CN109538115B - 深井软煤岩棱状钻具钻进方法 - Google Patents
深井软煤岩棱状钻具钻进方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109538115B CN109538115B CN201811387089.6A CN201811387089A CN109538115B CN 109538115 B CN109538115 B CN 109538115B CN 201811387089 A CN201811387089 A CN 201811387089A CN 109538115 B CN109538115 B CN 109538115B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- drilling
- drill rod
- prismatic
- drill
- hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
Abstract
本发明公开了一种深井软煤岩棱状钻具钻进方法,属于钻探工程领域。本发明是为了解决棱状钻具应用于软煤岩钻进钻孔易偏斜、钻孔深度浅、钻孔事故多等技术问题。基于钻孔变形特征设计前端棱状钻杆结构,能够预防钻屑在钻孔孔底堆积;基于后段钻孔变形量确定后端棱状钻杆外径,使变形后钻孔的直径与钻杆外径大小接近,有效降低了钻杆的扰动,有利于减小钻孔弯曲;依据钻探介质确定钻进速度νd、钻杆旋转速度νr,使钻屑量与钻进速度相适应,有利于提高排渣效率,预防钻孔堵塞。本发明实现了“钻机‑棱状钻杆‑钻头‑排渣动力”的合理匹配,能够有效提升棱状钻杆应用于软煤岩的钻探效果。
Description
技术领域
本发明属于钻探工程技术领域,具体涉及一种深井软煤岩棱状钻具钻进方法。
背景技术
软弱煤岩层(煤岩坚固性系数f<1)钻进过程中,由于钻孔变形量大且易失稳破坏,造成钻孔孔底易存渣、钻孔易弯曲、钻进阻力大、排渣困难,致使钻孔深度浅、钻进效率低,同时钻进过程中卡钻、断钻等钻孔事故频发。针对软煤岩钻进难题,科研及工程人员开展了大量的研究,发明了系列棱状类钻具,例如,专利名称“非对称异型截面钻杆”(ZL200910064223.3)、“异型多棱刻槽钻杆”(ZL200910064973.0)、“软煤层钻进多翼内凹开放式仿生降阻护孔钻杆及钻进方法”(ZL201610062293.5),棱状类钻具的应用推进了我国软煤岩钻探工程技术水平的提高。基于岩石力学理论,钻进过程中,前段钻孔由钻孔前端面向外呈锥形变化趋势,如未充分考虑钻孔变形特征而盲目选择某一型号棱状钻杆施工,将难以发挥棱状钻杆的优势。选择的棱状类钻具外径过大,棱状钻具的旋转阻力将增大;选择的棱状类钻具外径过小,钻杆扰动大,钻孔易弯曲,钻屑容易在钻孔底部堆积。可见,棱状类钻具的应用缺乏科学的使用方法,难以发挥其最优使用效果。本发明针对棱状类钻具在深井软煤岩钻孔施工中存在的问题,建立了深井软煤岩棱状钻具钻进工艺体系,可有效改善棱状类钻具应用于软煤岩的钻探效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种深井软煤岩棱状钻具钻进方法,解决常规棱状钻具因缺乏科学的方法指导而导致钻孔孔底易存渣、钻孔易弯曲、钻进阻力大、钻孔深度浅、排渣效率低的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
深井软煤岩棱状钻具钻进方法,包括以下步骤:
①.根据钻头直径d0确定钻孔前段钻孔长度L0;
②.根据前段钻孔长度L0,确定前端棱状钻杆结构和长度L1;
③.根据后段钻孔变形量s确定后端棱状钻杆外径d1;
④.依据钻探介质属性确定钻进速度νd、钻杆旋转速度νr;
⑤.钻具连接方式依次为钻头、前端棱状钻杆和后端棱状钻杆,将钻具安装在钻机上,启动钻机钻进。
所述的步骤①前段钻孔长度L0为3d0~5d0。
所述的步骤②确定前端棱状钻杆结构和长度L1的具体方法为:前端棱状钻杆旋转外径由钻头端向外呈逐渐减小趋势,前端棱状钻杆与钻头连接端的大端外径与钻头直径相同,前端棱状钻杆与后端棱状钻杆连接端的小端外径与后端棱状钻杆外径相同;前端棱状钻杆的长度L1设计为5d0~15d0。
所述的步骤③确定后端棱状钻杆外径d1的具体方法为:d1=d0-2s。
