CN212105742U - 一种松软突出煤层钻机钻具系统 - Google Patents

Abstract

实用新型提供一种松软突出煤层钻机钻具系统。该系统包括支撑套管、螺旋钻头、钻杆和钻机。所述钻机夹持钻杆的尾端。所述钻杆内布置有支撑套管。所述保压系统包括保压管、压力显示器和保压管密封装置。所述保压管的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。钻机带动钻杆旋转并钻入煤岩层中。该系统保证了钻孔内的压力稳定，解决了垮孔、埋钻等长距离钻进中出现的问题，既实现了高效通畅的钻进作业，也能最大程度上利用废水进行循环作业，显著提高施工效率和经济效益。

Description

一种松软突出煤层钻机钻具系统

技术领域

本实用新型涉及煤层瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种松软突出煤层钻机钻具系统。

背景技术

在深部煤炭开采领域，需要在钻进过程中将钻渣及时排出，否则滞留于钻孔底部的钻渣将阻碍钻头。随着煤炭开采深度增大，煤层所具有的高瓦斯压力、高地应力会使钻孔垮塌，导致喷孔、卡钻、埋钻等问题发生，无法保证施工安全，严重影响钻进施工的效率。同时，现有钻机钻具系统的排渣口的路程较长，容易发生堵塞。

因此，在深部煤炭开采领域，亟需一种针对高应力、高瓦斯压力的钻进系统，从而保证深部煤炭资源的安全高效开采。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种松软突出煤层钻机钻具系统，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种松软突出煤层钻机钻具系统，包括螺旋钻头、钻杆、保压系统和钻机。

所述螺旋钻头安装在钻杆的首端。所述螺旋钻头外壁上设置有螺旋叶片。所述螺旋钻头内部具有轴向流道。所述螺旋钻头顶端设置有供高压水射出的高压喷头。所述高压喷头与轴向流道连通。

所述钻机夹持钻杆的尾端。所述钻杆为双壁钻杆。所述钻杆的内管内腔为中心孔道。所述内管的壁面上设置有导流通孔和导渣通孔。所述钻杆的内管与外管之间的环空间隙为环形孔道。所述中心孔道中布置有支撑套管。所述支撑套管表面间隔布设支撑钩爪。所述支撑钩爪采用压簧结构。所述环形孔道中布置有抽渣管和输液管。所述抽渣管通过导渣通孔与中心孔道联通。所述输液管通过导流通孔与中心孔道联通。

所述保压系统包括保压管、压力显示器和保压管密封装置。所述保压管的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。所述保压管通过锚杆固定在钻孔孔口孔壁上。所述保压管伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触。所述钻杆从保压管的后端伸入钻孔中。所述保压管后端开口处与钻杆之间安装有保压管密封装置。所述保压管的周壁上开设有抽渣孔。所述保压管的周壁上还安装有压力显示器。所述保压管密封装置上开设有保压管排渣口。抽渣管阀门将钻杆内部的抽渣管与气渣分离器相连接。保压管排渣阀门将保压管末端通过管道与气渣分离器相连接。

工作时，钻机带动钻杆旋转并钻入煤岩层中。所述螺旋钻头在钻杆的旋转带动下自轴旋转。纳米流体送入螺旋钻头后，高压喷头喷射轴向的高压液流在孔底的煤壁上切割出引导孔。螺旋钻头将引导孔扩大。煤岩体由螺旋钻头研磨破碎或经受高压水冲击而破碎。高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器。钻进完成后，支撑套管从高压喷头孔口处顶出。支撑套管与钻杆分离后，支撑钩爪自动张开支撑钻孔。

进一步，所述高压喷头连接有单向阀。

进一步，所述保压管采用金属材料制成。

进一步，所述钻机的旋转密封装置的输入端与水射流发生系统通过管路连接，输出端与输液管的尾端连接。所述水射流发生系统和钻机之间的管路上设置有钻机进水阀门。

本实用新型的技术效果是毋庸置疑的：

A.保证了钻孔内的压力稳定，解决了垮孔、埋钻等长距离钻进中出现的问题，既实现了高效通畅的钻进作业，也能最大程度上利用废水进行循环作业，显著提高施工效率和经济效益；

B.将支撑套管置于钻杆内部，在钻进完成后，将钻头和钻杆退出，其张开的支撑钩爪可起到支撑钻孔的作用，防止垮孔；

C.解决了水平孔、俯视孔排渣困难的问题。

附图说明

图1为钻机钻具系统工作示意图；

图2为A处局部放大图；

图3为钻头与套管连接示意。

图中：螺旋钻头3、螺旋叶片301、高压喷头302、轴向流道304、钻杆4、支撑套管401、支撑钩爪4011、抽渣管402、输液管403、保压系统5、保压管501、压力显示器502、保压管密封装置503、保压管排渣阀门504、抽渣管阀门505、钻机6、气渣分离器7、分离器排水阀门8、钻机进水阀门9、加压泵10、纳米流体管道阀门11、纳米流体储罐12、锚杆13。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

