用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，包括外層抗壓螺旋葉片排渣管，護桿隔渣管，內層空芯鉆桿，鉆頭，前端外層連接軸承，前端中間軸承，尾端雙層連接軸承，鉆機，水泵，送進機。本實用新型主要用于鉆孔易坍塌，易失穩，難鉆進軟煤層的高效鉆進。本實用新型設計獨特，通過將鉆桿和鉆渣之間的阻力有效的轉移至外層抗壓螺旋葉片排渣管，徹底隔離鉆桿鉆渣的接觸。另給動力源解決掉轉移阻力，有效的減輕了鉆桿的負荷，提高了鉆桿鉆進的效率。外層抗壓螺旋葉片排渣管外壁低螺旋葉片可保證鉆具的順利鉆進以及退鉆，同時可有效抑制鉆孔收縮，坍塌，失穩等問題。
【專利說明】
用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具
技術領域
[0001]本實用新型屬于煤礦軟煤巖鉆探工程技術領域，具體涉及一種用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具
【背景技術】
[0002]瓦斯災害是礦井五大災害之一，瓦斯抽采是防范治理瓦斯災害的有效途徑，其中鉆孔抽采瓦斯應用較為廣泛，瓦斯抽采最主要的途徑是通過鉆孔。目前用于鉆孔鉆進的鉆桿主要有兩種，一種是螺旋葉片鉆具，它依靠鉆機自身動力鉆進，由于鉆機動力有限，現場實踐中易出現吸鉆、卡鉆等問題。另一種鉆桿是光面鉆桿，以流體為排渣動力，實踐中由于煤質松軟，地應力，瓦斯壓力，構造應力等多種因素造成了排渣通道易堵塞，進而出現了夾鉆、丟鉆等問題。中國專利申請號為201310568692.5中公開了一種用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流泄壓鉆具及其使用方法，在分析過程中發現，鉆渣在排出過程中會和鉆桿保持接觸，增大了鉆進中孔鉆桿的負荷。中國專利申請號為201310566830.6中公開了用于松軟突出煤層鉆進雙層內排渣防堵鉆具及其使用方法，分析過程中發現鉆渣通過鉆桿內部排出，消耗了過大的鉆機動力，增大了鉆桿的負荷，從而影響了鉆進效率。因此，應圍繞減小鉆桿鉆渣間阻力，護孔保鉆等方面，設計出一種新型的孔內鉆具及其鉆進方法，解決常規鉆具在實踐中的諸多問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供了一種新型的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，該新型組合鉆具采用鉆頭切削煤體，高壓水流經空芯鉆桿流出鉆頭，沖洗鉆渣，鉆渣在水流的作用下流入外層抗壓螺旋葉片排渣管，通過排渣螺旋葉片產生的摩擦阻力將鉆渣順利排出，該過程可順利的轉移鉆桿鉆渣間阻力，減小鉆桿的負荷，同時外層抗壓螺旋葉片排渣管具有一定的抗壓能力，可在一定程度上避免鉆孔收縮以及孔壁失穩等問題的發生。且外層抗壓螺旋葉片排渣管的外壁嵌有低螺旋葉片，可以保證外層抗壓螺旋葉片排渣管的順利鉆進和退鉆。該鉆具組合實現了利用外動力源解決轉移阻力，順利鉆進和退鉆、有效抑制鉆孔收縮，坍塌，失穩，以及順利排渣的高效鉆進目標。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，包括外層抗壓螺旋葉片排渣管，護桿隔渣管，內層空芯鉆桿，鉆頭，前端外層連接軸承，前端中間軸承，尾端雙層連接軸承，鉆機，水栗，其特征在于所述的護桿隔渣管與外層抗壓排渣旋轉管軸承連接，內層空芯鉆桿與護桿隔渣管軸承連接，鉆頭安裝在實芯鉆桿前端，鉆頭直徑略大于外層抗壓螺旋葉片排渣管直徑，另外各層鉆桿的單節長度設計為內層空芯鉆桿的單節長度>護桿隔渣管的單節長度>外層抗壓螺旋葉片排渣管的單節長度。