所述的步骤④依据钻探介质确定钻进速度νd、钻杆旋转速度νr的具体方法为:
当钻探介质为煤时,钻进速度νd设计为0.1m/min~0.5m/min,钻杆旋转速度νr设计为180r/min~360r/min;当钻探煤和其他岩石的混合介质时,钻进速度νd设计为0.1m/min~0.6m/min,钻杆旋转速度νr设计为120r/min~240r/min;当钻探除煤以外的岩石介质时,钻进速度νd设计为0.2m/min~0.8m/min,钻杆旋转速度νr设计为100r/min~200r/min。
由于采用了上述方案,本发明具有以下效果:
①.基于钻孔变形特征设计与之相匹配的前端棱状钻杆结构,能够更加有效的预防钻屑在钻孔孔底堆积,从而提高排渣效率,预防钻孔堵塞,有利于提高软煤岩的钻孔深度和钻进效率;
②.基于后段钻孔变形量确定后端棱状钻杆外径,可以预防因钻杆外径过大而造成旋转阻力大的问题,使“钻机-钻杆-钻头-排渣动力”得到合理匹配,能够有效降低卡钻、断钻的概率;
③.基于后段钻孔变形量确定后端棱状钻杆外径,使变形后钻孔的直径与钻杆外径大小接近,钻杆的棱边能够对钻孔孔壁形成有效的支撑,减少了钻杆对钻孔形成不均匀的冲击,有利于降低塌孔的概率,也有利于减小钻孔的弯曲。
附图说明
图1是本发明示意图;
图2是前端棱状钻杆上视图;
图3是前端棱状钻杆A-A剖面图;
图4是前端棱状钻杆B-B剖面图;
图5是前端棱状钻杆C-C剖面图;
图6是前端棱状钻杆三维结构图;
图7是本发明钻具连接示意图;
图8是常规棱状钻杆外径过大切削煤岩体示意图;
图9是常规棱状钻杆外径过小钻屑堆积示意图。
具体实施方式
如图1~图7所示,深井软煤岩棱状钻具钻进方法,包括以下步骤:
①.根据钻头直径d0确定钻孔前段钻孔长度L0,前段钻孔长度L0为3d0~5d0。
②.根据前段钻孔长度L0,确定前端棱状钻杆2结构和长度L1,如图2、图3、图4、图5、图6所示,前端棱状钻杆2旋转外径由钻头1端向外呈逐渐减小趋势,前端棱状钻杆2与钻头1连接端的大端外径与钻头直径相同,前端棱状钻杆2与后端棱状钻杆3连接端的小端外径与后端棱状钻杆3外径相同;前端棱状钻杆2的长度L1设计为5d0~15d0。
③.根据后段钻孔变形量s确定后端棱状钻杆外径d1,确定后端棱状钻杆3外径d1的具体方法为:d1=d0-2s。
④.依据钻探介质属性确定钻进速度νd、钻杆旋转速度νr,当钻探介质为煤时,钻进速度νd设计为0.1m/min~0.5m/min,钻杆旋转速度νr设计为180r/min~360r/min;当钻探煤和其他岩石的混合介质时,钻进速度νd设计为0.1m/min~0.6m/min,钻杆旋转速度νr设计为120r/min~240r/min;当钻探除煤以外的岩石介质时,钻进速度νd设计为0.2m/min~0.8m/min,钻杆旋转速度νr设计为100r/min~200r/min。
⑤.钻具连接方式依次为钻头1、前端棱状钻杆2和后端棱状钻杆3,将钻具安装在钻机上,启动钻机钻进。
下面介绍一下本发明实施钻进原理:
如图8所示,当常规棱状钻杆7尺寸选择未考虑钻孔变形量时,有可能选择的常规棱状钻杆7旋转外径过大,参考钻孔变形后的边界线4、钻孔未变形的边界线5位置,该情况下,常规棱状钻杆7与钻孔周围煤岩体之间呈挤压状态,并且,伴随常规棱状钻杆7旋转,不断切削钻孔周围煤岩体,致使钻屑量增多,钻进阻力增大,容易造成卡钻、断钻等孔内事故,致使钻孔深度浅、钻进效率低等问题。
如图9所示,当选择的常规棱状钻杆7旋转外径过小时,常规棱状钻杆7周围的间隙较大,导致钻杆在孔内扰动角度增大,不仅不利于排渣,还容易造成钻孔偏斜,致使钻孔偏离了设计方向,特别是施工瓦斯抽放钻孔,钻孔偏斜较大时,容易致使煤体中形成宽度较大的盲区,为后期的开采埋下安全隐患;此外,当排渣动力不稳定或出现塌孔、喷孔等动力现象时,钻屑容易在钻孔前端的锥形空间内形成底部堆积8,不利于钻屑排出,钻孔发生堵塞的概率将升高。
如图1~图7所示,由于设计了与钻孔前段变形特征相匹配的前端棱状钻杆2,降低了钻屑在钻孔前端堆积造成钻孔堵塞的概率,克服了以往等径钻杆前段钻孔锥形空间内煤渣不尽的难题;在钻孔施工过程中,前段钻孔的长度一般在5d0~15d0范围之内,因此,后段钻孔的长度为钻孔的主体长度,后段钻孔与钻杆尺寸的匹配情况决定着钻进阻力、钻杆扰动的大小,考虑后段钻孔变形量设计后端棱状钻杆3外径的方法,保障了棱状钻杆最大旋转外径与钻孔变形后的边界线4接近,减少了钻杆与钻孔之间的间隙,有效降低了钻杆的扰动,有利于降低施工钻孔的偏斜程度。
