CN207673301U - 一种轻型气举反循环钻进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻型气举反循环钻进装置，它解决了钻具无法很好实现水文水井钻探的问题，其可以实现气举反循环，钻具重量小，稳定性高、机械钻速高，其技术方案为：包括单壁钻杆，所述单壁钻杆内部套设内气管，所述内气管顶部延伸至单壁钻杆外部并与进气管连通，所述内气管与单壁钻杆顶部开口处设置有密封器，所述密封器包括盒体，盒体顶部配合设置上盖，盒体内部设置有多个依次叠加的缺口型密封垫；所述内气管底部与气液混合器连接。

Description

一种轻型气举反循环钻进装置

技术领域

本实用新型涉及气举反循环水文水井钻探技术领域，特别是涉及一种轻型气举反循环钻进装置。

背景技术

目前，水文水井钻探施工过程中，常遇强含水地层，造成常规正循环钻探方法效率很低甚至无法继续钻探施工，需要使用气举反循环钻探工艺。气举反循环钻探工艺尤其对于深孔、富水地层钻进具有机械钻进效率高、岩心样采取率高等独特优势，广泛应用于水文水井钻探等领域。

常规气举反循环钻具一般由有双壁钻杆、钻铤、钻头等组成。利用压缩空气与钻杆内的冲洗液混合后，形成低比重的气水混合物，以较高速度向上流动，将孔底的岩屑连续不断带出地表。相对于单壁钻杆，双壁钻杆存在着钻具重量大、结构复杂、不好维修等的缺陷，常遇到钻探施工成本高、无法配用给中小型钻机进行水文水井钻探等技术难题。且现有钻具一般重量较大，而对于提升力低的中小型钻机，钻进效率较低无法满足钻进需求。

综上所述，现有技术中对于利用现有钻具无法很好实现水文水井钻探的问题，尚缺乏有效的解决方案。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种轻型气举反循环钻进装置，其可以实现气举反循环，钻具重量小，稳定性高、机械钻速高；

进一步的，本实用新型采用下述技术方案：

一种轻型气举反循环钻进装置，包括单壁钻杆，所述单壁钻杆内部套设内气管，所述内气管顶部延伸至单壁钻杆外部并与进气管连通，所述内气管与单壁钻杆顶部开口处设置有密封器，所述密封器包括盒体，盒体顶部配合设置上盖，盒体内部设置有多个依次叠加的缺口型密封垫；所述内气管底部与气液混合器连接。

进一步的，所述气液混合器包括与内气管连通的混合管，混合管底部封闭，混合管侧壁开设多个出气孔。

进一步的，所述出气孔与混合管中心线倾斜设定角度设置。

进一步的，所述出气孔向上倾斜设置。

进一步的，所述上盖上部设置防脱落卡盘，防脱落卡盘与内气管固定连接。

进一步的，所述上盖底部带有凸起卡紧缺口型密封垫。

进一步的，所述上盖和盒体通过紧固连接件连接。

进一步的，所述缺口型密封垫为圆环形结构，圆环形结构侧部带有缺口，缺口沿圆环形结构径向设置。

进一步的，所述缺口由圆环形结构内周延伸至外周。

进一步的，所述内气管由多段管体依次连接而成，管体之间通过内气管接头连接。

进一步的，所述内气管接头包括通过反向螺纹连接的接头公头和接头母头，接头公头与一管体紧固连接，接头母头与另一管体紧固连接。

进一步的，所述单壁钻杆顶部与排渣管连通，单壁钻杆底部设有钻铤，钻铤底部连接有牙轮钻头；所述单壁钻杆上部与钻机连接，所述进气管与空压机连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型装置结构简单，通过气液混合器、内气管连接接头以及密封器等结构，在单壁钻杆中，插入内气管可以实现气举反循环，该钻具重量小，可以应用于低提升力的中小型钻机上，解决强富水水文水井地层钻探难题。经实际钻探试验，本实用新型的装置稳定性高、机械钻速高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为密封器的结构示意图；

图3为缺口型密封垫的示意图；

图4为内气管接头示意图；

图5为气液混合器示意图；

图中，1-钻机，2-空压机，3-进气管，4-密封器，5-内气管接头，6-内气管，7-气液混合器，8-单壁钻杆，9-钻铤，10-牙轮钻头，11-排渣管，12-泥浆池，13-孔口套管，14-岩渣；

401-防脱落卡盘，402-上盖，403-盒体，404-缺口型密封垫，405-密封器法兰螺丝孔，406-上部打孔，407-焊缝；40401-缺口；

501-焊接缝，502-反向螺纹，503-接头公头，504-反向螺纹，505-接头母头；

701-出气孔，702-混合管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在钻具无法很好实现水文水井钻探的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种轻型气举反循环钻进装置，其能在低提升力的中小型钻机实现气举反循环钻进，不会过多增加钻具重量，适用于低提升力中小型钻机，经钻探试验，机械效率和常规气举反循环钻具基本相同。本申请的装置只需对现有设备进行改进即可，总体改装加工成本仅需几千元左右，可在φ89mm单壁钻杆中，插入1寸内气管可以实现气举反循环。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-5所示，提供了一种包括单壁钻杆8，单壁钻杆8内部套设内气管6，内气管6顶部延伸至单壁钻杆8外部并与进气管3连通，内气管6与单壁钻杆8顶部开口处设置有密封器4，单壁钻杆8顶部与排渣管11连通，排渣管11向泥浆池12内排放岩渣14；单壁钻杆8底部设有钻铤9，钻铤9底部连接有牙轮钻头10；单壁钻杆8上部与钻机1连接，进气管3与空压机2连通。

密封器4位于钻具顶端，主要作用是密封内气管防止钻井液泄露以及内气管向上串动。密封器4包括盒体403，盒体403顶部配合设置上盖402，盒体403内部设置有多个由上至下依次叠加的缺口型密封垫404，上盖402底部带有凸起卡紧缺口型密封垫404，缺口型密封垫404中间有内气管6穿过，依靠上盖402和盒体403挤压形变进行密封；上盖402上部设置防脱落卡盘401，防脱落卡盘401与内气管6固定连接，可以采用焊接形式。上盖402和盒体403通过紧固连接件连接，上盖402和盒体403端部均设置密封器法兰螺丝孔405，在密封器法兰螺丝孔405内穿设螺栓等进行紧固。

本实施例中，排渣管11与单壁钻杆8顶部开口配合，排渣管11在配合处是鹅颈管形式，密封器4设置于单壁钻杆8顶部开口的鹅颈管处，鹅颈管设置有上部打孔406，密封器4下部和上部打孔406连通，之间通过焊缝407密封并固定。

缺口型密封垫404为圆环形结构，圆环形结构侧部带有缺口40401，缺口40401沿圆环形结构径向设置。缺口40401由圆环形结构内周延伸至外周。

内气管6位于单壁钻杆8中心，主要作用是将压缩空气输送给所述气液混合器7，上部连接进气管3，下部连接所述气液混合器7，内气管6由多段管体依次连接而成，管体之间通过内气管接头5连接。

内气管接头5主要作用是连接各段管体，利于拆装，内气管接头5包括通过反向螺纹504连接的接头公头503和接头母头505，可有效防止单壁钻杆8高速转动造成内气管6脱落事故发生。接头公头503与一管体通过反向螺纹502紧固连接并使用焊接缝501加固，接头母头505与另一管体紧固连接。

气液混合器7位于单壁钻杆8中心，与内气管6底部连接。主要作用是使压缩空气和钻井液混合，生成气液混合物，沿单壁钻杆8和内气管6之间环状间隙以较快速度向上流动，产生气举反循环。

气液混合器7包括与内气管6连通的混合管702，混合管702底部封闭，混合管702侧壁开设多个出气孔701。出气孔701与混合管702中心线倾斜设定角度设置。出气孔701向上倾斜设置，即出气孔在混合管内侧端高度低于在混合管外侧端高度。气液混合器7通过采用斜打孔方式，可以对底部钻井液也产生一定射流力，更利于压缩空气与钻井液混合以更快的速度上升循环。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

在某一水井钻探施工过程中，钻机使用SPJ-600型，已用正循环潜孔锤钻至450米，遇强富水地层，水压较大，导致正循环潜孔锤无法正常钻进；强富水地层泥浆容易被稀释，同时泥浆会造成水源污染，导致牙轮或者PDC钻进工艺也无法使用；常规钢粒钻进效率太低，事故率高；常规双壁钻杆气举反循环设备钻具太重，远远超过了SPJ-600钻进卷扬提升能力，无法使用常规气举反循环设备。为了应对此问题，加工一套本实用新型的钻具，关键部件有密封器4、内气管接头5、气液混合器7。密封器和内气管接头采用碳钢材料车床加工，内气管选用1寸水管，水管丝扣选用反扣，水管底口封口，在底口上1米左右加工气液混合器；气液混合器采用φ6mm钻头钻小气孔，遵循孔的数量在截面积大于内管截面总面积的一倍原则，小气孔平滑并向上30°左右。参照图1-5连接各部件，将气液混合器下至60米左右，开启空压机很快实现钻井液循环，开动钻机进行回转钻进。实际钻探施工过程中，最快机械钻速4m/h，没有出现任何钻探事故，设备运行稳定，顺利完成钻探任务。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻型气举反循环钻进装置，其特征是，包括单壁钻杆，所述单壁钻杆内部套设内气管，所述内气管顶部延伸至单壁钻杆外部并与进气管连通，所述内气管与单壁钻杆顶部开口处设置有密封器，所述密封器包括盒体，盒体顶部配合设置上盖，盒体内部设置有多个依次叠加的缺口型密封垫；所述内气管底部与气液混合器连接。

2.如权利要求1所述的钻进装置，其特征是，所述气液混合器包括与内气管连通的混合管，混合管底部封闭，混合管侧壁开设多个出气孔。

3.如权利要求2所述的钻进装置，其特征是，所述出气孔与混合管中心线倾斜设定角度设置。

4.如权利要求3所述的钻进装置，其特征是，所述出气孔向上倾斜设置。

5.如权利要求1所述的钻进装置，其特征是，所述上盖上部设置防脱落卡盘，防脱落卡盘与内气管固定连接。

6.如权利要求1所述的钻进装置，其特征是，所述上盖底部带有凸起卡紧缺口型密封垫；所述上盖和盒体通过紧固连接件连接。

7.如权利要求1所述的钻进装置，其特征是，所述缺口型密封垫为圆环形结构，圆环形结构侧部带有缺口，缺口沿圆环形结构径向设置；所述缺口由圆环形结构内周延伸至外周。

8.如权利要求1所述的钻进装置，其特征是，所述内气管由多段管体依次连接而成，管体之间通过内气管接头连接。

9.如权利要求8所述的钻进装置，其特征是，所述内气管接头包括通过反向螺纹连接的接头公头和接头母头，接头公头与一管体紧固连接，接头母头与另一管体紧固连接。

10.如权利要求1所述的钻进装置，其特征是，所述单壁钻杆顶部与排渣管连通，单壁钻杆底部设有钻铤，钻铤底部连接有牙轮钻头；所述单壁钻杆上部与钻机连接，所述进气管与空压机连通。