CN108571291A - 一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统及使用方法，该系统包括依次设置的前钻杆、喷水装置、旋转装置和后钻杆；前钻杆和后钻杆的内部轴向方向上均设有贯穿孔；喷水装置包括相互连接的第一筒体和连接体，第一筒体的侧壁上设有多组喷水孔，且第一筒体的内侧壁上方设有限位挡块，连接体与前钻杆固定连接，且连接体上还设有贯通的输水孔，输水孔与贯穿孔和第一筒体的内部相连通；旋转装置包括相互连接的第二筒体和环形隔板，第二筒体与后钻杆固定连接，环形隔板的自由端伸入到第一筒体内部，且与第一简体转动连接，以及环形隔板上还设有开口。本发明避免了卡钻现象的发生。同时还具有操作便捷、退钻速度快和钻孔施工的工作效率高等优点。

Description

一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统及使用方法

技术领域

本发明涉及钻孔施工装备领域，特别涉及一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统及使用方法。

背景技术

钻孔施工是指在工程现场通过钻机连接钻具在地质体上加工成孔的操作。目前，钻孔施工被广泛应用于煤矿瓦斯抽放、注排水、地质勘探、钻孔卸压及边坡锚固等岩土工程中。而在钻孔施工过程中，随着钻孔深度的增加，钻屑堆积在钻孔中无法及时排出，造成钻杆无法转动、卡钻等问题，严重时还会出现埋钻、丢钻的情况。卡钻情况一旦出现，不仅会造成钻杆的损坏，降低钻具的使用寿命，而且会直接影响钻孔施工进度，降低工作效率。

为了解决上述问题，中国专利申请号201310051709.X公开了一种煤层钻孔防塌孔随钻钻进下套筒装置及钻孔方法，它是将套筒与钻杆一同钻进，之后从套筒内部退出麻花钻杆，将套筒留在钻孔中，在一定程度上避免了因塌孔造成的卡钻、退钻困难问题。然而，该设计施工工艺复杂，钻进效率低，而且将套筒留在钻孔中，既浪费了施工材料，又增加了钻孔施工的成本。

现有技术中还有一种防卡钻钻杆保护结构(专利号：201711331508.X)，以及中国专利申请号201510012163.6公开的一种防卡钻钻杆结构，都是设计运用密闭腔内的高压气体对钻孔进行清理，将钻屑带出孔外。然而，该装置只适用于少量钻屑的清理，无法清除造成卡钻的硬结核，另外，当钻孔内部存在裂隙或钻进距离较长时，所喷出的气体压力会减弱，无法将钻屑从钻孔内排出。

另外，上述两个文献公开的钻杆只能单向钻进，当在软煤层和夹矸煤层中钻孔施工时，这种单向钻进的钻杆容易出现碎矸石卡钻头或者煤层塌孔抱卡钻杆现象发生。

为了解决单向钻进钻杆带来的上述问题，目前有一种可以正反旋转的钻杆系统，比如：

中国专利申请号2012103213759公开了一种用于煤矿井下钻机的钻杆正反转连接装置，它是在钻杆和钻头杆之间设置一个连接装置，连接装置由第一、第二外花键和内花键套及弹簧圆柱销组成。该专利可以解决某些不严重的卡钻和抱卡钻杆现象，但是随着钻杆的高速旋转，花键的切口处受到强烈的动载荷影响，易发生疲劳断裂，另外，花键制造工艺复杂，需要专门设备，提高了生产成本。

中国专利申请号201410224253.7公开了一种实现螺纹连接式螺旋钻杆抱钻反转抽出装置，它包括至少2根螺纹连接式螺旋钻杆，钻杆间的螺纹连接处通过键槽和卡台固定。该专利虽然可以实现塌孔抱钻或卡钻时反转抽出，但是由于它的钻杆喷水是从钻头喷出，喷出的水用于湿式钻孔施工，随着钻孔深度的增加，卡钻或抱钻往往会出现在钻头以外的位置，由于钻身上没有喷水孔，即便是反转，钻屑堆积在钻孔中也无法及时排出，造成钻杆无法转动、卡钻等问题，虽然从钻头喷出的水也可以带出钻屑，但耗时很长，特别是深孔卡钻时，效果较差，无法彻底解决卡钻、埋钻及丢钻等问题。

