CN105239935B - 一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具 - Google Patents

一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于煤矿钻进开采的螺旋式反循环钻井工具。它解决钻井采煤反循环工艺对专用装备需求的问题。其技术方案是：螺旋转子置入壳体内腔，壳体上部与上轴承套丝扣连接，下部与下轴承套丝扣连接；上接头上部与上部管柱丝扣连接，下部与上轴承套丝扣连接，上轴承安装在上轴承套内腔；下轴承套中部设置有螺纹孔与水嘴螺纹连接，下部与锥体丝扣连接，下轴承安装在下轴承套内腔；节流嘴安装在螺旋转子下端，连接头上部与螺旋转子下部丝扣连接，下部与专用钻头丝扣连接。本发明可以实现反循环钻井的功能，利于携煤，有效解决正循环钻井时煤层坍塌导致的卡钻等事故。

Description

一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿钻进开采领域的螺旋式反循环钻井工具。
背景技术
现有的煤矿开采以人工井下巷道开采为主，但随着开采深度的增加，井下温度升高，工作环境不断恶化，并且容易发生瓦斯突破、透水及岩爆等事故，危及井下作业人员的人身安全，破坏矿井和作业设备，故人工井下巷道开采深度有限，最深仅达2000多米。
为获取更深地层的煤矿资源，提高采矿效率，钻井采煤技术将为煤矿资源开发提供全新的方向。钻井采煤技术使用专用的钻井工具获取地层煤矿资源，克服了人工井下巷道开采的多种问题，在未来能源领域拥有巨大的经济潜力和技术前景。反循环钻井是钻井采煤技术的一种重要工艺方法，其钻井液从环空进入井底，由井底携煤通过钻柱中心返回地面。相比正循环钻井而言，反循环钻井通过钻柱中心钻井液携煤，其流速高，携煤效率高，并且能有效防止煤层坍塌而导致的卡钻等事故发生。
由于反循环钻井具有其独特的优点，因此在钻井采煤技术中有巨大应用价值，针对反循环钻井技术的工艺要求，本发明特提供一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具。
发明内容
本发明的目的是：为了满足钻井采煤反循环钻井工艺的技术要求，特提供一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具，是由防掉螺母、上接头、上轴承、上轴承套、壳体、硫化橡胶、螺旋转子、水嘴、下轴承套、下轴承、连接头、锥体、节流嘴、过滤体和专用钻头组成；其结构特征是：螺旋转子内部空心，外部两端设置有丝扣，中间设置有螺旋形叶片，上部设置有3-4个斜孔连通内外腔，壳体内腔设置一层硫化橡胶；螺旋转子置入壳体内腔，螺旋转子的叶片外缘与硫化橡胶过盈配合；上轴承套下部与壳体上部丝扣连接，内腔凸起台阶面与螺旋转子上部用密封圈密封；上轴承安装在螺旋转子上部台阶；上接头下部与上轴承套丝扣连接，上部与上部管柱连接，内腔凸起台阶面与螺旋转子上部用密封圈密封；下轴承套上部与壳体丝扣连接，下部与锥体丝扣连接，内腔设置有凸起台阶面与螺旋转子下部用密封圈密封，下轴承套中部设置有6-8个倾斜的螺纹孔，水嘴用丝扣固定在下轴承套螺纹孔内，水嘴内设置有防砂网，可阻止大颗粒固相穿过；下轴承安装在下轴承套内腔台阶上；节流嘴内部设置节流孔，外部设置环形台阶，节流嘴安装在螺旋转子下端；连接头上部与螺旋转子下部丝扣连接，下部与专用钻头丝扣连接，锥体内腔与连接头外部用密封圈密封；防掉螺母与螺旋转子上端丝扣连接；上轴承与下轴承所在密闭腔室注满润滑油脂，上轴承和下轴承均能承受轴向力；专用钻头内腔上下连通，内外表面布满切削齿，内腔中部有一段圆柱台阶，圆柱台阶的柱面设置有两个定位凸起，定位凸起下方设置有一圈卡簧槽；过滤体是一个圆柱体，柱面设置有两个定位凹槽，内腔设置有过滤孔，下端面设置有切削齿；过滤体置入专用钻头内腔的圆柱台阶内，用卡簧固定。
本发明的有益效果是：(1)本螺旋式反循环工具可以实现反循环钻井；(2)从管柱内部携煤返回地面，携煤效率高；(3)井下动力驱动方式，钻井效率高；(4)根据负载变化自动进行流量分配；(5)有效解决正循环钻井时煤层坍塌导致的卡钻等事故。
附图说明
图1是本发明一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具的结构示意图；
图2是螺旋转子的结构示意图；
图3是图1A-A截面剖视图；
图4是图1B-B截面剖视图；
图中，1.防掉螺母，2.上接头，3.上轴承，4.上轴承套，5.壳体，6.硫化橡胶，7.螺旋转子，8.水嘴，9.下轴承套，10.下轴承，11.连接头，12.锥体，13.节流嘴，14.过滤体，15.专用钻头。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具，是由防掉螺母1、上接头2、上轴承3、上轴承套4、壳体5、硫化橡胶6、螺旋转子7、水嘴8、下轴承套9、下轴承10、连接头11、锥体12、节流嘴13、过滤体14和专用钻头15组成；其结构特征是：壳体5内腔设置一层硫化橡胶6；螺旋转子7置入壳体5内腔，螺旋转子7的叶片外缘与硫化橡胶6过盈配合；上轴承套4下部与壳体5上部丝扣连接，上轴承套4内腔凸起台阶面与螺旋转子7上部用密封圈密封；上轴承3安装在螺旋转子7上部台阶上；上接头2下部与上轴承套4丝扣连接，上部与上部管柱连接，上接头2内腔凸起台阶面与螺旋转子7上部用密封圈密封；下轴承套9上部与壳体5丝扣连接，下部与锥体12丝扣连接，下轴承套9内腔设置有凸起台阶面与螺旋转子7下部用密封圈密封，下轴承套9中部设置有6-8个倾斜的螺纹孔，水嘴8用丝扣固定在下轴承套9螺纹孔内，水嘴8内设置有防砂网；下轴承10安装在下轴承套9内腔台阶上；节流嘴13内部设置节流孔，外部设置环形台阶，节流嘴13安装在螺旋转子7下端；连接头11上部与螺旋转子7下部丝扣连接，下部与专用钻头15丝扣连接，锥体12内腔与连接头11外部用密封圈密封；防掉螺母1与螺旋转子7上端丝扣连接；上轴承3与下轴承10所在密闭腔室注满润滑油脂，上轴承3和下轴承10均能承受轴向力；过滤体14置入专用钻头15内腔的圆柱台阶内，用卡簧固定。
如图2和图3所示，本发明一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具的螺旋转子7内部空心，外部两端设置有丝扣，中间设置有螺旋形叶片，上部设置有3-4个斜孔连通内外腔；壳体5内部设置有一层硫化橡胶6；螺旋转子7置入壳体5内腔，螺旋转子7的螺旋形叶片顶端与硫化橡胶6过盈配合。
如图1和图4所示，专用钻头15内腔上下连通，内外表面布满切削齿，内腔中部有一段圆柱台阶，圆柱台阶的柱面设置有两个定位凸起，定位凸起下方设置有一圈卡簧槽；过滤体14是一个圆柱体，柱面设置有两个定位凹槽，内腔设置有过滤孔，下端面设置有切削齿；过滤体14置入专用钻头15内腔的圆柱台阶内，用卡簧固定。
本发明一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具的工作原理是：下入本螺旋式反循环钻井工具至煤层，施加一定钻压，从环空泵入钻井液；一部分钻井液从安装在下轴承套9上的水嘴8进入本螺旋式反循环钻井工具内部环形腔，进而冲击螺旋转子7上的螺旋形叶片，从而驱动螺旋转子7旋转，进而带动下部专用钻头15旋转破煤；另一部分钻井液从井底携带煤屑从专用钻头15内部经过滤体14和节流嘴13进入螺旋转子7内腔；两部分流体最终在螺旋转子7上端汇合，共同携带煤屑返回地面。由于煤层破碎扭矩小，钻井液通过螺旋转子7的压降小，故可以有效实现反循环的功能。

