CN110067509B - 可以钻进定向先导孔的反井钻机及定向先导孔的施工工艺 - Google Patents

可以钻进定向先导孔的反井钻机及定向先导孔的施工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可以钻进定向先导孔的反井钻机及定向先导孔的施工工艺，包括反井钻机主机、主机钢梁、钻机底座、快速移动装置、扶正装置、夹紧装置和组合钻具；反井钻机主机铰接安装在所述钻机底座上；快速移动装置包括快移液压油缸和牵引板，牵引板安装在主机钢梁上，快移液压油缸的一端与钻机底座铰接，快移液压油缸的另一端与牵引板铰接；钻机底座在快移液压油缸的驱动下，在主机钢梁上做往复直线运动；主机钢梁上固定安装有框架，扶正装置与框架的下端面固定连接，夹紧装置与框架的上端面固定连接；组合钻具的上端与反井钻机主机的动力输出端驱动连接。本发明可以减少反井施工装备的投入，节约成本，同时也缩短了施工工期，降低施工风险。

Description

可以钻进定向先导孔的反井钻机及定向先导孔的施工工艺
技术领域
本发明涉及反井工程施工技术领域。具体地说是一种可以钻进定向先导孔的反井钻机。
背景技术
采用反井钻机施工斜、竖井是一种高效的机械化施工工艺，该施工方法在煤矿、金属矿山、水电站、隧道等工程领域得到了广泛应用，其工艺流程如下：
1)正钻反井先导孔；
2)反井钻机扩孔刀盘的井下运输、安装；
3)反井钻机上拉成井；
4)渣土装运。
对于比较浅的竖井反井先导孔的施工，采用反井钻机本身钻进就可以满足工程精度要求；而对于深度比较大或者地层比较复杂的竖井反井、斜井反井先导孔的施工，则必须采用测斜、定向技术方可达到施工的精度要求。
目前，反井定向先导孔的施工均采用专用的定向斜井导孔钻机施工，受到导孔钻机能力制约，钻孔直径较小，至少需要增加一次扩孔施工，才能满足反井钻机沿先导孔下放钻杆，安装扩孔刀盘的要求；由于定向斜井导孔钻机钻杆较细，易出现断杆事故；采用定向斜井导孔钻机也增加了设备的投入，同时也增加一次钻机基础施工，即增加成本，又增长工期。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题一种可以钻进定向先导孔的反井钻机，减少反井施工装备的投入，即节约成本、也缩短了施工工期，同时也可降低施工风险。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种可以钻进定向先导孔的反井钻机，包括反井钻机主机、主机钢梁、钻机底座、快速移动装置、扶正装置、夹紧装置和组合钻具；所述反井钻机主机铰接安装在所述钻机底座上；所述快速移动装置包括快移液压油缸和牵引板，所述牵引板安装在所述主机钢梁上，所述快移液压油缸的一端与所述钻机底座铰接，所述快移液压油缸的另一端与所述牵引板铰接；所述钻机底座在所述快移液压油缸的驱动下，在所述主机钢梁上做往复直线运动；所述主机钢梁上固定安装有框架，所述扶正装置与所述框架的下端面固定连接，所述夹紧装置与所述框架的上端面固定连接；所述组合钻具的上端与所述反井钻机主机的动力输出端驱动连接。
上述可以钻进定向先导孔的反井钻机，所述扶正装置包括扶正油缸、滑轨、U形板和扶正油缸支架；所述扶正油缸与所述扶正油缸支架固定安装在一起，两个相互平行的所述滑轨的两端分别固定安装有一个所述扶正油缸支架；每个所述扶正油缸的活塞杆自由端与一个所述U形板驱动连接，两个所述U形板的开口相对；所述U形板的两端在所述滑轨上滑动；所述滑轨与所述框架的下端面固定连接。