因此现有技术有待进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明拟提供一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统及使用方法，用于解决钻孔施工过程中的卡钻、埋钻及丢钻等问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统，其特征在于，其包括依次设置的前钻杆、喷水装置、旋转装置和后钻杆，所述后钻杆与外部的钻机相连接；

所述前钻杆和后钻杆的内部轴向方向上均设有贯穿孔；

所述喷水装置包括相互连接的第一筒体和连接体，连接体与前钻杆固定连接；在第一筒体的侧壁上设有对称的多组喷水孔，且第一筒体的内侧壁上方设有限位挡块；在连接体上还设有贯通的输水孔，该输水孔与贯穿孔和第一筒体的内部相连通；

所述旋转装置包括相互连接的第二筒体和环形隔板，第二筒体与后钻杆固定连接；所述的环形隔板的自由端伸入到第一筒体内部，与第一筒体转动连接；所述环形隔板上还设有开口，喷水装置的限位挡块位于开口内；

其中，所述限位挡块用于限制环形隔板相对于第一筒体旋转至工作位或清洁位，当处于工作位时，环形隔板封堵住所述喷水孔；当处于清洁位时，环形隔板的开口与喷水孔相连通。

进一步地，所述第一筒体的内侧壁上设有向外突出的环状凸缘，所述环形隔板的上部外表面设有旋转卡槽，旋转卡槽与环状凸缘相配合。

进一步地，所述连接体为金属方形柱体，连接体通过螺栓与前钻杆固定连接。

进一步地，所述第二筒体的外表面设有多个切割齿，每个切割齿为向外突出的圆台形。

进一步地，所述第二筒体的内壁顶部设有内密封垫，第二筒体的底部设有外密封垫，内密封垫和外密封垫均通过两液混合硬化胶固定在第二筒体上。

本发明提供的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的使用方法，其包括以下步骤：

S1、开动钻机使后钻杆正转，带动旋转装置的环形隔板转动，通过限位挡块的限位作用，使环形隔板将喷水装置的喷水孔封堵住，接着，带动前钻杆转动；

S2、当钻机正转卡钻时，将钻机停止后反向旋转，使环形隔板反向转动，直至与限位挡块的另一侧接触，环形隔板的开口与喷水孔相连通，清洁水通过喷水孔和钻头喷出。

进一步地，所述步骤S2中，当所述钻机停止后反向旋转时，所述旋转装置上的切割齿旋转将钻孔内的硬结核进行松动或破坏。

进一步地，所述步骤S2之后还包括：

S3：当钻机反转无法解卡时，间隔设定时间变换钻机的旋转方向，使前钻杆和后钻杆正转，或前钻杆和后钻杆反转交替运行。

进一步地，所述设定时间一般为5-20S。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过钻机转动提供扭矩，带动后钻杆旋转并传递到旋转装置，接着，旋转装置的环形隔板与喷水装置的限位挡块相互配合，使扭矩继续向前钻杆传递，当钻机正转至工作位时，环形隔板将喷水装置上的喷水孔封堵住，使得清洁水通过输水孔和贯穿孔流入到钻头位置，进行湿式钻孔施工。当卡钻时，操作钻机反转至清洁位时，环形隔板的开口与喷水孔连通，使得清洁水从喷水孔和钻头中同时喷出，这样即便是深孔卡钻，也可以及时快速处理卡钻，达到清洁钻孔内钻屑的目的，从而避免了卡钻现象的发生。

2、本发明利用方形柱销与方形孔的相互配合，加上螺栓的固定，使得钻杆可实现正钻和反转，稳定性高，且结构简单，成本低。

3、本发明通过该装置正转和反转的交替，配合水流以及旋转装置上的切割齿，可迅速将堆积钻屑及造成卡钻的硬结核松动、破坏并在退钻过程中带出钻孔，有效防止了钻孔施工过程中的埋钻、卡钻及丢钻等问题。

