺寸以及事故钻孔直径选择合适的打捞钻头，保证事故钻孔断面与打捞钻孔断面存在足够的重合量；

步骤二、将打捞工具的滑套套在事故钻具上；将传动轴与打捞钻具通过螺纹连接；在导向体右端连接打捞钻头，开始进行回转打捞钻进，任意截面上事故钻孔断面和打捞钻孔断面都存在足够的重合量，形成了“8”字形的钻孔断面；

步骤三、当打捞钻头扫过卡钻点处的卡阻岩屑时，便在事故钻孔卡钻点一侧形成了自由空间，释放了卡阻岩屑的压力，削弱了卡阻力，同时，利用冲洗液对卡钻点处进行冲蚀以及钻具震动，最终实现事故钻具解卡；

步骤四、检查是否解卡，若已解卡，首先从打捞钻孔中提出打捞钻具，再将事故钻具和事故钻头提出钻孔；若打捞钻头钻进至事故钻头处仍未解卡，提出打捞钻具，改变打捞钻孔的开孔位置后重复步骤一至步骤三，直到事故钻具解卡，再将打捞钻具、事故钻具和事故钻头提出钻孔，完成打捞。

由此，本发明的有益效果是：采用常规的回转钻进打捞方法，打捞钻进过程中无需对钻机进行改装，打捞钻进效率高；事故处理只需添置打捞工具及打捞钻头，无需增设其他装备，打捞成本低；一方面，既适用于常规钻具的打捞，又适用于定向钻具的打捞，另一方面，既适用于煤层钻孔打捞，又适用于岩层钻孔打捞，适用范围广；打捞钻进作业采用高强度钻具，打捞能力强。

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为钻孔泄压式卡钻事故打捞工具的剖视图。

图2为图1中圆圈部分的局部放大图。

图3为钻孔泄压式卡钻事故打捞方法的技术原理图。

图4为图3中A-A向的截面图。

图中附图标记：

1、打捞钻具，2、打捞工具，3、打捞钻头，4、事故钻具，5、地层，6、卡钻点，7、事故钻头，8、钻孔断面，9、壳体，10、传动轴，11、导向体，12、滑套，13、螺纹连接轴，14、第一密封件，15、第二密封件，16、第一轴承，17、第二轴承，18、端盖，19、台肩，20、切削齿，21、安装孔，22、滚珠，23、压盖，24、第一凸台，25第二凸台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1、2描述了本发明的钻孔泄压式卡钻事故打捞工具的一个实施例，该打捞工具2包含圆筒状的壳体9，壳体9内设有贯穿所述壳体9的传动轴10，其中，所述传动轴10的中部设有位于壳体9内的凸起部，所述壳体9的一端向内延伸有台肩19，所述台肩19与传动轴10的凸起部之间设有第一密封件14和第一轴承16，从而避免传动轴10从壳体9的一端脱出，所述壳体9的另一端内设有端盖18，所述端盖18优选的通过螺纹与壳体9连接，既壳体9的内缘设有内螺纹，所述端盖18的外缘设有与所述内螺纹啮合的外螺纹，所述端盖18和传动轴10的凸起部之间设有第二轴承17和第二密封件15，第一轴承16和第二轴承17使得传动轴10可以在壳体9内自由转动；由于壳体的台肩19以及端盖18的限制，传动轴10与壳体9的轴向往复运动是同步的；第一密封件14和第二密封件15可为迷宫密封件，以防止钻孔内冲洗液引入壳体9内而损坏传动机构。

所述壳体9的中部外缘设有第一凸台24，以及一滑套12，所述滑套12的中部外缘设有第二凸台25，所述第一凸台24和第二凸台25之间相互连接，优选的是，所述第一凸台24沿壳体9的径向加工有第一螺纹孔，所述第二凸台25沿滑套12的径向加工有与第一凸台24上第一螺纹孔相同规格的第二螺纹孔，所述第一凸台24与第二凸台25通过可螺合于第一螺纹孔和第二螺纹孔的螺纹连接轴13连接；由于，壳体9与滑套12之间通过螺纹连接轴13连接，在不过度拧紧的情况下，壳体9与滑套12可以螺纹连接轴13为轴相对转动；由于事故钻孔轨迹的偏斜以及事故处理过程中打捞钻孔轨迹的偏斜会造成滑套12与壳体9之间沿螺纹连接轴13轴线产生微量转动，螺纹连接轴13也保证了滑套12与壳体9之间连接强度的前提下提供充足的相对旋转量，避免事故钻孔轨迹的偏斜以及事故处理过程中打捞钻孔轨迹的偏斜对滑套12和壳体9之间的连接造成损坏；滑套12与壳体9之间沿螺纹连接轴13轴线的微量转动导致两者轴线间的偏移微乎其微，不会对钻具打捞带来不利影响。

本领域技术人员可以理解的是，壳体9与滑套12之间形成以径向连接轴相对转动，且不发生明显径向偏移的其他连接方式当然也在本发明范围内。

所述传动轴10的顶端与打捞钻具通过螺纹连接，另一端与导向体11通过螺纹相连；所述导向体11的最大外径与壳体相当，一端与传动轴通过螺纹连接，另一端与打捞钻头通过螺纹连接，所述导向体11靠近打捞钻头的一侧加工有倒角以起到导向作用。

在所述导向体11上的倒角处沿周向间隔镶焊有多个切削齿20；从而利用切削齿20在传动轴带动导向体旋转过程中提高导向体11和壳体9的通过性。

其中，所述导向体11的底端可与打捞钻头3通过螺纹连接，也可以根据需要在导向体11与打捞钻头3之间连接一定长度的钻杆，以满足孔内卡钻点6处更大范围卡阻解卡的需要。

所述滑套12上沿轴向加工有多个安装孔，优选为两组共16个安装孔21，各所述安装孔21内安装有滚珠22，各安装孔21内通过螺纹固定有压盖23，以将滚珠22定位在安装孔21内，滚珠22可在安装孔21与压盖23限制的空间内进行自由滚动，由此，滚珠22可降低滑套12与事故钻具4之间的摩擦阻力，使滑套12沿事故钻具4顺利地进行滑动。

本领域技术人员可以理解的是，用来实现降低滑套12与事故钻具4之间滑动摩擦阻力的其他方法也在本发明范围内，如采用滚柱滚动扶正机构。

图3、图4描述了钻孔泄压式卡钻事故打捞方法的原理。由于地层5局部地层不稳定或钻屑堆积导致卡钻，事故钻具4在卡钻点6处被卡阻岩屑卡死而无法安全提出事故钻孔时，通过如下步骤实现具体打捞：

1、将事故钻具4从孔口处卸开，采用打捞工具2进行事故处理。进行钻具打捞前，首先现根据打捞工具2的结构尺寸以及事故钻孔直径选择合适的打捞钻头3，保证事故钻孔断面与打捞钻孔断面存在足够的重合量，形成如图4所示的“8”字形的钻孔断面8。

2、将打捞工具2滑套套在事故钻具4上；将传动轴10与打捞钻具1通过螺纹连接；在导向体11右端连接打捞钻头3，也可根据需要在导向体11与打捞钻头3之间连接一定长度的钻杆，开始进行回转打捞钻进。

打捞钻进过程中，钻机将扭矩和钻压通过打捞钻具1、传动轴10、导向体11传递给打捞钻头3，进行打捞钻孔施工；打捞钻具1、传动轴10、导向体11、打捞钻头3同步转动和轴向运动，壳体9不发生转动；壳体9带动滑套12沿事故钻具4向前同步滑动，实现了打捞工具2对打捞钻头3的实时约束，保证了打捞钻孔轴线与事故钻孔轴线的等间距延伸；由于事故钻孔轨迹的偏斜以及事故处理过程中打捞钻孔轨迹的偏斜会造成滑套12与壳体9之间沿螺纹连接轴13轴线产生微量转动，所以在进行打捞钻进前滑套12和壳体9与螺纹连接轴13不可以过度拧紧，以免在钻进时损坏打捞工具2；尽管滑套12与壳体9会以螺纹连接轴13为轴产生微量转动，但是其产生的滑套12与壳体9两者轴线的偏移微乎其微，不会对打捞钻孔断面与事故钻孔断面重合量产生明显的影响，因此不会影响打捞效果。

3、打捞钻孔轴线与事故钻孔轴线从孔口到孔底的等间距延伸，这使任意截面上事故钻孔断面和打捞钻孔断面都存在足够的重合量，都形成了“8”字形的钻孔断面8，即事故钻孔与打捞钻孔径向全程贯通；当打捞钻头3扫过卡钻点6处的卡阻岩屑时，便在事故钻孔卡钻点6一侧形成了自由空间，释放了卡阻岩屑的压力，削弱了卡阻力；同时，打捞钻孔施工过程中，冲洗液对卡钻点6处卡阻岩屑的冲蚀以及钻具的震动也会促使卡阻岩屑产生松动，从而实现事故钻具的解卡。

