CN113719239A - 防喷孔组合阻尼钻具及其使用方法 - Google Patents

防喷孔组合阻尼钻具及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防喷孔组合阻尼钻具及其使用方法，包括同轴线设置的揭露钻头、阻尼钻杆、扩孔钻头和常规钻杆，揭露钻头设在阻尼钻杆前端，扩孔钻头设在阻尼钻杆后端，扩孔钻头后端与常规钻杆前端连接。本发明提出了一种从源头上防治喷孔的理念，通过设计孔底阻尼钻具，具有钻孔、扩孔和排渣的基本功能，在钻进到瓦斯富集区时，使喷孔产生的气流动力不断削弱，从而避免喷孔动力现象的发生。

Description

防喷孔组合阻尼钻具及其使用方法
技术领域
本发明属于煤层钻孔防喷孔技术领域，具体涉及一种解决钻孔过高压瓦斯富集区时大量瓦斯从钻孔喷出问题的防喷孔组合阻尼钻具及其使用方法。
背景技术
深部高瓦斯煤层的开采时需要采前预抽，但在煤岩层中局部会存在瓦斯富集区，普通钻机施工时，要在煤岩层中分别布置顶板走向长钻孔提前预抽，必须使用大功率密封严的防喷孔装置，还需要加强对岩层瓦斯地质的分析，对钻孔施工中可能遇到的地质裂隙带、瓦斯富集区要及时下发地质预报，穿层钻孔一旦钻进瓦斯富集区，极易发生大量瓦斯喷孔，造成瓦斯喷孔超限事故。现有的防治是采用各种结构的防喷装置，这是一种被动的防治手段，仍然会有较大的破坏。因此，亟需设计一种主动防喷孔装置, 在钻孔过程中减小喷孔动力，减轻甚至杜绝对孔口外部的破坏。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种原理科学、结构简单、在钻进过程中主动防喷孔且防喷孔效果好的防喷孔组合阻尼钻具及其使用方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：防喷孔组合阻尼钻具，包括同轴线设置的揭露钻头、阻尼钻杆、扩孔钻头和常规钻杆，揭露钻头设在阻尼钻杆前端，扩孔钻头设在阻尼钻杆后端，扩孔钻头后端与常规钻杆前端连接。
揭露钻头包括同轴向一体结构的钻头体和第一外螺纹连接头；
阻尼钻杆前端和后端分别设有第一内螺纹孔和第二外螺纹连接头；
扩孔钻头包括套管和设在套管外圆的扩孔头，套管内圆的前端口和后端口分别设有第二内螺纹孔和第三内螺纹孔，套管内部中间位置设有隔板，隔板上开设有连通第二内螺纹孔和第三内螺纹孔的通孔；
常规钻杆前端设有第三外螺纹连接头；
揭露钻头后端的第一外螺纹连接头伸入并螺纹连接在阻尼钻杆前端的第一内螺纹孔内，阻尼钻杆后端的第二外螺纹连接头伸入并螺纹连接在扩孔钻头前端的第二内螺纹孔内，常规钻杆前端的第三外螺纹连接头伸入并螺纹连接在扩孔钻头后端的第三内螺纹孔内。
揭露钻头的钻头体最大回转直径比阻尼钻杆最大外径大0-8mm，扩孔钻头的扩孔头最大回转直径比揭露钻头的钻头体最大回转直径大5mm以上。
阻尼钻杆外圆表面设置有螺旋状的凸棱结构或凹槽结构，凸棱结构的高度设置为1-10mm，凹槽结构的深度设置为0.5-10mm。
防喷孔组合阻尼钻具的使用方法，包括以下步骤：
（1）将揭露钻头后端与阻尼钻杆前端连接，操控钻机驱动阻尼钻杆后端高速旋转，揭露钻头进行钻孔作业；
（2）在钻进深度达到阻尼钻杆长度的时候停止钻进，将扩孔钻头前端与阻尼钻杆后端连接，并使扩孔钻头在钻机前夹持器前方，然后将常规钻杆前端与扩孔钻头后端连接；
（3）启动钻机继续进行钻孔作业，扩孔钻头同时对钻孔内壁进行扩孔；
