CN105156042B - 液压钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液压钻机，包括夹持器、卡盘和下管器；所述夹持器包括至少两个厚度与压裂管直径适配的卡瓦，所述下管器包括固定盘和设置在所述固定盘中部的一具有弹性形变的夹管器，所述夹管器插设在所述卡盘的内孔中，所述固定盘固设在所述卡盘朝向所述夹持器的一侧；所述夹持器用于夹持所述压裂管的一端，所述压裂管的另一端通过所述固定盘的中心孔穿设在所述夹管器中。本发明提供的液压钻机，可以防止压裂管一次性送入压裂钻孔中导致的压裂管脱落造成的安全事故；另外，本实施例中的下管过程，全程由液压钻机控制，无需人为参与，提高了下管的安全性，而且工序简单，提高了下管的效率。

Description

液压钻机

技术领域

本发明涉及煤层压裂技术，尤其涉及一种液压钻机。

背景技术

煤层水力压裂钻孔技术是一种钻孔施工增透技术，其具体为：选定压裂的煤层后，在地面上用泵产生高压水流，通过压裂管从钻孔进入煤层，把煤层中原有的裂缝撑开，继续压入水流，使煤层中被撑开的裂缝向四周发展。水力压裂造成瓦斯流动的通道从钻孔底部向四周延伸到一百多米远的地方。使煤层的钻孔排放瓦斯范围扩大，因而瓦斯涌出量也增加，因此水力压裂增透技术能够有效提高瓦斯抽采效果，缩短瓦斯抽采达标时间。

对于水力压裂钻孔技术，尤为重要的是前期在压裂钻孔中下入压裂管的过程。一般的，压裂钻孔下入的压裂管为管壁较厚的无缝钢管，较重，如Φ42×8mm压裂管约6.7kg/m。现有技术中，往往是通过液压钻机卡盘及夹持器的相互配合将压裂管下入压裂钻孔，并且，在下管的同时还必须配合人工使用“背牙钳”固管的方法来送入压裂管。

但是，现有技术的下管方式工序较复杂，压裂管存在下窜脱落的威胁，并且经常容易造成挤手的事故，安全隐患大。

发明内容

本发明提供一种液压钻机，简化了现有技术在压裂钻孔中下入压裂管时的工序，避免了压裂管脱落，进而提高了操作人员下入压裂管时的安全性。

本发明提供一种液压钻机，包括夹持器、卡盘和下管器；所述夹持器包括至少两个厚度与压裂管直径适配的卡瓦，所述下管器包括固定盘和设置在所述固定盘中部的一具有弹性形变的夹管器，所述夹管器插设在所述卡盘的内孔中，所述固定盘固设在所述卡盘朝向所述夹持器的一侧；

所述夹持器用于夹持所述压裂管的一端，所述压裂管的另一端通过所述固定盘的中心孔穿设在所述夹管器中。

进一步地，所述卡瓦的厚度的最小值大于63.5mm。

进一步地，所述夹管器包括至少四个具有弹性形变的夹持件，所述至少四个夹持件沿所述固定盘的中心孔的四周均匀设置。

进一步地，所述夹持件为弧形扁铁或矩形扁铁。

进一步地，所述至少四个夹持件沿所述固定盘的中心孔的四周均匀独立设置。

进一步地，所述固定盘为圆形固定盘或四方形固定盘或三角形固定盘。

进一步地，所述卡盘上设置有第一螺纹孔，所述固定盘上设置有与所述第一螺纹孔匹配的第二螺纹孔，所述固定盘通过螺栓、所述第一螺纹孔、所述第二螺纹孔固设在所述卡盘朝向所述夹持器的一侧。

本发明提供的液压钻机，通过夹持器和下管器的相互配合，将压裂管逐渐送入压裂钻孔，防止压裂管一次性送入压裂钻孔中导致的压裂管脱落造成的安全事故；另外，本实施例中的下管过程，全程由液压钻机控制，无需人为参与，提高了下管的安全性，而且工序简单，提高了下管的效率。

附图说明

图1为本发明提供的液压钻机实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的液压钻机的下管器夹紧压裂管的示意图；