[0005]所述的外層抗壓螺旋葉片排渣管具有一定的壁厚，且內壁嵌有高螺旋葉片，外壁嵌有低螺旋葉片。外層抗壓螺旋葉片排渣管的前端設計為外連接螺紋，尾端設計為內連接螺紋。第一級管的前端不設計螺紋。
[0006]所述的護桿隔渣管具有一定的壁厚，內外壁光滑，前端面與前端中間軸承端面平齊，護桿隔渣管的前端設計為外連接螺紋，尾端設計為內連接螺紋，第一級管的前端不設計螺紋。
[0007]所述的內層空芯鉆桿為空芯，水流可經鉆桿中心流至鉆頭中心孔中，內層空芯鉆桿前端設計為內連接螺紋，尾端設計為外連接螺紋。
[0008]所述的鉆頭中心有導流孔，采用合金鉆頭。鉆頭的連接柄設計為外連接螺紋。
[0009]所述的外層抗壓螺旋葉片排渣管與護桿隔渣管在鉆具前端通過前端外層連接軸承連接，其中前端外層連接軸承包括外圈，內圈，滾珠、密封檔板、導煤大孔、穩定架、保持器組成。
[0010]所述的護桿隔渣管和內層空芯鉆桿在鉆具前端通過前端中間軸承相連接，其中前端中間軸承由內圈、保持器、滾珠、密封檔板、外圈組成。
[0011 ]所述的鉆頭通過外連接螺紋與鉆桿前端內連接螺紋進行絲扣連接。
[0012]所述的內層空芯鉆桿、護桿隔渣管和外層抗壓螺旋葉片排渣管在尾端三者由內至外通過尾端雙層連接軸承連接，其中尾端雙層連接軸承包括內層內圈、內層保持器、內層滾珠、內層外圈、內層密封檔板;外層內圈、外層保持器、外層滾珠、外層外圈、外層密封檔板、外層支撐架、外層導煤大孔組成。
[0013]所述的鉆具與下節鉆具通過鉆具端部的螺紋進行絲扣連接，具體為內層空芯鉆桿通過尾端外連接螺紋與下一根鉆桿的前端內連接螺紋絲扣連接，護桿隔渣管通過尾端內連接螺紋與下一根輸送管的前端外連接螺紋絲扣連接，外層外層抗壓螺旋葉片排渣管通過尾端外連接螺紋與下一根排渣管的前端內連接螺紋絲扣連接。
[0014]采用上述結構，通過空芯鉆桿，護桿隔渣管和外層抗壓螺旋葉片排渣管的的設計，形成一套轉移阻力，順利鉆進和退鉆，有效排渣的鉆具組合方式。通過護桿隔渣管的設計阻止鉆渣進入鉆桿環形空間，順利的將鉆渣轉移至外層抗壓螺旋葉片排渣管，通過外動力源帶動外層抗壓螺旋葉片排渣管旋轉，螺旋葉片和鉆渣之間產生的阻力可將鉆渣順利排出。可見，本實用新型的用于提高煤層鉆進效率的多動力源組合鉆具通過鉆具的組合，轉移了鉆桿鉆渣間阻力，并通過外動力源解決原本由鉆桿負荷的鉆桿鉆渣間阻力，減小鉆桿的負荷，同時外層抗壓螺旋葉片排渣管外壁低螺旋葉片的設計可以實現鉆具的順利鉆進和退鉆，同時可以有效的抑制鉆孔變形，失穩破壞以及堵塞等問題的發生。尤其適用于軟煤層的鉆進，有利于提尚鉆孔的深度，保證鉆孔的質量以及提尚鉆機鉆進的效率，值得在煤礦企業推廣應用。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型工作狀態的結構示意圖；
[0016]圖2是組合鉆具示意圖；
[0017]圖3是外層抗壓螺旋葉片排渣管示意圖；
[0018]圖4是前端外層連接軸承剖視圖；
[0019]圖5是前端中間軸承剖視圖；
[0020]圖6是尾端雙層連接軸承剖視圖；
[0021]圖7是鉆頭不意圖；
【具體實施方式】