（4）当出现揭露钻头钻进到瓦斯富集区出现瓦斯喷孔时，由于阻尼钻杆外比径揭露钻头外径小0-8mm，缩小了喷孔的环形间隙，增强了瓦斯喷孔阻力，同时阻尼钻杆表面设置的螺旋状凸棱结构或凹槽结构，在转动过程中起到辅助排渣的作用，在瓦斯喷孔过程中进一步起到阻挡作用，当喷孔的瓦斯气体向后喷到扩孔钻头处时，由于揭露钻头直径比扩孔钻头直径小5mm以上，扩孔钻头在高速旋转时与钻孔内壁之间具有较小的瓦斯释放口，使瓦斯喷出量得到控制。
采用上述技术方案，本发明中各部件中的内螺纹孔和外螺纹连接头均采用圆锥体结构，这样可确保连接更加紧密可靠且更加容易拆卸。
本发明由揭露钻头、阻尼钻杆、扩孔钻头及常规钻杆组合而成。揭露钻头的最大回转外径小于扩孔钻头的最大回转外径，用于揭露瓦斯富集区，使高压瓦斯缓慢匀速释放，揭露钻头后端设置有与阻尼钻杆相连的第一外螺纹连接头（公扣接头）；阻尼钻杆直径小于揭露钻头直径，且表面设置有增阻助排渣结构（螺旋状的凸棱结构或凹槽结构）能够辅助排出钻渣，增强喷孔阻力；扩孔钻头为具有前后两个母扣（第二内螺纹孔和第三内螺纹孔）的钻头结构，起到在揭露钻头的基础上扩张孔径的功能，同时能够连接阻尼钻杆和常规钻杆。揭露钻头、阻尼钻杆、扩孔钻头、常规钻杆连接组成组合阻尼钻具，组合阻尼钻具能够从钻孔内部根源上有效防止在煤岩层揭露瓦斯富集区时的喷孔问题，使瓦斯均匀排放，避免瓦斯超限事故的发生，同时，能够避免钻孔偏斜。
综上所述，本发明提出了一种从源头上防治喷孔的理念，通过设计孔底阻尼钻具，具有钻孔、扩孔和排渣的基本功能，在钻进到瓦斯富集区时，使喷孔产生的气流动力不断削弱，从而避免喷孔动力现象的发生。
附图说明
图1为本发明中防喷孔组合阻尼钻具的整体结构示意图；
图2为本发明中揭露钻头结构示意图；
图3为本发明中阻尼钻杆外形结构示意图；
图4为本发明中阻尼钻杆轴向剖视图；
图5为本发明中扩孔钻头外形结构示意图；
图6为本发明中扩孔钻头剖面示意图；
图7为本发明中常规钻杆结构示意图；
图8为本发明实施案例二中阻尼钻杆的外形结构示意图；
图9为本发明实施案例二中阻尼钻杆的轴向剖视图。
具体实施方式
实施例一：如图1-图7所示，本发明的防喷孔组合阻尼钻具，包括同轴线设置的揭露钻头1、阻尼钻杆2、扩孔钻头3和常规钻杆4，揭露钻头1设在阻尼钻杆2前端，扩孔钻头3设在阻尼钻杆2后端，扩孔钻头3后端与常规钻杆4前端连接。
揭露钻头1包括同轴向一体结构的钻头体5和第一外螺纹连接头6；
阻尼钻杆2前端和后端分别设有第一内螺纹孔7和第二外螺纹连接头8；
扩孔钻头3包括套管9和设在套管9外圆的扩孔头10，套管9内圆的前端口和后端口分别设有第二内螺纹孔11和第三内螺纹孔12，套管9内部中间位置设有隔板，隔板上开设有连通第二内螺纹孔11和第三内螺纹孔12的通孔；
常规钻杆4前端设有第三外螺纹连接头13；
揭露钻头1后端的第一外螺纹连接头6伸入并螺纹连接在阻尼钻杆2前端的第一内螺纹孔7内，阻尼钻杆2后端的第二外螺纹连接头8伸入并螺纹连接在扩孔钻头3前端的第二内螺纹孔11内，常规钻杆4前端的第三外螺纹连接头13伸入并螺纹连接在扩孔钻头3后端的第三内螺纹孔12内。
揭露钻头1的钻头体5最大回转直径比阻尼钻杆2最大外径大0-8mm，扩孔钻头3的扩孔头10最大回转直径比揭露钻头1的钻头体5最大回转直径大5mm以上。
阻尼钻杆2外圆表面设置有螺旋状的凸棱结构14，凸棱结构14的高度设置为1-10mm。
防喷孔组合阻尼钻具的使用方法，包括以下步骤：
（1）将揭露钻头1后端与阻尼钻杆2前端连接，操控钻机驱动阻尼钻杆2后端高速旋转，揭露钻头1进行钻孔作业；
（2）在钻进深度达到阻尼钻杆2长度的时候停止钻进，将扩孔钻头3前端与阻尼钻杆2后端连接，并使扩孔钻头3在钻机前夹持器前方，然后将常规钻杆4前端与扩孔钻头3后端连接；
（3）启动钻机继续进行钻孔作业，扩孔钻头3同时对钻孔内壁进行扩孔；
（4）当出现揭露钻头1钻进到瓦斯富集区出现瓦斯喷孔时，由于阻尼钻杆2外比径揭露钻头1外径小0-8mm，缩小了喷孔的环形间隙，增强了瓦斯喷孔阻力，同时阻尼钻杆2表面设置的螺旋状凸棱结构14，在转动过程中起到辅助排渣的作用，在瓦斯喷孔过程中进一步起到阻挡作用，当喷孔的瓦斯气体向后喷到扩孔钻头3处时，由于揭露钻头1直径比扩孔钻头3直径小5mm以上，扩孔钻头3在高速旋转时与钻孔内壁之间具有较小的瓦斯释放口，使瓦斯喷出量得到控制。
实施例二：如图8和图9所示，该实施例与实施例一的不同之处在于，阻尼钻杆2外圆表面设置凹槽结构15，凹槽结构15的深度设置为0.5-10mm。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.防喷孔组合阻尼钻具，其特征在于：包括同轴线设置的揭露钻头、阻尼钻杆、扩孔钻头和常规钻杆，揭露钻头设在阻尼钻杆前端，扩孔钻头设在阻尼钻杆后端，扩孔钻头后端与常规钻杆前端连接。
2.根据权利要求1所述的防喷孔组合阻尼钻具，其特征在于：揭露钻头包括同轴向一体结构的钻头体和第一外螺纹连接头；
阻尼钻杆前端和后端分别设有第一内螺纹孔和第二外螺纹连接头；
扩孔钻头包括套管和设在套管外圆的扩孔头，套管内圆的前端口和后端口分别设有第二内螺纹孔和第三内螺纹孔，套管内部中间位置设有隔板，隔板上开设有连通第二内螺纹孔和第三内螺纹孔的通孔；
常规钻杆前端设有第三外螺纹连接头；
揭露钻头后端的第一外螺纹连接头伸入并螺纹连接在阻尼钻杆前端的第一内螺纹孔内，阻尼钻杆后端的第二外螺纹连接头伸入并螺纹连接在扩孔钻头前端的第二内螺纹孔内，常规钻杆前端的第三外螺纹连接头伸入并螺纹连接在扩孔钻头后端的第三内螺纹孔内。
3.根据权利要求2所述的防喷孔组合阻尼钻具，其特征在于：揭露钻头的钻头体最大回转直径比阻尼钻杆最大外径大0-8mm，扩孔钻头的扩孔头最大回转直径比揭露钻头的钻头体最大回转直径大5mm以上。
4.根据权利要求3所述的防喷孔组合阻尼钻具，其特征在于：阻尼钻杆外圆表面设置有螺旋状的凸棱结构或凹槽结构，凸棱结构的高度设置为1-10mm，凹槽结构的深度设置为0.5-10mm。
5.根据权利要求4所述的防喷孔组合阻尼钻具的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将揭露钻头后端与阻尼钻杆前端连接，操控钻机驱动阻尼钻杆后端高速旋转，揭露钻头进行钻孔作业；
（2）在钻进深度达到阻尼钻杆长度的时候停止钻进，将扩孔钻头前端与阻尼钻杆后端连接，并使扩孔钻头在钻机前夹持器前方，然后将常规钻杆前端与扩孔钻头后端连接；
（3）启动钻机继续进行钻孔作业，扩孔钻头同时对钻孔内壁进行扩孔；
（4）当出现揭露钻头钻进到瓦斯富集区出现瓦斯喷孔时，由于阻尼钻杆外比径揭露钻头外径小0-8mm，缩小了喷孔的环形间隙，增强了瓦斯喷孔阻力，同时阻尼钻杆表面设置的螺旋状凸棱结构或凹槽结构，在转动过程中起到辅助排渣的作用，在瓦斯喷孔过程中进一步起到阻挡作用，当喷孔的瓦斯气体向后喷到扩孔钻头处时，由于揭露钻头直径比扩孔钻头直径小5mm以上，扩孔钻头在高速旋转时与钻孔内壁之间具有较小的瓦斯释放口，使瓦斯喷出量得到控制。
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