CN113550707A - 一种取样封孔测压钻具及取样封孔测压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种取样封孔测压钻具，该钻具包括双壁钻杆，双壁钻杆包括同心设置的钻杆内管和钻杆外壁，钻杆外壁为双层结构，内层为管状结构，外层的中间段为胶囊，钻杆内管与钻杆外壁内层之间沿轴向具有环形空间，钻杆外壁的后端外层与内层之间沿轴向设有加压通道，胶囊和钻杆外壁内层之间形成的空间与加压通道连通，双壁钻杆后端螺丝扣顺序连接带有压力传感器的测压器，阀门通过高压胶管与手动增压泵连接，手动增压泵通过双壁钻杆后端的加压通道，对钻杆外壁的胶囊进行加压膨胀，在所述双壁钻杆的前端连接钻头。本发明同时提供一种取样封孔测压钻具的取样封孔测压方法，本发明可随钻随取、停钻可封、全段封孔、压力自动观测、自动生成压力曲线。

Description

一种取样封孔测压钻具及取样封孔测压方法
技术领域
本发明涉及深孔定点取样及瓦斯压力测定钻孔快速封孔技术领域，特别涉及一种取样封孔测压钻具及取样封孔测压方法。
背景技术
目前瓦斯含量测定时采集煤样过程中大部分矿井的取样方法还是麻花钻杆、岩心管取样等，该方法取样受钻孔内残粉的影响，无法对取样位置做出准确标定，同时取样时间较长，不符合煤层瓦斯含量井下直接测定方法(GB/T23250-2009)中取样时间不超过5min的要求。导致测定过程中损失量较大，测定结果偏小。在瓦斯压力测定过程中均需要在煤巷或岩巷利用钻机向煤体施工测压钻孔，当钻孔进入或穿过煤体后停止钻进退出钻头及钻杆，在对钻孔进行封孔测压。目前大部分矿井采用的封孔方式为水泥砂浆封孔及“两堵一注”封孔，封孔注浆前均需要下入测压管，并且在完成封孔工作24h后，待水泥初凝具有一定强度时才能安装阀门及压力表，测压时间延长的同时可能造成钻孔卸压。有时也会因撤钻过程中形成塌孔而无法将测压管伸入指定位置，造成该钻孔无法进行测压工作。
发明内容
本发明的目的是针对目前普通钻杆无法实现定点快速取样，同时在取样完成后需退出钻杆再向钻孔内伸入测压管及注浆管进行注浆封孔、安装压力表所造成工序繁琐问题，提供一种随钻随取、停钻可封、全段封孔、压力自动观测、自动生成压力曲线的取样封孔测压钻杆。利用该钻杆打钻到指定位置煤层时通过接入压风利用反循环原理即可完成取样，取样完成后无需退出钻杆，在钻杆尾端安装测压器，再通过测压器上安装的阀门利用手动增压泵对钻杆外壁的胶囊进行加压封孔，测压器上装有无线压力传感器，可自动记录测压日期、瓦斯压力值及压力曲线，通过无线传输信号将测试数据上传到监控系统后在井上电脑屏幕上显示，完成该钻孔内瓦斯压力测试及测试数据的记录。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种取样封孔测压钻具，该钻具包括双壁钻杆，所述双壁钻杆包括同心设置的钻杆内管和钻杆外壁，钻杆外壁为双层结构，内层为管状结构，外层的中间段为胶囊，钻杆内管与钻杆外壁内层之间沿轴向具有环形空间，钻杆外壁的后端外层与内层之间沿轴向设有加压通道，胶囊和钻杆外壁内层之间形成的空间与加压通道连通，双壁钻杆后端螺丝扣顺序连接带有压力传感器的测压器，测压器上装有阀门及压力表，阀门通过高压胶管与手动增压泵连接，手动增压泵通过双壁钻杆后端的加压通道，对钻杆外壁的胶囊进行加压膨胀，在所述双壁钻杆的前端连接钻头。
进一步地，所述压力传感器为无线压力传感器。
进一步地，所述压力传感器无线电连接井下监控分站后，顺序光纤连接矿井监控系统及井上调度室监控电脑。
进一步地，所述钻头侧面带有出风口。
进一步地，所述钻头与双壁钻杆的钻杆外壁前端通过螺丝扣连接，钻杆内管前端与钻头内管进行插接。
进一步地，在所述钻杆内管前端外周设有密封槽，在密封槽处安装有O型圈，将钻杆内管与钻头内管插接处密封。
进一步地，所述钻杆外壁前端的内层与外层在与钻头的连接处为封闭结构。
本发明同时提供一种取样封孔测压钻具的取样封孔测压方法，包括取样方法、封孔方法和测压方法，具体包括以下步骤：
