CN210483596U - 一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具 - Google Patents

Abstract

一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具，属于煤矿钻探取芯技术领域，可解决煤矿井下钻孔尤其是煤岩钻孔钻进中，由于钻具与取芯钻头规格尺寸相差小若孔内出现复杂情况，取芯钻头所形成的钻孔孔壁与钻具间隙不满足正循环排渣处理孔内复杂的要求的问题，包括依次连接的钻头、短节、反螺旋槽双壁钻杆、双壁钻杆和反循环水龙头，本实用新型若孔内出现复杂情况时，可采用正循环工艺进行及时处理，保证孔内钻具安全。

Description

一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具

技术领域

本实用新型属于煤矿钻探取芯技术领域，具体涉及一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具。

背景技术

为了保障煤炭安全高效开采，探查采煤工作面是否存在陷落柱、溶洞、断层等地质异常体是一项重要工作内容，采用“物探先行、钻探验证、化探跟进”综合探查方法是现行有效的主要技术途径。钻探探查是指在目标地层中利用坑道钻机、钻具、钻头以及相应钻进工艺，通过施工一定深度钻孔来获取岩芯或岩样的一种技术手段，可分为无岩芯钻探和取芯钻探两种探查方法。固体矿床坑道取芯钻探以水平钻孔为主，取芯工艺主要有单管（或双管）提钻式取芯、绳索取芯、以及水力反循环连续取芯等三种。随着煤矿精细化管理落地生根，为避免地质构造的无计划揭露，对查明采煤工作面地质构造尤其地质异常体等的工作提出了构造要素精准化探测的更高要求。因而提出将水力反循环连续取芯技术应用于地质构造要素精准探测工作中。

坑道水力反循环连续取芯钻具大多配套单壁钻具，钻杆为Φ33mm×5mm，取芯钻头为金刚石钻头，外径37mm，取芯直径19.5mm；亦可配套双壁钻具，双壁钻杆外管外径45mm，内管内径27mm，取芯钻头为金刚石钻头，外径47mm，取芯直径25mm。坑道水力反循环连续取芯工艺与双管提钻式取芯工艺总体上比较，无论是从平均回次进尺还是钻孔成本方面，均获得较好的应用效果。

地面垂直钻孔水力反循环连续取芯钻具基本为双壁钻具，常见有两种规格，第一种：双壁钻杆外管杆体外径71mm，外管接头外径74mm，内管内径38mm，取芯钻头为金刚石钻头，外径76mm，取芯直径34~35mm，最大岩心长度＞80mm，采取率＞90%，最深钻孔314m，平均回次进尺10~31m，最大回次进尺102m；第二种：双壁钻杆外管杆体外径127mm，内管内径79mm，取芯钻头为硬质合金钻头，取芯直径76mm，主要用于浅海砂矿勘查，钻取海底表层的沉积层/流沙层/淤泥层岩芯，采取率＞80%，钻孔深度＜80m。

如何保证孔内冲洗介质反循环效果的持续与稳定，亦即保证双壁钻杆中心返渣（岩芯）通道的流速大于1.5m/s，是获得水力连续取芯的关键。目前主要有以下几种技术手段来达到上述携带岩芯上返的流体流速要求，一是在孔外安装孔口密封装置将双壁钻杆与孔壁的环状间隙通道（正循环排渣通道）封堵，二是在若干钻具之间安装扩孔扶正封堵器，扩孔扶正封堵器外径与钻头外径相差小，一般相差仅1-2mm，这样增大正循环排渣通道的阻力，三是将取芯钻头与钻杆接头的外径尺寸设计相差较小，如取芯钻头外径76mm，双壁钻杆接头外径74mm，两者仅相差2mm，因此增大了正循环排渣的阻力。

研究表明，在煤矿井下钻孔尤其是煤岩钻孔钻进中，采用PDC钻头破碎的岩屑颗粒粒径较大，10目以上（≥2mm）的岩屑颗粒质量比占到50%左右，因此，上述第二和第三种技术手段，由于其钻具与取芯钻头规格尺寸相差小，若孔内出现复杂情况，取芯钻头所形成的钻孔孔壁与钻具间隙不满足正循环排渣处理孔内复杂的要求。

发明内容

本发明针对煤矿井下钻孔尤其是煤岩钻孔钻进中，由于钻具与取芯钻头规格尺寸相差小若孔内出现复杂情况，取芯钻头所形成的钻孔孔壁与钻具间隙不满足正循环排渣处理孔内复杂的要求的问题，提供一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具。