[0022]如圖1一圖7所示，本實用新型的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，包括外層抗壓螺旋葉片排渣管I，護桿隔渣管2，內層空芯鉆桿3，鉆頭4，前端外層連接軸承5，前端中間軸承6，尾端雙層連接軸承7，鉆機8，水栗9，送進機10。外層抗壓螺旋葉片排渣管I由內壁高螺旋葉片101、外壁低螺旋葉片102、尾端內連接螺紋103、前端外連接螺紋104組成；護桿隔渣管2由外壁201，尾端內連接螺紋202、前端外連接螺紋203組成；護桿隔渣管2與外層抗壓螺旋葉片排渣管I在鉆具前端通過前端外層連接軸承5連接，其中前端外層連接軸承5包括外圈501，內圈502，滾珠503、密封檔板504、導煤大孔505、穩定架506、保持器507組成；內層空芯鉆桿3由桿301、前端內連接螺紋302，尾端外連接螺紋303組成；內層空芯鉆桿3和護桿隔渣管2在鉆具前端通過前端中間軸承6相連接，其中前端中間軸承6由內圈601、保持器602、滾珠603、密封檔板604、外圈605組成；內層空芯鉆桿3超出前端中間軸承6的端部一定距離，距離適中，保證鉆頭轉動不受影響；鉆頭4由合金鉆頭401、連接柄402、外連接螺紋403、中心進水孔404、胎體405組成;鉆頭4通過外連接螺紋403與內層空芯鉆桿3前端內連接螺紋302通過絲扣連接；內層空芯鉆桿3、護桿隔渣管2和外層抗壓螺旋葉片排渣管I在尾端三者由內至外通過尾端雙層連接軸承7連接，其中尾端雙層連接軸承7包括內層內圈701、內層保持器702、內層滾珠703、內層外圈704、內層密封檔板705;外層內圈706、外層保持器707、外層滾珠708、外層外圈709、外層密封檔板710、外層支撐架711、外層導煤大孔712。其中內層空芯鉆桿3長度(m/節)>護桿隔渣管2長度(m/節)>外層抗壓螺旋葉片排渣管l(m/節)。鉆頭直徑略大于外層抗壓螺旋葉片排渣管直徑。隨鉆進深度的增加，內層空芯鉆桿3通過尾端外連接螺紋303與下一根空芯鉆桿的前端內連接螺紋302絲扣連接;護桿隔渣管2通過尾端內連接螺紋202與下一根輸送管的前端外連接螺紋203絲扣連接;外層外層抗壓螺旋葉片排渣管I通過尾端外連接螺紋103與下一根排渣管的前端內連接螺紋104絲扣連接。
[0023]用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，包括以下步驟:
[0024]1、根據圖1一圖7，外層抗壓螺旋葉片排渣管I，護桿隔渣管2，內層空芯鉆桿3，鉆頭4，前端外層連接軸承5，前端中間軸承6，尾端雙層連接軸承7，鉆機8，水栗9，送進機10的連接。由于外層抗壓螺旋葉片排渣管1，護桿隔渣管2，內層空芯鉆桿3的單節長度不同，鉆機工作以及鉆具的接長不受影響。
[0025]2、啟動鉆機，水栗，空芯鉆桿在鉆機8的帶動下帶動鉆頭轉動，水流經鉆桿中心流入鉆頭前端，沖洗鉆渣，鉆渣流動至外層抗壓螺旋葉片排渣管。外層抗壓螺旋葉片排渣管在鉆機9的帶動下轉動，內壁高螺旋葉片帶動鉆渣順利返出，外壁低螺旋葉片可以保證外層抗壓螺旋葉片排渣管在煤層中順利鉆進和退鉆。
[0026]3、在鉆進過程中，護桿隔渣管2只在送進機10的作用下送進，不發生轉動，可有效的將鉆渣轉移至外層抗壓螺旋葉片排渣管。
[0027]下面介紹該實施方式高效鉆進的原理:
[0028]該實施方式通過護桿隔渣管的設計可順利將鉆渣轉移至外層抗壓螺旋葉片排渣管，外層抗壓螺旋葉片排渣管在外動力源的帶動下轉動，且外層抗壓螺旋葉片排渣管內壁嵌有高螺葉片，鉆渣在內壁螺旋排渣葉片摩擦力和部分水流的作用下順利排出。整個過程，護桿隔渣管不發生轉動，可有效的將鉆桿鉆渣間的阻力轉移至外層，并通過外動力源消除該部分阻力，減輕了鉆桿的負荷，提高了鉆進的效率。因此，該方法可以通過多動力源實現鉆進的高效化。
【主權項】