Ⅰ取样方法：打钻采样时，双壁钻杆与钻头采用螺纹连接，双壁钻杆内管与钻头内管进行插接，采样过程中能够实现钻杆外壁与钻杆内管形成的环形空间通过接入压风形成气体介质进入通道，当气体介质通过连接的钻杆通过环形空间达到钻头时，致使钻头前端附近形成低压区，对外环间隙构成抽吸，同时出风口随钻头不断旋转，形成空气幕有效阻止正循环形成，气体通过导流和扩散进入钻头中心孔，形成反循环，气体反循环流动携带钻孔底部的钻屑从双壁钻杆的钻杆内管反出，完成取样；
Ⅱ封孔方法：取样过程完成后无需退出双壁钻杆，在双壁钻杆尾部安装测压器，测压器上装有阀门及压力表，阀门通过高压胶管连接手动增压泵，手动增压泵通过双壁钻杆尾部的加压通道，对钻杆外壁的胶囊进行加压膨胀，当胶囊膨胀压力达到压力表显示指定压力时，停止对胶囊膨胀压力，完成封孔；
Ⅲ测压方法：测压器上装有压力传感器，压力传感器采用无线压力传感器，无线压力传感器无线电连接井下监控分站后，顺序光纤连接矿井监测监控系统，井上调度室监控电脑，在电脑上可自动记录测压日期、瓦斯压力值及压力曲线，自动读取该钻孔内瓦斯压力测试及测试数据的记录。
相对于现有的技术，本发明的有益效果为：本发明装置通过设计取样封孔测压钻具可实现随钻随取、停钻可封、全段封孔、压力自动观测、自动生成压力曲线。利用该钻杆打钻到指定位置煤层时通过接入压风利用反循环原理即可完成取样，取样完成后无需退出钻杆，无需再向钻孔内伸入测压管及注浆管进行注浆封孔在钻杆尾端安装测压器。通过连接测压器上安装的阀门利用手动增压泵对钻杆外壁的胶囊进行加压封孔，测压器上装有无线压力传感器，可自动记录测压日期、瓦斯压力值及压力曲线，通过无线传输信号将测试数据上传到监控系统后在井上电脑屏幕上显示，完成该钻孔内瓦斯压力数据存储及输出。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1是本发明提供的取样封孔测压钻具整体结构示意图；
图2是本发明提供的双壁钻杆的结构示意图；
图3是本发明提供的取样封孔测压钻杆的切面图示意图；
图中：1-双壁钻杆、2-加压通道、3-钻杆内管、31-密封槽、4-胶囊、5-环形空间、6-钻杆外壁、7-钻头、8-钻头内管、9-测压器、10-阀门、11-压力表、12-高压胶管、13-手动增压泵、14-压力传感器、15-出风口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
实施例一
参照图1-图3，一种取样封孔测压钻具，该钻具包括双壁钻杆1，所述双壁钻杆1包括同心设置的钻杆内管3和钻杆外壁6，钻杆外壁6为双层结构，内层为管状结构，外层的中间段为胶囊4，两端为管状结构，钻杆内管3与钻杆外壁6内层之间沿轴向具有环形空间5，钻杆外壁6的后端外层与内层之间沿轴向设有加压通道2，胶囊4和钻杆外壁6内层之间形成的空间与加压通道2连通，双壁钻杆1后端螺丝扣顺序连接带有压力传感器14的测压器9，测压器9上装有阀门10及压力表11，阀门10通过高压胶管12与手动增压泵13连接，手动增压泵13通过双壁钻杆1后端的加压通道2，对钻杆外壁6的胶囊4进行加压膨胀，在所述双壁钻杆1的前端连接钻头7。
所述压力传感器14为无线压力传感器。
所述压力传感器14无线电连接井下监控分站后，顺序光纤连接矿井监控系统及井上调度室监控电脑。
所述钻头7侧面带有出风口15。
所述钻头7与双壁钻杆1的钻杆外壁6前端通过螺丝扣连接，钻杆内管3前端与钻头7的内管8进行插接。
所述钻杆外壁6前端的内层与外层在与钻头7的连接处为封闭结构。
在所述钻杆内管3前端外周设有密封槽31，在密封槽31处安装有O型圈，将钻杆内管3与钻头7的内管插接处密封。
本发明同时提供一种取样封孔测压钻具的取样封孔测压方法，包括取样方法、封孔方法和测压方法，具体包括以下步骤：
Ⅰ取样方法：打钻采样时，双壁钻杆1与钻头7采用螺纹连接，双壁钻杆内管3与钻头7的内管8进行插接，采样过程中能够实现钻杆外壁6与钻杆内管3形成的环形空间5通过接入压风形成气体介质进入通道，当气体介质通过连接的钻杆通过环形空间5达到钻头7时，致使钻头前端附近形成低压区，对外环间隙构成抽吸，同时出风口15随钻头7不断旋转，形成空气幕有效阻止正循环形成，气体通过导流和扩散进入钻头7中心孔(钻头7中心孔与钻杆内管3相连通)，形成反循环，气体反循环流动携带钻孔底部的钻屑从双壁钻杆的钻杆内管3反出，完成取样；