Claims (1)

1.一种煤层钻进用螺旋式反循环钻井工具，是由防掉螺母(1)、上接头(2)、上轴承(3)、上轴承套(4)、壳体(5)、硫化橡胶(6)、螺旋转子(7)、水嘴(8)、下轴承套(9)、下轴承(10)、连接头(11)、锥体(12)、节流嘴(13)、过滤体(14)和专用钻头(15)组成；其特征在于：壳体(5)内腔设置一层硫化橡胶(6)；螺旋转子(7)内部空心，外部两端设置有丝扣，中间设置有螺旋形叶片，上部设置有3-4个斜孔连通内外腔；螺旋转子(7)置入壳体(5)内腔，螺旋转子(7)的叶片外缘与硫化橡胶(6)过盈配合；上轴承套(4)下部与壳体(5)上部丝扣连接，上轴承套(4)内腔凸起台阶面与螺旋转子(7)上部用密封圈密封；上轴承(3)安装在螺旋转子(7)上部台阶上；上接头(2)下部与上轴承套(4)丝扣连接，上部与上部管柱丝扣连接，上接头(2)内腔凸起台阶面与螺旋转子(7)上部用密封圈密封；下轴承套(9)上部与壳体(5)丝扣连接，下部与锥体(12)丝扣连接，下轴承套(9)内腔设置有凸起台阶面与螺旋转子(7)下部用密封圈密封，下轴承套(9)中部设置有6-8个倾斜的螺纹孔，水嘴(8)用丝扣固定在下轴承套(9)螺纹孔内，水嘴(8)内设置有防砂网；下轴承(10)安装在下轴承套(9)内腔台阶上；节流嘴(13)内部设置节流孔，外部设置环形台阶，节流嘴(13)安装在螺旋转子(7)下端；连接头(11)上部与螺旋转子(7)下部丝扣连接，下部与专用钻头(15)丝扣连接，锥体(12)内腔与连接头(11)外部用密封圈密封；防掉螺母(1)与螺旋转子(7)上端丝扣连接；上轴承(3)与下轴承(10)所在密闭腔室注满润滑油脂，上轴承(3)和下轴承(10)均能承受轴向力；专用钻头(15)内腔上下连通，内外表面布满切削齿，内腔中部有一段圆柱台阶，圆柱台阶的柱面设置有两个定位凸起，定位凸起下方设置有一圈卡簧槽；过滤体(14)是一个圆柱体，柱面设置有两个定位凹槽，内腔设置有过滤孔，下端面设置有切削齿；过滤体(14)置入专用钻头(15)内腔的圆柱台阶内，用卡簧固定。
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