Claims (5)
1.深井软煤岩棱状钻具钻进方法,其特征在于:包括以下步骤:
①.根据钻头直径d0确定钻孔前段钻孔长度L0;
②.根据前段钻孔长度L0,确定前端棱状钻杆结构和长度L1;
③.根据后段钻孔变形量s确定后端棱状钻杆外径d1;
④.依据钻探介质属性确定钻进速度νd、钻杆旋转速度νr;
⑤.钻具连接方式依次为钻头、前端棱状钻杆和后端棱状钻杆,将钻具安装在钻机上,启动钻机钻进。
2.根据权利要求1所述的深井软煤岩棱状钻具钻进方法,其特征在于:所述的步骤①前段钻孔长度L0为3d0~5d0。
3.根据权利要求1所述的深井软煤岩棱状钻具钻进方法,其特征在于:所述的步骤②确定前端棱状钻杆结构和长度L1的具体方法为:前端棱状钻杆旋转外径由钻头端向外呈逐渐减小趋势,前端棱状钻杆与钻头连接端的大端外径与钻头直径相同,前端棱状钻杆与后端棱状钻杆连接端的小端外径与后端棱状钻杆外径相同;前端棱状钻杆的长度L1设计为5d0~15d0。
4.根据权利要求1所述的深井软煤岩棱状钻具钻进方法,其特征在于:所述的步骤③确定后端棱状钻杆外径d1的具体方法为:d1=d0-2s。
5.根据权利要求1所述的深井软煤岩棱状钻具钻进方法,其特征在于:所述的步骤④依据钻探介质确定钻进速度νd、钻杆旋转速度νr的具体方法为:
当钻探介质为煤时,钻进速度νd设计为0.1 m/min~0.5 m/min,钻杆旋转速度νr设计为180 r/min~360 r/min;当钻探煤和其他岩石的混合介质时,钻进速度νd设计为0.1 m/min~0.6 m/min,钻杆旋转速度νr设计为120 r/min~240 r/min;当钻探除煤以外的岩石介质时,钻进速度νd设计为0.2 m/min~0.8 m/min,钻杆旋转速度νr设计为100 r/min~200 r/min。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811387089.6A CN109538115B (zh) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | 深井软煤岩棱状钻具钻进方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811387089.6A CN109538115B (zh) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | 深井软煤岩棱状钻具钻进方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109538115A CN109538115A (zh) | 2019-03-29 |
CN109538115B true CN109538115B (zh) | 2020-04-07 |
Family
ID=65848559
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811387089.6A Active CN109538115B (zh) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | 深井软煤岩棱状钻具钻进方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109538115B (zh) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2104284U (zh) * | 1991-09-30 | 1992-05-13 | 陕西省一八六煤田地质勘探队 | 井下恒压钻进装置 |
CN2764936Y (zh) * | 2004-10-26 | 2006-03-15 | 河南理工大学 | 杆体全长可回收树脂金属锚杆 |
CN201103347Y (zh) * | 2007-12-02 | 2008-08-20 | 田建伟 | 圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆 |
JP2011089292A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Elephant World:Kk | 除去装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
PE20190551A1 (es) * | 2016-09-23 | 2019-04-16 | Joy Global Underground Mining Llc | Dispositivo de corte de roca |
-
2018
- 2018-11-21 CN CN201811387089.6A patent/CN109538115B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2104284U (zh) * | 1991-09-30 | 1992-05-13 | 陕西省一八六煤田地质勘探队 | 井下恒压钻进装置 |
CN2764936Y (zh) * | 2004-10-26 | 2006-03-15 | 河南理工大学 | 杆体全长可回收树脂金属锚杆 |
CN201103347Y (zh) * | 2007-12-02 | 2008-08-20 | 田建伟 | 圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆 |
JP2011089292A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Elephant World:Kk | 除去装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109538115A (zh) | 2019-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ITTO970734A1 (it) | Punta per trivellazioni con elementi a file interne per il taglio a fratturazione. | |
CN204804696U (zh) | 一种防塌孔型内凹多翼金刚石复合片钻头 | |
CN109057715A (zh) | 一种切削硬质地层的复合pdc提速钻头 | |
CN109538115B (zh) | 深井软煤岩棱状钻具钻进方法 | |
CN208203137U (zh) | 一种内凸pdc钻头 | |
CN208456542U (zh) | 钻井用领眼式划眼工具 | |
CN203081286U (zh) | 防塌孔钻具 | |
CN210217652U (zh) | 防捂钻杆以及防捂钻 | |
CN211342787U (zh) | 一种破岩效率高的钻井钻头 | |
CN201292773Y (zh) | 一种用于软硬交互地层钻进的pdc钻头 | |
WO2020007343A1 (zh) | 一种固定切削结构-牙轮复合钻头 | |
CN206326748U (zh) | 一种硬质木板专用钻头 | |
CN207647469U (zh) | 适用于小井眼盐层定向的pdc钻头 | |
CN104960045A (zh) | 一种木材专用钻孔钻头 | |
CN220081329U (zh) | 一种适用于软硬交错地层的射流式复合齿钻头 | |
CN104832097A (zh) | 一种新型阶梯钻头 | |
CN109472101B (zh) | 深井软煤岩流体排渣钻进方法 | |
US3289776A (en) | Underdrilling bit | |
CN204867560U (zh) | 一种新型冷壳钻头 | |
CN212508090U (zh) | Nbc钻头 | |
CN108843264B (zh) | 线切削式多功能铣锥 | |
CN211081711U (zh) | 一种具有扩划眼功能的pdc钻头 | |
CN214836120U (zh) | 一种用于矿山井下钻探可减震的井底扩孔钻头 | |
CN204646112U (zh) | 一种冲击钻头 | |
CN217300472U (zh) | 一种防卡钻头 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |