CN203097730U

CN203097730U - 一种钻割洗一体化钻具

Info

Publication number: CN203097730U
Application number: CN 201320058215
Authority: CN
Inventors: 李建军; 董洁
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2023-02-01

Abstract

本实用新型一种钻割洗一体化钻具，属于煤层钻孔装置技术领域；要解决的技术问题为提供一种钻进、割缝和洗孔一次完成的钻割洗一体化钻具；采用的技术方案为：壳体由上外壳、中外壳和下外壳首尾相接构成；心管的一端固定套装在上外壳的内部，心管的另一端位于中外壳内部且心管上设置有多个径向通孔作为连接口，中外壳上与心管上连接口相对应的位置均安装有造缝喷嘴；心轴的一端套装在中外壳的内部，另一端与钻头连接，心轴与下外壳之间卡装有第一弹簧；心管位于中外壳内部的一端套装在心轴的轴向通孔内，连接管的一端连接在心轴内部的环形凸起上，另一端与压帽连接，心管端头封口与心轴环形凸起之间卡装有第二弹簧，本实用新型适用于井下钻孔割缝。

Description

一种钻割洗一体化钻具

技术领域

本实用新型一种钻割洗一体化钻具，属于煤层钻孔装置技术领域。

背景技术

煤层气是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。它以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源。目前，为有效实施井下抽采煤层气，采用了诸多工程措施对煤岩体进行强化改造。例如：大直径密集钻孔开采、开采解放层、钻孔水平割缝等技术方案。其中，钻孔水平割缝技术一般是在穿层钻孔两侧水平方向形成一条具有一定深度的水平割缝，过程是是先在煤层中打一个钻孔，然后再采用专用割缝装置利用高压水射流对钻孔两侧的煤体进行切割，如遇煤层塌孔，割缝装置很难再进入，无法钻进和割缝一次完成。

实用新型内容

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种钻进、割缝和洗孔一次完成的钻割洗一体化钻具。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种钻割洗一体化钻具，包括上接头、壳体、心管、心轴和钻头，所述壳体由上外壳、中外壳和下外壳依次首尾相接构成，上接头与上外壳连接，且上接头、上外壳、中外壳和下外壳内部均开有轴向通孔，所述中外壳和下外壳内部轴向通孔的直径大于上接头和上外壳内部轴向通孔的直径；心管的一端固定套装在上外壳的内部，心管的另一端位于中外壳内部且心管上靠近该端端头处设置有一个或多个径向通孔作为连接口，中外壳上与所述心管上连接口相对应的位置也均开有安装了造缝喷嘴的径向通孔，心管位于中外壳内部的端头处封口且封口上开有孔；心轴的一端活动套装在中外壳的内部，心轴的另一端伸出下外壳外与钻头连接，心轴伸出的部分与下外壳之间卡装有第一弹簧，心轴内部开有轴向通孔；心管位于中外壳内部的一端套装在心轴的轴向通孔内，心轴内部设有环形凸起，连接管的一端连接在环形凸起上，连接管的另一端穿过心管端头封口上的孔后与压帽连接，心管端头封口与心轴环形凸起之间卡装有第二弹簧，所述连接管的侧壁上开有多个长形的过液通孔。

所述压帽的中心设置有连通心管内部和心轴内部的溢流阀。

所述中外壳的内壁上设置有多个轴向凹槽，心轴外壁与所述凹槽相对应的位置上均设置有凸块，所述凸块各自位于相应的凹槽中。

所述心轴位于中外壳中的端部外壁上设置有凸台，所述心轴端部的凸台与中外壳的内壁上的台阶通过锥形面配合。

所述心管上的连接口处设置有滤网，所述滤网位于心管的内壁上。

所述喷嘴可布置1~3个，喷嘴的直径为1~3 mm。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本实用新型在不影响钻孔原有钻具使用功能的基础上，对钻具进行了合理设计和改进，在钻具壳体上增加了造缝用的喷嘴，该喷嘴原地旋转时可以割缝，钻具退后时可以洗孔，所以说，本实用新型提供了一种随钻水射流造缝钻具，实现完整硬煤层中水平钻进成孔与退钻造缝和洗孔一次完成，简化了钻进工艺，提高了钻进效率。

2、本实用新型的洗孔功能可消弱钻孔钻进过程中施工和钻井液对孔壁的污染，同时可增加孔壁表层浅表裂隙，消弱钻孔周围的“瓶塞效应”，增大钻孔的有效影响半径和钻孔抽放煤壁暴露面积，改善孔壁煤层透气性，提高煤层气抽放效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为图1的B-B剖面图。

图4为图1中C处的放大图。

图5为本实用新型在煤层中的工作过程示意图。

图中：1为煤层，2为钻孔，3为竖向大裂缝，4为上接头，5为壳体，6为心管，7为心轴，8为钻头，9为上外壳，10为中外壳，11为下外壳，12为喷嘴，13为第一弹簧，14为环形凸起，15为连接管，16为压帽，17为第二弹簧，18为溢流阀，19为连接口，20为滤网，21为凸块。

具体实施方式

如图1-图4所示，本实用新型一种钻割洗一体化钻具，包括上接头4、壳体5、心管6、心轴7和钻头8，所述壳体5由上外壳9、中外壳10和下外壳11依次首尾相接构成，上接头4与上外壳9连接，且上接头4、上外壳9、中外壳10和下外壳11内部均开有轴向通孔，所述中外壳10和下外壳11内部轴向通孔的直径大于上接头4和上外壳9内部轴向通孔的直径；心管6的一端固定套装在上外壳9的内部，心管6的另一端位于中外壳10内部且心管6上靠近该端端头处设置有一个或多个径向通孔作为连接口19，中外壳10上与所述心管6上连接口19相对应的位置也均开有安装了造缝喷嘴12的径向通孔，心管6位于中外壳10内部的端头处封口且封口上开有孔；心轴7的一端活动套装在中外壳10的内部，心轴7的另一端伸出下外壳11外与钻头8连接，心轴7伸出的部分与下外壳11之间卡装有第一弹簧13，心轴7内部开有轴向通孔；心管6位于中外壳10内部的一端套装在心轴7的轴向通孔内，心轴7内部设有环形凸起14，连接管15的一端连接在环形凸起14上，连接管15的另一端穿过心管6端头封口上的孔后与压帽16连接，心管6端头封口与心轴7环形凸起14之间卡装有第二弹簧17，所述连接管15的侧壁上开有多个长形的过液通孔。

所述压帽16的中心设置有连通心管6内部和心轴7内部的溢流阀18。

所述中外壳10的内壁上设置有多个轴向凹槽，心轴7外壁与所述凹槽相对应的位置上均设置有凸块21，所述凸块21各自位于相应的凹槽中。

所述心轴7位于中外壳10中的端部外壁上设置有凸台，所述心轴7端部的凸台与中外壳10的内壁上的台阶通过锥形面配合。

所述心管6上的连接口19处设置有滤网20，所述滤网20位于心管6的内壁上。

所述喷嘴12可布置1~3个，喷嘴12的直径为1~3 mm。

如图5所示，本实用新型的工作过程是：在煤层1上钻钻孔2，钻头8正常向前钻进的过程中，钻头8受到钻进岩体的顶压力，推动心轴7挤压第一弹簧13和第二弹簧17回缩，心轴7与心管6之间的连接管15向心管6的内腔移动，心管6上用来与中外壳10连通的连接口19被心轴7内壁封闭，连接管15伸入到心管6内，心管6和心轴7内腔导通，钻井液由心管6进入心轴7的内腔，由钻头8前面的出口流出，增加液压，钻头8向前钻进，钻进领眼，此时用于钻孔2侧壁造缝的喷嘴12始终处于闭合状态。

当钻进到设定深度后，按照计划进行退钻操作，当退钻到一定位置制造垂直钻孔2轴线的竖向大裂缝3时，钻头8正前方已形成领眼，钻头8不再受钻进岩体的顶压，第一弹簧13和第二弹簧17共同推动心轴7向前移动，心管6与心轴7之间的连接管15退出心管6的内腔，连接管15上的压帽16在第二弹簧17的作用下将心管6和心轴7内腔之间的通道闭合，同时心管6上的连接口19被打开，然后增加液压，钻井液进入心管6与中外壳10之间空腔，再通过喷嘴12形成水射流，在钻杆旋转过程中，形成一定宽度和一定深度的竖向扁圆形竖向大裂缝3。

本实用新型在退后时，可以降低水压，在退后的过程中对钻孔2孔壁进行洗孔，而洗孔可消弱钻孔2钻进过程中施工和钻井液对孔壁的污染，同时可增加孔壁表层浅表裂隙，消弱钻孔2周围的“瓶塞效应”，增大钻孔2的有效影响半径和钻孔2抽放煤壁暴露面积，改善孔壁煤层透气性，提高煤层气抽放效率。

在上述工作过程中钻压传递过程为：钻进领眼时，由上接头4与后部钻杆连接，钻压经上外壳9、中外壳10、下外壳11、心轴7传至钻头8；钻进结束退钻过程中不传递钻压。

在上述工作过程中扭矩传递过程为：钻进领眼时，由上接头4与后部钻杆连接，钻压经上外壳9、中外壳10、通过心轴7上的凸块21传至心轴7，再由心轴7传至钻头8；退钻时，经上外壳9、中外壳10，带动中外壳10侧壁的喷嘴12旋转形成竖向大裂缝3或对钻孔壁冲洗。

钻进领眼时钻井液流动方式为：钻井液由心管6通过连接管15侧壁上的过液通孔，经心轴7环形凸起14中部通孔进入心轴7的内腔，由钻头8前面的出口流出。

退钻时钻井液流动方式为：钻井液由心管6通过连接口19进入心管6与中外壳10之间的空腔，然后通过中外壳10管壁的喷嘴12喷出。如果水压超过液压上限，设置在压帽16中心的溢流阀18将开启，一部分液体由溢流阀18，经连接管15进入心轴7的内腔，由钻头8前面的出口流出实施泄压，压力恢复上限以下时，溢流阀18闭合。

Claims

1.一种钻割洗一体化钻具，包括上接头（4）、壳体（5）、心管（6）、心轴（7）和钻头（8），所述壳体（5）由上外壳（9）、中外壳（10）和下外壳（11）依次首尾相接构成，上接头（4）与上外壳（9）连接，且上接头（4）、上外壳（9）、中外壳（10）和下外壳（11）内部均开有轴向通孔，其特征在于：所述中外壳（10）和下外壳（11）内部轴向通孔的直径大于上接头（4）和上外壳（9）内部轴向通孔的直径；心管（6）的一端固定套装在上外壳（9）的内部，心管（6）的另一端位于中外壳（10）内部且心管（6）上靠近该端端头处设置有一个或多个径向通孔作为连接口（19），中外壳（10）上与所述心管（6）上连接口（19）相对应的位置均开有安装了造缝喷嘴（12）的径向通孔，心管（6）位于中外壳（10）内部的端头处封口且封口上开有孔；心轴（7）的一端活动套装在中外壳（10）的内部，心轴（7）的另一端伸出下外壳（11）外与钻头（8）连接，心轴（7）伸出的部分与下外壳（11）之间卡装有第一弹簧（13），心轴（7）内部开有轴向通孔；心管（6）位于中外壳（10）内部的一端套装在心轴（7）的轴向通孔内，心轴（7）内部设有环形凸起（14），连接管（15）的一端连接在环形凸起（14）上，连接管（15）的另一端穿过心管（6）端头封口上的孔后与压帽（16）连接，心管（6）端头封口与心轴（7）环形凸起（14）之间卡装有第二弹簧（17），所述连接管（15）的侧壁上开有多个长形的过液通孔。

2.根据权利要求1所述的一种钻割洗一体化钻具，其特征在于：所述压帽（16）的中心设置有连通心管（6）内部和心轴（7）内部的溢流阀（18）。

3.根据权利要求1或2所述的一种钻割洗一体化钻具，其特征在于：所述中外壳（10）的内壁上设置有多个轴向凹槽，心轴（7）外壁与所述凹槽相对应的位置上均设置有凸块（21），所述凸块（21）各自位于相应的凹槽中。

4.根据权利要求1或2所述的一种钻割洗一体化钻具，其特征在于：所述心轴（7）位于中外壳（10）中的端部外壁上设置有凸台，所述心轴（7）端部的凸台与中外壳（10）的内壁上的台阶通过锥形面配合。

5.根据权利要求1或2所述的一种钻割洗一体化钻具，其特征在于：所述心管（6）上的连接口（19）处设置有滤网（20），所述滤网（20）位于心管（6）的内壁上。

6.根据权利要求1或2所述的一种钻割洗一体化钻具，其特征在于：所述喷嘴（12）可布置1~3个，喷嘴（12）的直径为1~3 mm。