1.用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，包括外層抗壓螺旋葉片排渣管，護桿隔渣管，內層空芯鉆桿，鉆頭，前端外層連接軸承，前端中間軸承，尾端雙層連接軸承，鉆機，水栗，送進機，其特征在于所述的護桿隔渣管與外層抗壓排渣旋轉管軸承連接，內層空芯鉆桿與護桿隔渣管軸承連接，鉆頭安裝在實芯鉆桿前端，鉆頭直徑略大于外層抗壓螺旋葉片排渣管直徑，另外各層鉆桿的單節長度設計為內層空芯鉆桿的單節長度>護桿隔渣管的單節長度>外層抗壓螺旋葉片排渣管的單節長度，鉆具與下節鉆具通過鉆具端部的螺紋進行絲扣連接。2.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的外層抗壓螺旋葉片排渣管具有一定的壁厚，且內壁嵌有高螺旋葉片，外壁嵌有低螺旋葉片，夕卜層抗壓螺旋葉片排渣管的前端設計為外連接螺紋，尾端設計為內連接螺紋，且第一級管的前端不設計螺紋。3.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的護桿隔渣管具有一定的壁厚，內外壁光滑，前端面與前端中間軸承端面平齊，護桿隔渣管的前端設計為外連接螺紋，尾端設計為內連接螺紋，第一級管的前端不設計螺紋。4.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的內層空芯鉆桿為空芯，水流可經鉆桿中心流至鉆頭中心孔中，內層空芯鉆桿前端設計為內連接螺紋，尾端設計為外連接螺紋。5.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的鉆頭中心有導流孔，采用合金鉆頭，另外鉆頭的連接柄設計為外連接螺紋。6.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的外層抗壓螺旋葉片排渣管與護桿隔渣管在鉆具前端通過前端外層連接軸承連接，其中前端外層連接軸承包括外圈，內圈，滾珠、密封檔板、導煤大孔、穩定架、保持器組成。7.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的護桿隔渣管和內層空芯鉆桿在鉆具前端通過前端中間軸承相連接，其中前端中間軸承由內圈、保持器、滾珠、密封檔板、外圈組成。8.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的鉆頭通過外連接螺紋與鉆桿前端內連接螺紋進行絲扣連接。9.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的內層空芯鉆桿、護桿隔渣管和外層抗壓螺旋葉片排渣管在尾端三者由內至外通過尾端雙層連接軸承連接，其中尾端雙層連接軸承包括內層內圈、內層保持器、內層滾珠、內層外圈、內層密封檔板，外層內圈、外層保持器、外層滾珠、外層外圈、外層密封檔板、外層支撐架、外層導煤大孔組成。10.根據權利要求1所述的用于軟煤層鉆進的多動力源組合鉆具，其特征在于:所述的鉆具與下節鉆具通過鉆具端部的螺紋進行絲扣連接，具體為內層空芯鉆桿通過尾端外連接螺紋與下一根鉆桿的前端內連接螺紋絲扣連接，護桿隔渣管通過尾端內連接螺紋與下一根輸送管的前端外連接螺紋絲扣連接，外層外層抗壓螺旋葉片排渣管通過尾端外連接螺紋與下一根排渣管的前端內連接螺紋絲扣連接。
【文檔編號】E21B17/10GK205422527SQ201620193245
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】蔣峰, 蔣一峰, 劉昂, 周愛桃
【申請人】中國礦業大學(北京)