图3为本发明提供的液压钻机的下管器松开压裂管的示意图；

图4为本发明提供的液压钻机中的下管器的正视结构示意图一；

图5为本发明提供的液压钻机中的下管器的侧视结构示意图一

图6为本发明提供的液压钻机中的下管器的俯视结构示意图一；

图7为本发明提供的液压钻机中的下管器的正视结构示意图二；

图8为本发明提供的液压钻机中的下管器的侧视结构示意图二

图9为本发明提供的液压钻机中的下管器的俯视结构示意图二；

图10为本发明提供的利用压裂管进行封孔的结构示意图。

附图标记说明：

10：夹持器；11：卡盘；12：下管器；

101：卡瓦；102:夹持器的内孔；103：夹持孔；

111：卡盘的内孔；121：固定盘；122：夹管器；

13：压裂管；1211：固定盘的中心孔；

1221：夹持件；1212：第二螺纹孔；

20：见煤段；21：内堵头；22：外堵头；

23：第一管路；24：第二管路；25：注浆泵。

具体实施方式

本发明提供的液压钻机，可以适用于在煤层水力压裂技术中，将压裂管下入压裂钻孔的场景中。对于压裂钻孔，一般是采用水力钻孔进行成孔的，为了保证钻孔成孔效果好，不堵塞不垮孔，需先开小直径孔再扩孔，以便压裂管的送入。具体可以为：首先直径较小的钻头施工至孔底(例如直径为Φ113mm的钻头)，然后换用直径较大的钻头扩孔至孔底(例如直径为Φ153mm的钻头)，即在原来的孔径基础上进行扩孔，这样做是为了防止直接采用大钻头钻孔的过程中，进给抗力大，钻削时很费力，甚至出现钻削困难的情况，因此实行先小孔钻进后扩孔。在压裂孔钻好之后，就可以采用本发明提供的液压钻机将压裂管下入压裂钻孔中。

本发明提供的液压钻机，用以解决现有技术在将压裂管下入钻孔时工序复杂、存在压裂管脱落、以及造成人员挤手的安全事故的技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图1为本发明提供的液压钻机实施例一的结构示意图。如图1所示，该液压钻机包括：夹持器10、卡盘11和下管器12；所述夹持器10包括至少两个厚度与压裂管13直径适配的卡瓦101，所述下管器12包括固定盘121和设置在所述固定盘121中部的一具有弹性形变的夹管器122，所述夹管器122插设在所述卡盘11的内孔111中，所述固定盘121固设在所述卡盘11朝向所述夹持器10的一侧；所述夹持器10用于夹持所述压裂管13的一端，所述压裂管13的另一端通过所述固定盘121的中心孔1211穿设在所述夹管器122中。

具体的，本实施例中，液压钻机还包括机身、动力头、油缸等部分，为了能够更清楚的示出夹持器10、卡盘11和下管器12的结构，在图1中并未示出机身、动力头、推进油缸等部分。

本实施例中的夹持器10可以包括至少两个厚度与压裂管13直径适配的卡瓦101，以夹持器10包括两个厚度与压裂管13直径适配的卡瓦101为例，这两个卡瓦101设置夹持器10的内孔102中，且这两个卡瓦101相对形成夹持压裂管13的夹持孔103，当压裂管13插入该夹持孔103中时，在液压钻机的油缸联动的作用下，两个卡瓦101会收缩，进而夹紧夹持孔103中的压裂管13。本发明中的卡瓦101的厚度与压裂管13的直径适配，指的是为了避免卡瓦101夹不紧压裂管13而对卡瓦101的厚度进行了增大，使得卡瓦101所形成的夹持孔103的间隙与压裂管13的直径相当，在油缸联动作用下，可以夹紧压裂管13。

进一步，上述压裂管13的一端夹持在上述卡瓦101形成的夹持孔103中，压裂管13的另一端通过下管器12穿设在卡盘11中。该下管器12可以包括固定盘121和设置在固定盘121中部的一具有弹性形变的夹管器122，该夹管器122插设在卡盘11的内孔111中，固定盘121固设在卡盘11朝向夹持器10的一侧，上述“压裂管13的另一端通过下管器12穿设在卡盘11中”实际上可以为压裂管13的另一端通过固定盘121的中心孔1211穿设在上述夹管器122中。可选的，上述夹管器122可以与固定盘121一体成型，该夹管器122可以为从固定盘121的中心孔1211延伸出去的一个中空的圆柱体，即该中空的圆柱体的两端均为开口状，该圆柱体的外壁沿中心轴线方向可以开设多个长条形的槽，当然也可以不开设，只要该圆柱体具有一定的弹性形变即可。该圆柱体的直径可以与固定盘121的中心孔1211的直径基本相等(可以略大于固固定盘121的中心孔1211的直径)，但该圆柱体的直径要略小于卡盘11的内孔111的直径，这样才可以确保该圆柱体的夹管器122可以插入卡盘11的内孔111中。也就是说，上述夹管器122的孔径的大小是由固定盘121的中心孔1211的直径决定的，但固定盘121的中心孔1211的直径要与卡盘11的内孔111的直径适配，以确保夹管器122可以插入卡盘11的内孔111中。上述夹管器122的材质可以为具有一定耐压力且具有一定的弹性形变的金属材料，例如铁等金属材料。上述固定盘121的形状可以为圆形、椭圆形、四方形等形状，只要其中部开设有与卡盘11的内孔111相适配的中心孔即可。