4、该装置操作便捷，可行性高，极大地提高了退钻速度和钻孔施工的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的结构示意图；

图2是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的喷水装置的结构示意图；

图3是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的旋转装置的结构示意图；

图4是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的工作位状态示意图；

图5是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的清洁位状态示意图。

图6是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的正转过程喷水装置与旋转装置连接剖面图；

图7是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的反转过程喷水装置与旋转装置连接剖面图；

图8是图6沿A-A线的剖视图；

图9是图7沿C-C线的剖视图；

图10是图7沿B-B线的剖视图；

图11是图7沿D-D线的剖视图；

图12是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的内密封垫的结构示意图；

图13是本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的外密封垫的结构示意图。

图中：1-前钻杆，2-喷水装置，21-第一筒体，22连接体，23-喷水孔，24-限位挡块，25-输水孔，26-旋转凸缘，27-螺栓，3-旋转装置，31-第二筒体，32-环形隔板，33-开口，34-旋转卡槽，35-切割齿，36-内密封垫，37-外密封垫，4-后钻杆，5-贯穿孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1-11所示，本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统，其包括依次设置的前钻杆1、喷水装置2、旋转装置3和后钻杆4，后钻杆4与外部的钻机(图中未示出)相连接；钻机用于提供扭矩带动后钻杆4转动。

前钻杆1和后钻杆4的内部轴向方向上均设有贯穿孔5；贯穿孔5作为清洁水的输送通道。

喷水装置2包括相互连接的第一简体21和连接体22，第一筒体21的侧壁上对称设有多组喷水孔23，且第一筒体21的内侧壁上方设有限位挡块24，连接体22与前钻杆1固定连接，且连接体22上还设有贯通的输水孔25，输水孔25与贯穿孔5和第一筒体21的内部相连通；

旋转装置3包括相互连接的第二筒体31和环形隔板32，第二筒体31与后钻杆4固定连接，环形隔板32的自由端伸入到第一筒体21内部，且与第一筒体21转动连接，以及环形隔板32上还设有开口33，限位挡板24位于开口33内；在本实施例中，为了保证清洁水能经开口33均匀流入到喷水孔23中，开口33的大小与喷水孔23的分布面积相适配，优选地，本实施例中的环形隔板32被开口33分割呈两块圆弧板，两块圆弧板组成一个半圆弧。此时，限位挡块24设置两块，喷水孔在第一筒体21的分布面积也为半个圆筒，两块圆弧板旋转角度最大为45度。(对)本发明的限位挡块24用于限制环形隔板32相对于第一筒体21旋转至工作位或清洁位，当处于工作位时，环形隔板32封堵住喷水孔23；当处于清洁位时，开口33与喷水孔23相连通。

本发明通过钻机转动提供扭矩，带动后钻杆4旋转并传递到旋转装置3，接着，旋转装置3的环形隔板32与喷水装置2的限位挡块24相互配合，使扭矩继续向前钻杆1传递，当钻机正转至工作位时，环形隔板32将喷水装置2上的喷水孔23封堵住，使得清洁水通过输水孔25和贯穿孔5流入到钻头位置，当钻机反转至清洁位时，环形隔板32的开口33与喷水孔23连通，使得清洁水从喷水孔23中喷出，达到清洁钻孔内钻屑的目的，从而避免了卡钻现象的发生。同时，本发明还具有操作便捷、退钻速度快和钻孔施工的工作效率高等优点。

具体地，第一筒体21的内侧壁上设有向外突出的环状凸缘26，环形隔板32的上部外表面设有旋转卡槽34，旋转卡槽34与环状凸缘26相配合。本发明中，通过旋转卡槽34与环状凸缘26的相互配合，即可实现环形隔板32与第一筒体21的相对转动。

较佳地，为了提高连接体22与前钻杆1连接的牢固性，连接体22为金属方形柱体，连接体22通过螺栓27与前钻杆1固定连接。

本发明中，第二筒体31的外表面设有多个切割齿35，每个切割齿35为向外突出的圆台形。当第二筒体31旋转时，切割齿35可以将钻孔内的硬结核松动、破坏以达到解卡的目的。