实施例1：

参见图1和图2，本实施例公开一种松软突出煤层钻机钻具系统，包括螺旋钻头3、钻杆4、保压系统5和钻机6。实际生产中，钻机钻具系统与水射流发生系统配套使用。

所述水射流发生系统包括加压泵10和纳米流体储罐12。所述加压泵10和纳米流体储罐12之间的管路上设置有纳米流体管道阀门11。

所述螺旋钻头3安装在钻杆4的首端。所述螺旋钻头3外壁上设置有螺旋叶片301。所述螺旋钻头3内部具有轴向流道304。所述螺旋钻头3顶端设置有供高压水射出的高压喷头302。所述螺旋钻头3与轴向流道304连通。所述钻机6夹持钻杆4的尾端。所述钻杆4为双壁钻杆。所述钻杆4的内管内腔为中心孔道。所述内管的壁面上设置有导流通孔和导渣通孔。所述钻杆4的内管与外管之间的环空间隙为环形孔道。所述中心孔道中布置有支撑套管401。所述支撑套管401表面间隔布设支撑钩爪4011。所述支撑钩爪4011采用压簧结构。所述环形孔道中布置有抽渣管402和输液管403。所述抽渣管402通过导渣通孔与中心孔道联通。所述输液管403通过导流通孔与中心孔道联通。当钻进完成时，支撑套管401伸出螺旋钻头3。支撑钩爪4011打开，与岩壁接触，起到支撑钻孔的作用，防止钻孔在退钻的过程中发生垮塌。参见图3，钻杆内腔壁与螺旋钻头3通过螺纹连接，在钻进完成后，利用千斤顶将内腔中的支撑套管401顶出，实现分离。在本实施例中，通过千斤顶将支撑套管从底部向孔内推动，实现钻头与支撑套管的分离。

所述保压系统5包括保压管501、压力显示器502和保压管密封装置503。所述保压管501的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。所述保压管501通过4根锚杆13固定在钻孔孔口孔壁上。所述保压管501伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触。所述钻杆4从保压管5的后端伸入钻孔中。所述保压管5后端开口处与钻杆4之间安装有保压管密封装置503。所述保压管501的周壁上开设有抽渣孔。所述保压管501的周壁上还安装有压力显示器502以监测保压管501内的压力。所述保压管密封装置503上开设有保压管排渣口。抽渣管阀门505将钻杆内部的抽渣管道与气渣分离器7相连接。保压管排渣阀门504将保压管末端通过管道与气渣分离器7相连接。

所述气渣分离器7底部通过分离器排水阀门8与纳米流体储罐12相连接。

工作时，钻机6带动钻杆4旋转并钻入煤岩层中。所述螺旋钻头3在钻杆4的旋转带动下自轴旋转。纳米流体通过加压泵10送入螺旋钻头3。高压喷头302喷射轴向的高压液流，在孔底的煤壁上切割出引导孔。螺旋钻头3将引导孔扩大。煤岩体由螺旋钻头3研磨破碎或经受高压水冲击而破碎。高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器7。

本实施例将水基二氧化硅纳米流体通过钻头喷嘴注入钻孔，同时通过调节保压管阀门与注液压力，达到了长距离钻进过程中钻孔内部压力稳定的效果，解决了长距离钻进过程中的喷孔、垮孔等问题，保证了深部煤炭资源的安全高效开采。

实施例2：

本实施例公开一种基础的松软突出煤层钻机钻具系统，螺旋钻头3、钻杆4、保压系统5和钻机6。

所述水射流发生系统包括加压泵10和纳米流体储罐12。所述加压泵10和纳米流体储罐12之间的管路上设置有纳米流体管道阀门11。

所述螺旋钻头3安装在钻杆4的首端。所述螺旋钻头3外壁上设置有螺旋叶片301。所述螺旋钻头3内部具有轴向流道304。所述螺旋钻头3顶端设置有供高压水射出的高压喷头302。所述螺旋钻头3与轴向流道304连通。所述钻机6夹持钻杆4的尾端。所述钻杆4内布置有支撑套管401。所述支撑套管401表面间隔布设支撑钩爪4011。所述支撑钩爪4011与钻杆4分离后会自动张开，起到固孔的作用。