另外，需要说明的是，上述卡盘11的内孔111也是由至少两个厚度与压裂管13直径适配的卡瓦101所形成的。

下述主要介绍采用本发明提供的液压钻机实现将压裂管13送入压裂孔的孔底(即下管)的工作过程，具体为：

首先，将压裂管13的一端先插入夹持器10的卡瓦101所形成的夹持孔103中，将压裂管13的另一端通过固定盘121的中心孔1211穿设在夹管器122中，这样保证了压裂管13两端都由液压钻机进行控制夹紧。然后启动液压钻机，在液压钻机的液压力作用下，卡盘11上的卡瓦101收缩，挤压夹管器122，由于夹管器122可以产生一定的弹性形变，因此促使夹管器122夹紧压裂管13(参见图2所示的下管器12夹紧压裂管13的示意图)，同时，夹持器10松开压裂管13，卡盘11在油缸的推动给进力的作用下，把压裂管13推入压裂钻孔中；然后，液压钻机泄压，夹持器10此时夹紧压裂管13，而卡盘11上的卡瓦101在弹簧力的作用下张开，夹管器122的约束解除，从而夹管器122由于弹性形变恢复最初的状态，即夹管器122此时松开了压裂管13(参见图3所示的下管器12松开压裂管13的示意图)，卡盘11在油缸起拔力的作用下回撤，这样该压裂管13的一部分就已经被送入了压裂管13；然后液压钻机再次控制卡盘11上的卡瓦101收缩，挤压夹管器122，使得夹管器122再次夹紧压裂管13，同时，夹持器10再次松开压裂管13，卡盘11在油缸的推动给进力的作用下，再次将部分压裂管13推入压裂钻孔中。以上过程重复多次，就可以将整整根压裂管13送入压裂钻孔中，也就是说，压裂管13在液压钻机的作用下，是一截一截的逐渐送入压裂钻孔中的。这样可以防止压裂管13一次性送入压裂钻孔中导致的压裂管13脱落造成的安全事故；另外，本实施例中的下管过程，全程由液压钻机控制，无需人为参与，提高了下管的安全性，而且工序简单，提高了下管的效率。

需要说明的是，上述图2和图3所示的下管器12，其中卡盘11的内孔111是由四个卡瓦101形成的，并且，图2和图3所示的夹管器122的外壁沿着中心轴线的方向开设有多个槽。

本发明提供的液压钻机，通过夹持器和下管器的相互配合，将压裂管逐渐送入压裂钻孔，防止压裂管一次性送入压裂钻孔中导致的压裂管脱落造成的安全事故；另外，本实施例中的下管过程，全程由液压钻机控制，无需人为参与，提高了下管的安全性，而且工序简单，提高了下管的效率。

进一步地，上述卡瓦101的厚度的最小值大于63.5mm，这样确保其可以将最小规格的压裂管13送入压裂钻孔中，提高了液压钻机下管的适用性。

图4为本发明提供的液压钻机中的下管器的正视结构示意图一，图5为本发明提供的液压钻机中的下管器的侧视结构示意图一，图6为本发明提供的液压钻机中的下管器的俯视结构示意图一。如图4至图6所示，该夹管器122包括至少四个具有弹性形变的夹持件1221，所述至少四个夹持件1221沿所述固定盘121的中心孔1211的四周均匀设置。图4中所示的夹管器122包括了四个夹持件1221。

具体的，参照图4至图6，上述四个具有弹性形变的夹持件1221沿固定盘121的中心孔1211的四周均匀设置，主要是为了确保该四个夹持件1221能够形成一个用于夹持压裂管13的夹持孔103。可选的，该四个夹持件1221之间可以相互连接，只要其能够形成用于夹持压裂管13的夹持孔103，且能够产生弹性形变即可，也就是说，在连接四个夹持件1221时，要确保不影响这四个夹持件1221产生弹性形变。可选的，该夹持件1221可以为弧形扁铁或矩形扁铁。图4所示出的仅是夹持件1221为弧形扁铁的示意图，当然，其也可以基于夹持件1221是矩形扁铁示出。

进一步地，在上述实施例的基础上，至少四个夹持件1221沿所述固定盘121的中心孔1211的四周均匀独立设置。如图7所示液压钻机中的下管器的正视结构示意图二，图8为本发明提供的液压钻机中的下管器的侧视结构示意图二，图9为本发明提供的液压钻机中的下管器的俯视结构示意图二。图7至图9中的夹管器122也仅包括了四个夹持件1221。当这四个夹持件1221沿着固定盘121的中心孔1211独立设置时，这种开放式构造，极易于使得夹管器122产生较大的形变，以便夹管器122更加有效地夹牢压裂管13。需要说明的是，图7至图9中所示的下管器12与图4至图6所示的下管器12，其正视图和俯视图是相同的，即图7与图4相同，图9与图6相同。

可选的，上述固定盘121可以为圆形固定盘121，可以为四方形固定盘121，还可以为三角形固定盘121。

可选的，上述卡盘11上设置有第一螺纹孔，上述固定盘121上设置有与第一螺纹孔匹配的第二螺纹孔1212，该固定盘121通过螺栓、第一螺纹孔、第二螺纹孔1212固设在卡盘11朝向夹持器10的一侧，第二螺纹孔1212参见图4至图9所示，第一螺纹孔在图中未示出。

本发明提供的液压钻机，通过夹持器和下管器的相互配合，将压裂管逐渐送入压裂钻孔，防止压裂管一次性送入压裂钻孔中导致的压裂管脱落造成的安全事故；另外，本实施例中的下管过程，全程由液压钻机控制，无需人为参与，提高了下管的安全性，而且工序简单，提高了下管的效率。

进一步地，在煤矿领域，一般需要在将压裂管13送入压裂钻孔后，为防止压裂钻孔发生坍塌，需要加固压裂钻孔的内壁，即需要对压裂钻孔进行注浆封孔。具体为：

当采用上述实施例中的液压钻机将压裂管13送入压裂钻孔时，见煤段20的压裂管13应该确保为花管，压裂管13下入时，距离见煤点1-2m处的压裂管13上可以用封孔袋包裹缠牢1m段的长棉纱，采用上述液压钻机将压裂管13下完后，使用封孔器将10-15组聚氨酯通过软管吹至内端封孔袋内，反应膨胀后形成“内堵头21”(参见图10所示的封孔结构示意图)。然后，预留入两根4分孔径的高压注浆软管，分别为第一管路23和第二管路24，第二管路24比第一管路23的长度要长；然后，第二管路24下至内堵头21处，两个注浆软管的孔口外露长度300mm左右，以便后面通过这两个高压软管实行注浆操作。最后，对距离钻孔的孔口处不小于1m段长的压裂管13上同样用封孔袋包裹缠牢1m段长的棉纱，并使用10-15组聚氨酯进行外端封孔，形成“外堵头22”。

之后，使用注浆泵25通过上述两个高压软管队压裂钻孔进行注浆。首先用图10所示的短注浆管(第一管路23)注浆，在保证浆液面上升超出第一管路23的里口时，停止注浆。8小时后，再用第一管路23注浆，当长注浆管(第二管路24)返浆时，停止注浆。再过8小时后，再次换用第二管路24注浆，此次确保注浆压力达到6MPa及以上，封孔完成。当封孔完成后，就可以采用高压水泵向压裂管13中输入高压水流，以压裂煤层，实现高效率的抽取瓦斯。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种液压钻机，其特征在于，包括夹持器、卡盘和下管器；所述夹持器包括至少两个厚度与压裂管直径适配的卡瓦，所述下管器包括固定盘和设置在所述固定盘中部的一具有弹性形变的夹管器，所述夹管器插设在所述卡盘的内孔中，所述固定盘固设在所述卡盘朝向所述夹持器的一侧；

所述夹持器用于夹持所述压裂管的一端，所述压裂管的另一端通过所述固定盘的中心孔穿设在所述夹管器中。

2.根据权利要求1所述的液压钻机，其特征在于，所述卡瓦的厚度的最小值大于63.5mm。

3.根据权利要求2所述的液压钻机，其特征在于，所述夹管器包括至少四个具有弹性形变的夹持件，所述至少四个夹持件沿所述固定盘的中心孔的四周均匀设置。

4.根据权利要求3所述的液压钻机，其特征在于，所述夹持件为弧形扁铁或矩形扁铁。

5.根据权利要求4所述的液压钻机，其特征在于，所述至少四个夹持件沿所述固定盘的中心孔的四周均匀独立设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的液压钻机，其特征在于，所述固定盘为圆形固定盘或四方形固定盘或三角形固定盘。

7.根据权利要求6所述的液压钻机，其特征在于，所述卡盘上设置有第一螺纹孔，所述固定盘上设置有与所述第一螺纹孔匹配的第二螺纹孔，所述固定盘通过螺栓、所述第一螺纹孔、所述第二螺纹孔固设在所述卡盘朝向所述夹持器的一侧。