上述可以钻进定向先导孔的反井钻机，所述夹紧装置包括插板油缸、插板、插板座和滑衬；所述插板座与所述框架上端面固定连接；所述插板座上设有插板滑槽，所述插板滑槽内固定安装有滑衬，所述插板的两侧边分别位于插板滑槽内；所述插板油缸与所述插板座固定连接；所述插板油缸的活塞杆自由端与所述插板的固定连接；所述插板油缸驱动所述插板沿所述插板滑槽往复直线运动。
上述可以钻进定向先导孔的反井钻机，所述组合钻具包括反井先导组合钻具和具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具；所述反井先导组合钻具自上到下包括3根钻杆和牙轮钻头；所述钻杆的直径为254mm、长度为1.2m；所述牙轮钻头的直径为311mm。
上述可以钻进定向先导孔的反井钻机，所述反井先导测斜定向组合钻具自上到下包括钻杆、第一过渡接头、无磁钻铤、第二过渡接头、螺杆和牙轮钻头；所述无磁钻铤的直径为203mm、长度为9m；所述螺杆(8-6)的直径为203mm、长度为9m。
上述可以钻进定向先导孔的反井钻机，所述快移液压油缸的缸体与所述钻机底座铰接，所述快移液压油缸的活塞杆自由端与所述牵引板铰接。
上述可以钻进定向先导孔的反井钻机，所述主机钢梁上沿直线相间分布有2个或2个以上的所述牵引板。
上述定向先导孔的施工工艺，包括如下步骤：
(A)利用上述可以钻进定向先导孔的反井钻机，按照设计倾角采用普通反井先导孔钻具组合开孔钻进先导孔；
(B)钻进至井深可以容纳具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具的时候，利用反井钻机从钻孔内提出反井钻杆和钻头；
(C)利用快速移动装置牵拉钻机底座，使得钻机底座及安装在上面的反井钻机主机在所述主机钢梁上滑动，直至让出先导孔孔口；
(D)通过井口吊车把随钻测斜、定向钻具组合放入到已经钻好的先导孔内，并利用夹紧装置将随钻测斜、定向钻具组合与主机钢梁相对固定；
(E)再利用快速移动装置推动钻机底座，使得钻机底座及安装在上面的反井钻机主机在所述主机钢梁上滑动，直至到达先导孔孔口位置，并固定钻机底座；
(F)反井钻机钻杆连接随钻测斜、定向组合钻具进行测斜、定向钻进，直至钻透先导孔。
上述定向先导孔的施工工艺，设计倾角为50°-90°。
上述定向先导孔的施工工艺，钻进至井深20m的时候，利用反井钻机从钻孔内提出反井钻杆和钻头。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本发明的可以钻进定向先导孔的反井钻机，减少反井施工装备的投入，节约成本，同时也缩短了施工工期，降低施工风险。
本发明的扶正装置在安装反井先导测斜定向组合钻具过程中，可以调整反井先导测斜定向组合钻具的位置，扶正反井先导测斜定向组合钻具，从而使反井钻机主机可以准确的与组合钻具对正，防止反井先导测斜定向组合钻具跑偏；扶正装置进行纠斜扶正的角度为15-20°。
本发明的夹紧装置在安装反井先导测斜定向组合钻具过程中，可以将反井先导测斜定向组合钻具夹紧在主机钢梁上，同时在夹紧装置的插板滑槽内固定安装有滑衬，滑衬为锻造的板料，耐磨程度高，耐压性能优越，可以防止因安装反井先导测斜定向组合钻具时扭矩过大，造成钻杆折断的问题。
附图说明
图1本发明的一种可以钻进定向先导孔的反井钻机的结构示意图；
图2本发明的一种可以钻进定向先导孔的反井钻机的快速移动装置的结构示意图；
图3本发明的一种可以钻进定向先导孔的反井钻机的扶正装置的俯视结构示意图；
图4本发明的一种可以钻进定向先导孔的反井钻机的夹紧装置、框架和扶正装置结构示意图；
图5本发明的一种可以钻进定向先导孔的反井钻机的夹紧装置、框架和扶正装置的俯视结构示意图；
图6本发明的一种可以钻进定向先导孔的反井钻机的反井先导组合钻具的结构示意图；