本实用新型采用如下技术方案：

一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具，包括用于取芯的钻头、用于岩芯长度控制的短节、若干依次连接的反螺旋槽双壁钻杆、若干依次连接的双壁钻杆和反循环水龙头，钻头的一端与短节的一端连接，短节的另一端与反螺旋槽双壁钻杆的一端连接，反螺旋槽双壁钻杆的另一端与双壁钻杆的一端连接，双壁钻杆的另一端与反循环水龙头的一端连接，钻头的外径比反螺旋槽双壁钻杆的外径大5-10mm，反螺旋槽双壁钻杆的外径与双壁钻杆的外径相同。

所述反螺旋槽双壁钻杆包括内管和外管，外管的两端分别设有公接头和母接头，外管的外表面设有反向螺旋槽。

所述反向螺旋槽为双头螺旋槽。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提出了一种适用于煤矿井下水平取芯钻孔的双壁反循环钻具组合，满足双壁钻杆水力反循环连续取芯对反循环取芯、正循环排渣处理孔内复杂的施工要求。

1. 反螺旋槽双壁钻杆的反螺旋槽结构，对进入正循环通道的冲洗介质-岩屑混合流体可起到增阻作用，在实践过程中，根据实际情况，通过控制反螺旋槽双壁钻杆的加接数量，使正循环通道阻力大于反循环通道阻力，从而满足反循环携带岩芯的流速（＞1.5m/s）要求；

2. 取芯钻头比反螺旋槽钻杆、双壁钻杆的规格尺寸相差较大，即取芯钻头钻进所形成的孔壁，与反螺旋槽钻杆、双壁钻杆之间的环状间隙大（5-10mm），可满足煤矿井下PDC钻头尅取岩屑粒径顺利通过的环隙尺寸要求，因此，若孔内出现复杂情况时，可采用正循环工艺进行及时处理，保证孔内钻具安全。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的反螺旋槽双壁钻杆的结构示意图；

图3为本实用新型的反螺旋槽双壁钻杆的外管结构示意图；

其中：1-钻头；2-短节；3-反螺旋槽双壁钻杆；4-双壁钻杆；5-反循环水龙头；6-外管；7-内管；8-公接头；9-母接头；10-反向螺旋槽。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型做进一步说明。

一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具，包括φ98mm的钻头1、φ89mm的短节2、φ89mm的反螺旋槽双壁钻杆3、φ89mm的双壁钻杆4和反循环水龙头5，钻头1的一端与短节2的一端连接，短节2的另一端与反螺旋槽双壁钻杆3的一端连接，反螺旋槽双壁钻杆3的另一端与双壁钻杆4的一端连接，双壁钻杆4的另一端与反循环水龙头5的一端连接，所述φ89mm的反螺旋槽双壁钻杆3可做成1-3m的长度，根据增阻实际需要由若干根依次螺纹连接而成，所述φ89mm双壁钻杆4可做成1-3m的长度，根据钻孔深度不断延伸的需要依次加接φ89mm双壁钻杆4。

所述φ89mm反螺旋槽双壁钻杆3，由外管6和内管7套装而成，所述外管6由φ91mm公接头8、φ89mm的中间管体、φ91mm的母接头9焊接为一整体式结构，所述φ89mm的中间管体外部设有反向螺旋槽10，反向螺旋槽10可做成双头螺旋槽，在钻进取芯过程中，对冲洗循环介质携带的岩屑起阻隔作用，增大了该冲洗循环介质-岩屑混合流体通过钻孔与所述反螺旋槽双壁钻杆3形成的环状间隙的阻力，促使其进入反循环中心通道，从而携带岩芯返出孔外。

所述φ98mm钻头1的规格尺寸比所述φ89mm反螺旋槽双壁钻杆3和所述φ89mm双壁钻杆4的规格尺寸大9mm，所述φ89mm反螺旋槽双壁钻杆3和所述φ89mm双壁钻杆4两者规格尺寸相同，即中心管体规格为φ89mm，公接头8、母接头9规格为φ91mm。

Claims (3)

1.一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具，其特征在于：包括用于取芯的钻头（1）、用于岩芯长度控制的短节（2）、若干依次连接的反螺旋槽双壁钻杆（3）、若干依次连接的双壁钻杆（4）和反循环水龙头（5），钻头（1）的一端与短节（2）的一端连接，短节（2）的另一端与反螺旋槽双壁钻杆（3）的一端连接，反螺旋槽双壁钻杆（3）的另一端与双壁钻杆（4）的一端连接，双壁钻杆（4）的另一端与反循环水龙头（5）的一端连接，钻头（1）的外径比反螺旋槽双壁钻杆（3）的外径大5-10mm，反螺旋槽双壁钻杆（3）的外径与双壁钻杆（4）的外径相同。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具，其特征在于：所述反螺旋槽双壁钻杆（3）包括内管（7）和外管（6），外管（6）的两端分别设有公接头（8）和母接头（9），外管（6）的外表面设有反向螺旋槽（10）。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下水平取芯钻孔用双壁反循环钻具，其特征在于：所述反向螺旋槽（10）为双头螺旋槽。

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