Ⅱ封孔方法：取样过程完成后无需退出双壁钻杆1，在双壁钻杆1尾部安装测压器9，测压器9上装有阀门10及压力表11，阀门10通过高压胶管12连接手动增压泵13，手动增压泵13通过双壁钻杆1尾部的加压通道2，对钻杆外壁6的胶囊4进行加压膨胀，当胶囊4膨胀压力达到压力表11显示指定压力Pmax时，停止对胶囊4膨胀压力，完成封孔；
Ⅲ测压方法：测压器9上装有压力传感器14，压力传感器14采用无线压力传感器，无线压力传感器14无线电连接井下监控分站后，顺序光纤连接矿井监测监控系统及井上调度室监控电脑，在电脑上可自动记录测压日期、瓦斯压力值及压力曲线，自动读取该钻孔内瓦斯压力测试及测试数据的记录。
本发明设计的双壁钻杆1及整体钻具可实现随钻随取、停钻可封、全段封孔、压力自动观测、自动生成压力曲线。利用该钻杆打钻到指定位置煤层时通过接入压风利用反循环原理即可完成取样，取样完成后无需退出钻杆，无需再向钻孔内伸入测压管及注浆管进行注浆封孔在钻杆尾端安装测压器。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种取样封孔测压钻具，其特征在于，该钻具包括双壁钻杆，所述双壁钻杆包括同心设置的钻杆内管和钻杆外壁，钻杆外壁为双层结构，内层为管状结构，外层的中间段为胶囊，钻杆内管与钻杆外壁内层之间沿轴向具有环形空间，钻杆外壁的后端外层与内层之间沿轴向设有加压通道，胶囊和钻杆外壁内层之间形成的空间与加压通道连通，双壁钻杆后端螺丝扣顺序连接带有压力传感器的测压器，测压器上装有阀门及压力表，阀门通过高压胶管与手动增压泵连接，手动增压泵通过双壁钻杆后端的加压通道，对钻杆外壁的胶囊进行加压膨胀，在所述双壁钻杆的前端连接钻头。
2.如权利要求1所述的一种取样封孔测压钻具，其特征在于，所述压力传感器为无线压力传感器。
3.如权利要求1所述的一种取样封孔测压钻具，其特征在于，所述压力传感器无线电连接井下监控分站后，顺序光纤连接矿井监控系统及井上调度室监控电脑。
4.如权利要求1所述的一种取样封孔测压钻具，其特征在于，所述钻头侧面带有出风口。
5.如权利要求1所述的一种取样封孔测压钻具，其特征在于，所述钻头与双壁钻杆的钻杆外壁前端通过螺丝扣连接，钻杆内管前端与钻头内管进行插接。
6.如权利要求5所述的一种取样封孔测压钻具，其特征在于，在所述钻杆内管前端外周设有密封槽，在密封槽处安装有O型圈，将钻杆内管与钻头内管插接处密封。
7.如权利要求1所述的一种取样封孔测压钻具，其特征在于，所述钻杆外壁前端的内层与外层在与钻头的连接处为封闭结构。
8.一种取样封孔测压钻具的取样封孔测压方法，采用如权利要求1-7任意一项的取样封孔测压钻具，包括取样方法、封孔方法和测压方法，具体包括以下步骤：
Ⅰ取样方法：打钻采样时，双壁钻杆与钻头采用螺纹连接，双壁钻杆内管与钻头内管进行插接，采样过程中能够实现钻杆外壁与钻杆内管形成的环形空间通过接入压风形成气体介质进入通道，当气体介质通过连接的钻杆通过环形空间达到钻头时，致使钻头前端附近形成低压区，对外环间隙构成抽吸，同时出风口随钻头不断旋转，形成空气幕有效阻止正循环形成，气体通过导流和扩散进入钻头中心孔，形成反循环，气体反循环流动携带钻孔底部的钻屑从双壁钻杆的钻杆内管反出，完成取样；
Ⅱ封孔方法：取样过程完成后无需退出双壁钻杆，在双壁钻杆尾部安装测压器，测压器上装有阀门及压力表，阀门通过高压胶管连接手动增压泵，手动增压泵通过双壁钻杆尾部的加压通道，对钻杆外壁的胶囊进行加压膨胀，当胶囊膨胀压力达到压力表显示指定压力时，停止对胶囊膨胀压力，完成封孔；
Ⅲ测压方法：测压器上装有压力传感器，压力传感器采用无线压力传感器，无线压力传感器无线电连接井下监控分站后，顺序光纤连接矿井监测监控系统，井上调度室监控电脑，在电脑上可自动记录测压日期、瓦斯压力值及压力曲线，自动读取该钻孔内瓦斯压力测试及测试数据的记录。
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