图7本发明的一种可以钻进定向先导孔的反井钻机的反井先导测斜定向组合钻具的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-快速移动装置；2-反井钻机主机；3-钻机底座；4-扶正装置；5-夹紧装置；6-主机钢梁；7-框架；1-1-快移液压油缸；1-2- 牵引板；4-1-扶正油缸；4-2-滑轨；4-3-U形板；4-4-扶正油缸支架；5-1- 插板油缸；5-2-插板；5-3-插板座；5-4-滑衬；8-1-钻杆；8-2-牙轮钻头； 8-3-第一过渡接头；8-4-无磁钻铤；8-5-第二过渡接头；8-6-螺杆。
具体实施方式
如图1所示的一种可以钻进定向先导孔的反井钻机，包括反井钻机主机 2、主机钢梁6、钻机底座3、快速移动装置1、扶正装置4、夹紧装置5和组合钻具；所述反井钻机主机2铰接安装在所述钻机底座3上；如图2所示的所述快速移动装置1包括快移液压油缸1-2和牵引板1-1，所述牵引板1-1 安装所述主机钢梁6上，并且所述主机钢梁6上沿直线相间分布有2个或2 个以上的所述牵引板1-1，所述快移液压油缸1-2的缸体与所述钻机底座3 铰接，所述快移液压油缸1-2的活塞杆自由端与所述牵引板1-1铰接；所述钻机底座3在所述快移液压油缸1-2的驱动下，在所述主机钢梁6上做往复直线运动；所述主机钢梁6上固定安装有框架7，所述扶正装置4与所述框架7的下端面固定连接，所述夹紧装置5与所述框架7的上端面固定连接；所述组合钻具的上端与所述反井钻机主机2的动力输出端驱动连接。
如图3所示，所述扶正装置4包括扶正油缸4-1、滑轨4-2、U形板4-3 和扶正油缸支架4-4；所述扶正油缸4-1与所述扶正油缸支架4-4固定安装在一起，两个相互平行的所述滑轨4-2的两端分别固定安装有一个所述扶正油缸支架4-4；每个所述扶正油缸4-1的活塞杆自由端与一个所述U形板4-3 驱动连接，两个所述U形板4-3的开口相对；所述U形板4-3的两端在所述滑轨4-2上滑动；所述滑轨4-2与所述框架7的下端面固定连接。所述扶正装置4在安装反井先导测斜定向组合钻具过程中可以调整组合钻具的位置，扶正组合钻具，从而使反井钻机主机可以准确的与组合钻具对正，防止组合钻具跑偏；进行纠斜扶正的角度为15-20°。
如图4和图5所示，所述夹紧装置5包括插板油缸5-1、插板5-2、插板座5-3和滑衬5-4；所述插板座5-3与所述框架7上端面固定连接；所述插板座5-3上设有插板滑槽，所述插板滑槽内固定安装有滑衬5-4，所述插板5-2的两侧边分别位于插板滑槽内；所述插板油缸5-1与所述插板座5-3 固定连接；所述插板油缸5-1的活塞杆自由端与所述插板5-2的固定连接；所述插板油缸5-1驱动所述插板5-2沿所述插板滑槽往复直线运动。
将反井先导测斜定向组合钻具安装在反井钻机过程中，反井钻机需要反转几圈，这时反井钻机扭矩较大，产生10-20MPa的压力，容易造成钻杆折断。采用夹紧装置5可将组合钻具夹紧在主机钢梁6上。同时滑衬5-4为锻造的板料，其材质为锰钢合金材料，耐磨程度高，耐压性能优越，可以抵抗 10-20MPa的压力，有效防止钻杆的折断。
如图7和图6所示，所述组合钻具包括反井先导组合钻具和反井先导测斜定向组合钻具。所述反井先导组合钻具自上到下包括3根钻杆8-1和1个牙轮钻头8-2；所述钻杆8-1的直径为254mm、长度为1.2m；所述牙轮钻头 8-2的直径为311mm。所述反井先导测斜定向组合钻具自上到下包括钻杆8-1、第一过渡接头8-3、无磁钻铤8-4、第二过渡接头8-5、螺杆8-6和牙轮钻头8-2；所述无磁钻铤8-4的直径为203mm、长度为9m；所述螺杆8-6的直径为203mm、长度为9m。