4、打捞过程中，根据卡钻事故具体情况及时调整钻机连接事故钻具4检查其是否解卡。若已解卡，首先从打捞钻孔中提出打捞钻具1、打捞工具2、打捞钻头3，再将事故钻具4和事故钻头7提出钻孔；也可以将打捞钻具1与事故钻具4交替提出钻孔，前提是事故钻具4上连接如扶正器、钻头等不能直接通过滑套12的粗径钻具必须与滑套12保证一定的安全距离，以免提钻时误操作损坏打捞工具2。

5、若打捞钻头3钻进至事故钻头7处仍未解卡，提出打捞钻具1、打捞工具2、打捞钻头3，以同样的方法一次或多次改变打捞钻孔的开孔位置在事故钻孔旁边重新开孔，进行打捞钻进，直到事故钻具解卡，再以上述方法将打捞钻具1、打捞工具2、打捞钻头3、事故钻具4和事故钻头7提出钻孔，完成打捞。

由此，本发明的优点在于：

1、打捞钻进过程中无需对钻机进行改装，打捞钻进效率高；事故处理只需添置打捞工具及打捞钻头，无需增设其他装备，打捞成本低；

2、既适用于常规钻具的打捞，又适用于定向钻具的打捞；

3、既适用于煤层钻孔打捞，又适用于岩层钻孔打捞，适用范围广；打捞钻进作业采用高强度钻具，打捞能力强。

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 (5)

1.一种钻孔泄压式卡钻事故打捞工具，包含圆筒状的壳体，壳体内设有贯穿所述壳体的传动轴，其特征在于：

所述壳体的中部外缘设有第一凸台，以及一滑套，所述滑套的中部外缘设有第二凸台，所述第一凸台和第二凸台之间相互连接；

所述传动轴的顶端与打捞钻具连接，另一端与导向体相连；

所述导向体的最大外径与壳体相当，其一端与传动轴连接，另一端与打捞钻头连接，所述导向体靠近打捞钻头的一侧加工有倒角以进行导向。

2.如权利要求1所述的打捞工具，其特征在于：在所述导向体上的倒角处沿周向间隔镶焊有多个切削齿；从而利用切削齿在传动轴带动导向体旋转过程中提高导向体和壳体的通过性。

3.如权利要求1所述的打捞工具，其特征在于：所述传动轴的中部设有位于壳体内的凸起部，所述壳体的一端向内延伸有台肩，所述台肩与传动轴的凸起部之间设有第一密封件和第一轴承，所述壳体的另一端内设有端盖，所述端盖和传动轴的凸起部之间设有第二轴承和第二密封件。

4.如权利要求1所述的打捞工具，其特征在于：所述第一凸台沿壳体的径向设有第一螺纹孔，所述第二凸台沿滑套的径向设有与第一凸台上第一螺纹孔相同规格的第二螺纹孔，所述第一凸台与第二凸台通过可螺合于第一螺纹孔和第二螺纹孔的螺纹连接轴连接；从而在不过度拧紧螺纹连接轴的情况下，壳体与滑套能相对转动，提供充足的相对旋转量。

5.一种利用如权利要求1-4中任一所述打捞工具的钻孔泄压式卡钻事故打捞方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一、将事故钻具从孔口处卸开，根据打捞工具的结构尺寸以及事故钻孔直径选择合适的打捞钻头，保证事故钻孔断面与打捞钻孔断面存在足够的重合量；

步骤二、将打捞工具的滑套套在事故钻具上；将传动轴与打捞钻具通过螺纹连接；在导向体右端连接打捞钻头，开始进行回转打捞钻进，任意截面上事故钻孔断面和打捞钻孔断面都存在足够的重合量，形成了“8”字形的钻孔断面；

步骤三、当打捞钻头扫过卡钻点处的卡阻岩屑时，便在事故钻孔卡钻点一侧形成了自由空间，释放了卡阻岩屑的压力，削弱了卡阻力，同时，利用冲洗液对卡钻点处进行冲蚀以及钻具震动，最终实现事故钻具解卡；

步骤四、检查是否解卡，若已解卡，首先从打捞钻孔中提出打捞钻具，再将事故钻具和事故钻头提出钻孔；若打捞钻头钻进至事故钻头处仍未解卡，提出打捞钻具，改变打捞钻孔的开孔位置后重复步骤一至步骤三，直到事故钻具解卡，再将打捞钻具、事故钻具和事故钻头提出钻孔，完成打捞。