参阅图12-13所示，为了提高密封性，第二筒体31的内壁顶部设有内密封垫36，第二筒体31的底部设有外密封垫37，内密封垫36和外密封垫37均通过两液混合硬化胶固定在第二筒体31上。

本发明的一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统的使用方法，其包括以下步骤：

S1、开动钻机使后钻杆4正转，带动旋转装置3的环形隔板32转动，通过限位挡块24的限位作用，使环形隔板32将喷水装置2的喷水孔23封堵住，接着，带动前钻杆1转动；

S2、当钻机正转卡钻时，将钻机停止后反向旋转，使环形隔板32反向转动，直至与限位挡块24的另一侧接触，环形隔板32的开口33与喷水孔23相连通，清洁水通过喷水孔23喷出，从而实现钻孔内钻屑的清理。

本发明的步骤S2中，当钻机停止后反向旋转时，旋转装置3上的切割齿35旋转将钻孔内的硬结核进行松动或破坏。

本发明的步骤S2之后还包括：

S3：当钻机反转无法解卡时，间隔设定时间变换钻机的旋转方向，使前钻杆1和后钻杆4正转，或前钻杆1和后钻杆4反转交替运行。优选地，设定时间一般为5-20S。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围。

Claims (8)

1.一种反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统，其特征在于，它包括依次设置的前钻杆、喷水装置、旋转装置和后钻杆，所述后钻杆与外部的钻机相连接；

所述前钻杆和后钻杆的内部轴向方向上均设有贯穿孔；

所述喷水装置包括相互连接的第一筒体和连接体，连接体与前钻杆固定连接；在第一筒体的侧壁上设有对称的多组喷水孔，且第一筒体的内侧壁上方设有限位挡块；在连接体上还设有贯通的输水孔，该输水孔与贯穿孔和第一筒体的内部相连通；

所述旋转装置包括相互连接的第二筒体和环形隔板，第二筒体与后钻杆固定连接；所述的环形隔板的自由端伸入到第一筒体内部，与第一筒体转动连接；所述环形隔板上还设有开口，喷水装置的限位挡块位于开口内；

其中，所述限位挡块用于限制环形隔板相对于第一筒体旋转至工作位或清洁位，当处于工作位时，环形隔板封堵住所述喷水孔；当处于清洁位时，环形隔板的开口与喷水孔相连通。

2.如权利要求1所述的反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统，其特征在于，所述第一筒体的内侧壁上设有向外突出的环状凸缘，所述环形隔板的上部外表面设有旋转卡槽，旋转卡槽与环状凸缘相配合。

3.如权利要求2所述的反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统，其特征在于，所述连接体为金属方形柱体，连接体通过螺栓与前钻杆固定连接。

4.如权利要求1所述的反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统，其特征在于，所述第二筒体的外表面设有多个切割齿，每个切割齿为向外突出的圆台形。

5.如权利要求1所述的反向旋转喷水式防卡钻钻杆系统，其特征在于，所述第二筒体的内壁顶部设有内密封垫，第二筒体的底部设有外密封垫，内密封垫和外密封垫均通过两液混合硬化胶固定在第二筒体上。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的基于反向旋转的防卡钻钻杆系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、开动钻机使后钻杆正转，带动旋转装置的环形隔板转动，通过限位挡块的限位作用，使环形隔板将喷水装置的喷水孔封堵住，接着，带动前钻杆转动；

S2、当钻机正转卡钻时，将钻机停止后反向旋转，使环形隔板反向转动，直至与限位挡块的另一侧接触，环形隔板的开口与喷水孔相连通，清洁水通过喷水孔和钻头喷出。

7.如权利要求6所述的基于反向旋转的防卡钻钻杆系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S2中，当所述钻机停止后反向旋转时，所述旋转装置上的切割齿旋转将钻孔内的硬结核进行松动或破坏。

8.如权利要求6所述的基于反向旋转的防卡钻钻杆系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S2之后还包括：

S3：当钻机反转无法解卡时，间隔设定时间变换钻机的旋转方向，使前钻杆和后钻杆正转，或前钻杆和后钻杆反转交替运行。