定向先导孔的施工工艺，包括如下步骤：
(A)利用上述可以钻进定向先导孔的反井钻机，按照设计倾角(50 °-90°)采用普通反井先导孔钻具组合开孔钻进先导孔；
(B)钻进至井深深20m的时候，利用反井钻机从钻孔内提出反井钻杆和钻头；
(C)利用快速移动装置1牵拉钻机底座3，使得钻机底座3及安装在上面的反井钻机主机2在所述主机钢梁6上滑动，直至让出先导孔孔口；
(D)通过井口吊车把随钻测斜、定向钻具组合(具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具)放入到已经钻好的先导孔内，并利用夹紧装置 5将随钻测斜、定向钻具组合与主机钢梁6相对固定；
(E)再利用快速移动装置1推动钻机底座3，使得钻机底座3及安装在上面的反井钻机主机2在所述主机钢梁6上滑动，直至到达先导孔孔口位置，并固定钻机底座3；
(F)反井钻机钻杆连接随钻测斜、定向组合钻具进行测斜、定向钻进，直至钻透先导孔。
钻进至井深20m的时候，利用反井钻机从钻孔内提出反井钻杆和钻头。
具体详细的工作原理如下：
先导孔施工时，首先进行反井钻机主机2的找正、将反井钻机主机2安装在所述钻机底座3上；然后反井钻机先连接反井先导组合钻具(现有技术中正常反井导孔施工使用的钻具组合)进行先导孔钻进，钻进至20米左右深度后，提出反井先导组合钻具，再使用快移液压油缸1-2拉动钻机底座3，使得安装在钻机底座3上的反井钻机主机2在主机钢梁6上滑动；由于反井钻机体积较大，快移液压油缸1-2一次牵拉不能将反井钻机移动到位，本实施例采用迈步式移动的方案：快移液压油缸1-2拉动反井钻机底座一次且到位之后，将将活塞杆自由端从牵引板1-2上拆卸下来，向油缸内充油，使得活塞杆自由端伸到远处相邻的另一个牵引板1-2处，并将二者铰接连接，重新启动快移液压油缸1-1，再次对反井钻机底座3进行牵拉，如此反复牵拉，直至反井钻机让出先导孔孔口(也可以只在主机钢梁6上安装一个牵引板 1-2，此牵引板1-2与主机钢梁6为可拆卸连接，快移液压油缸1-2牵拉反井钻机底座一次且到位之后，将牵引板1-2与主机钢梁6拆卸开，向油缸内充油，使得活塞杆自由端与牵引板1-2一起伸到远处且到位之后，重新将牵引板1-2与主机钢梁6相对固定，重新启动快移液压油缸1-1，再次对反井钻机底座3进行牵拉，如此反复牵拉，直至反井钻机让出先导孔孔口。使用吊车将所述反井先导测斜定向组合钻具下放进入前面已钻成的反井先导孔中，控制夹紧装置5的插板油缸5-1，用插板5-2夹紧反井先导测斜定向组合钻具，并使用扶正装置4的两个开口相对的U形板4-3可以夹紧反井先导测斜定向组合钻具，从而将反井先导测斜定向组合钻具加紧固定在所述主机钢梁6上；防止因安装反井先导测斜定向组合钻具过程中扭矩过大，造成钻杆8-1折断。
再采用迈步式移动的方案使用快移液压油缸1-2推动钻机底座3(与牵拉钻机底座3远离先导孔孔口的方式刚好相反)，使反井钻机主机2滑动到先导孔孔口位置，然后连接反井钻机主机2与反井先导测斜定向组合钻具，在安装反井先导测斜定向组合钻具过程中，扶正装置4的控制扶正油缸4-1 使得U形板4-3的两端在滑轨4-2上滑动，调整反井先导测斜定向组合钻具的位置，使得反井钻机主机2与反井先导测斜定向组合钻具更准确的对正。然后连接反井钻机主机2和钻杆8-1，在插板滑槽内固定安装有滑衬5-4，滑衬为自主锻造的板料，耐磨程度高，耐压性能优越，可以防止因安装反井先导测斜定向组合钻具时扭矩过大，造成钻杆8-1折断的问题。
安装反井先导测斜定向组合钻具完毕后，打开夹紧装置5和扶正装置4，然后通过反井先导测斜定向组合钻具完成先导孔的钻进工作。