所述保压系统5包括保压管501、压力显示器502和保压管密封装置503。所述保压管501的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。所述保压管501通过4根锚杆13固定在钻孔孔口孔壁上。所述保压管501伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触。所述钻杆4从保压管5的后端伸入钻孔中。所述保压管5后端开口处与钻杆4之间安装有保压管密封装置503。所述保压管501的周壁上开设有抽渣孔。所述保压管501的周壁上还安装有压力显示器502以监测保压管501内的压力。所述保压管密封装置503上开设有保压管排渣口。抽渣管阀门505将钻杆内部的抽渣管道与气渣分离器7相连接。保压管排渣阀门504将保压管末端通过管道与气渣分离器7相连接。

工作时，钻机6带动钻杆4旋转并钻入煤岩层中。所述螺旋钻头3在钻杆4的旋转带动下自轴旋转。纳米流体通过加压泵10送入螺旋钻头3。高压喷头302喷射轴向的高压液流，在孔底的煤壁上切割出引导孔。螺旋钻头3将引导孔扩大。煤岩体由螺旋钻头3研磨破碎或经受高压水冲击而破碎。高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器7。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例2，其中，所述轴向流道304中设置有单向阀，保证在钻进的过程中不会有废水从高压喷头302的喷嘴处回流。

实施例4：

本实施例主要结构同实施例2，其中，所述保压管501采用金属材料制成。本实施例能够保证钻进过程的安全高效、瓦斯的高效抽采、钻孔的及时支护，实现了长距离钻进、瓦斯抽采与支撑固孔的一体化作业，同时节约了高压水的经济成本，达到了有效防治长距离钻进过程中喷孔、卡钻、埋钻的目的，从而保证深部煤炭资源的安全高效开采。

Claims (4)

1.一种松软突出煤层钻机钻具系统，其特征在于：包括螺旋钻头(3)、钻杆(4)、保压系统(5)和钻机(6)；

所述螺旋钻头(3)安装在钻杆(4)的首端；所述螺旋钻头(3)外壁上设置有螺旋叶片(301)；所述螺旋钻头(3)内部具有轴向流道(304)；所述螺旋钻头(3)顶端设置有供高压水射出的高压喷头(302)；所述高压喷头(302)与轴向流道(304)连通；

所述钻机(6)夹持钻杆(4)的尾端；所述钻杆(4)为双壁钻杆；所述钻杆(4)的内管内腔为中心孔道；所述内管的壁面上设置有导流通孔和导渣通孔；所述钻杆(4)的内管与外管之间的环空间隙为环形孔道；所述中心孔道中布置有支撑套管(401)；所述支撑套管(401)表面间隔布设支撑钩爪(4011)；所述支撑钩爪(4011)采用压簧结构；所述环形孔道中布置有抽渣管(402)和输液管(403)；所述抽渣管(402)通过导渣通孔与中心孔道联通；所述输液管(403)通过导流通孔与中心孔道联通；

所述保压系统(5)包括保压管(501)、压力显示器(502)和保压管密封装置(503)；所述保压管(501)的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部；所述保压管(501)通过锚杆(13)固定在钻孔孔口孔壁上；所述保压管(501)伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触；所述钻杆(4)从保压管(501)的后端伸入钻孔中；所述保压管(501)后端开口处与钻杆(4)之间安装有保压管密封装置(503)；所述保压管(501)的周壁上开设有抽渣孔；所述保压管(501)的周壁上还安装有压力显示器(502)；所述保压管密封装置(503)上开设有保压管排渣口；抽渣管阀门(505)将钻杆内部的抽渣管(402)与气渣分离器(7)相连接；保压管排渣阀门(504)将保压管末端通过管道与气渣分离器(7)相连接；

钻机(6)带动钻杆(4)旋转并钻入煤岩层中；所述螺旋钻头(3)在钻杆(4)的旋转带动下自轴旋转；纳米流体送入螺旋钻头(3)后，高压喷头(302)喷射轴向的高压液流在孔底的煤壁上切割出引导孔；螺旋钻头(3)将引导孔扩大；煤岩体由螺旋钻头(3)研磨破碎或经受高压水冲击而破碎；高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器(7)；钻进完成后，支撑套管(401)从高压喷头(302)孔口处顶出；支撑套管(401)与钻杆(4)分离后，支撑钩爪(4011)自动张开支撑钻孔。

2.根据权利要求1所述的一种松软突出煤层钻机钻具系统，其特征在于：所述高压喷头(302)连接有单向阀(303)。

3.根据权利要求1所述的一种松软突出煤层钻机钻具系统，其特征在于：所述保压管(501)采用金属材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种松软突出煤层钻机钻具系统，其特征在于：所述钻机(6)的旋转密封装置的输入端与水射流发生系统通过管路连接，输出端与输液管(403)的尾端连接；所述水射流发生系统(10)和钻机(6)之间的管路上设置有钻机进水阀门(9)。

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