由于具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具很长，而现有技术中正常反井导孔施工使用的钻杆仅一米多，反井钻机动力头上下活动空间有限，现有的反井钻机没有足够的空间直接安装和使用具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具，因此现有技术中是采用定向斜井导孔钻机先钻出一个可以容纳具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具的导孔，将具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具放入这个钻好导孔内，然后拆卸掉定向斜井导孔钻机，再安装反井钻机，进行导孔钻进。这种方式一是增加了一次定向斜井导孔钻机的设备投入，并且还增加了一次钻机基础施工，使得成本增加及工期延长；并且如果导孔钻进过程中万一遇到钻头损坏等需要更换，由于反井钻机动力头上下活动空间所限，就必须得拆除掉反井钻机才可以从导孔内取出具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具。采用本实施例的反井钻机，可以先利用反井钻机和正常反井先导组合钻具钻进一个20m左右深的导孔以便容纳具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具，然后利用快速移动装置移动反井钻机，这样可以让出先导孔孔口位置以便向钻好的导孔内下放具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具，下放到位之后利用夹紧装置将具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具与主机钢梁6相对固定，再利用快速移动装置移动反井钻机至先导孔孔口位置，安装连接反井钻进动力头和具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具，从而可以进行先导孔的钻进，随着钻进的进行，不断安装钻杆，可以实现深度比较大或者地层比较复杂的竖井反井、斜井反井先导孔的施工，而具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具具有随钻测斜及自动纠偏的功能，从而确保了施工的精度要求，减少反井施工装备的投入，节约成本的同时也缩短了施工工期，同时也可降低了施工风险。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (7)

1.定向先导孔的施工工艺，其特征在于，通过能够钻进定向先导孔的反井钻机进行定向先导孔的施工；
能够钻进定向先导孔的反井钻机，包括反井钻机主机（2）、主机钢梁（6）、钻机底座（3）、快速移动装置（1）、扶正装置（4）、夹紧装置（5）和组合钻具；所述反井钻机主机（2）铰接安装在所述钻机底座（3）上；所述快速移动装置（1）包括快移液压油缸（1-2）和牵引板（1-1），所述牵引板（1-1）安装在所述主机钢梁（6）上，所述快移液压油缸（1-2）的一端与所述钻机底座（3）铰接，所述快移液压油缸（1-2）的另一端与所述牵引板（1-1）铰接；所述钻机底座（3）在所述快移液压油缸（1-2）的驱动下，在所述主机钢梁（6）上做往复直线运动；所述主机钢梁（6）上固定安装有框架（7），所述扶正装置（4）与所述框架（7）的下端面固定连接，所述夹紧装置（5）与所述框架（7）的上端面固定连接；所述组合钻具的上端与所述反井钻机主机（2）的动力输出端驱动连接；
所述扶正装置（4）包括扶正油缸（4-1）、滑轨（4-2）、U形板（4-3）和扶正油缸支架（4-4）；所述扶正油缸（4-1）与所述扶正油缸支架（4-4）固定安装在一起，两个相互平行的所述滑轨（4-2）的两端分别固定安装有一个所述扶正油缸支架（4-4）；每个所述扶正油缸（4-1）的活塞杆自由端与一个所述U形板（4-3）驱动连接，两个所述U形板（4-3）的开口相对；所述U形板（4-3）的两端在所述滑轨（4-2）上滑动；所述滑轨（4-2）与所述框架（7）的下端面固定连接；
所述夹紧装置（5）包括插板油缸（5-1）、插板（5-2）、插板座（5-3）和滑衬（5-4）；所述插板座（5-3）与所述框架（7）上端面固定连接；所述插板座（5-3）上设有插板滑槽，所述插板滑槽内固定安装有滑衬（5-4），所述插板（5-2）的两侧边分别位于插板滑槽内；所述插板油缸（5-1）与所述插板座（5-3）固定连接；所述插板油缸（5-1）的活塞杆自由端与所述插板（5-2）的固定连接；所述插板油缸（5-1）驱动所述插板（5-2）沿所述插板滑槽往复直线运动；
定向先导孔的施工工艺具体包括如下步骤：
（A）利用能够钻进定向先导孔的反井钻机，按照设计倾角采用普通反井先导孔钻具组合开孔钻进先导孔；
（B）钻进至井深能够容纳具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具的时候，利用反井钻机从钻孔内提出反井钻杆和钻头；
（C）利用快速移动装置（1）牵拉钻机底座（3），使得钻机底座（3）及安装在上面的反井钻机主机（2）在所述主机钢梁（6）上滑动，直至让出先导孔孔口；
（D）通过井口吊车把随钻测斜、定向钻具组合放入到已经钻好的先导孔内，并利用夹紧装置（5）将随钻测斜、定向钻具组合与主机钢梁（6）相对固定；
（E）再利用快速移动装置（1）推动钻机底座（3），使得钻机底座（3）及安装在上面的反井钻机主机（2）在所述主机钢梁（6）上滑动，直至到达先导孔孔口位置，并固定钻机底座（3）；
（F）反井钻机钻杆连接随钻测斜、定向组合钻具进行测斜、定向钻进，直至钻透先导孔。
2.根据权利要求1所述的定向先导孔的施工工艺，其特征在于，所述组合钻具包括反井先导组合钻具和具有随钻测斜仪的反井先导测斜定向组合钻具；所述反井先导组合钻具自上到下包括3根钻杆（8-1）和牙轮钻头（8-2）；所述钻杆（8-1）的直径为254mm、长度为1.2m；所述牙轮钻头（8-2）的直径为311mm。
3.根据权利要求2所述的定向先导孔的施工工艺，其特征在于，具有随钻测斜仪的所述反井先导测斜定向组合钻具自上到下包括钻杆（8-1）、第一过渡接头（8-3）、无磁钻铤（8-4）、第二过渡接头（8-5）、螺杆（8-6）和牙轮钻头（8-2）；所述无磁钻铤（8-4）的直径为203mm、长度为9m；所述螺杆（8-6）的直径为203mm、长度为9m。
4.根据权利要求1所述的定向先导孔的施工工艺，其特征在于，所述快移液压油缸（1-2）的缸体与所述钻机底座（3）铰接，所述快移液压油缸（1-2）的活塞杆自由端与所述牵引板（1-1）铰接。
5.根据权利要求1所述的定向先导孔的施工工艺，其特征在于，所述主机钢梁（6）上沿直线相间分布有2个或2个以上的所述牵引板（1-1）。
6.根据权利要求1所述的定向先导孔的施工工艺，其特征在于，设计倾角为50°-90°。
7.根据权利要求1所述的定向先导孔的施工工艺，其特征在于，钻进至井深20m的时候，利用反井钻机从钻孔内提出反井钻杆和钻头。
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