[实用新型]一种用于煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进的组合钻具

说明书

技术领域

本实用新型属于煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工方法及配套机具，涉及一种用于煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进的组合钻具。 

背景技术

松软突出煤层，瓦斯压力大，抽采钻孔施工难度大。目前多采用顶（底）板穿层孔、煤层顺层孔以及顶板高位孔联合的瓦斯治理模式，其中顶（底）板穿层孔是实现煤层消突、增透和瓦斯抽采的重要技术手段，但采用常规钻具施工顶（底）板穿层孔时，钻孔在煤层中延伸长度有限，消突、增透效果不明显。根据煤层地质条件，针对钻孔轨迹控制难题，进行顶底板穿层孔旋转钻进装备改进研究，延长顶底板穿层钻孔煤层段长度，开展煤层顶底板穿层瓦斯抽采孔强力造斜技术的研究有重要的现实意义，并通过进行现场试验，取得了很好的效果，实现煤层消突、增透。结合淮南矿区地质条件，通过配套强造斜组合钻具优选，钻压、转速等参数试验，总结出一套适合淮南矿区的顶底板穿层孔强造斜钻进的工艺参数，形成适合淮南矿区的煤层顶底板穿层孔强力造斜旋转钻进技术。本实用新型涉及的一种煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进工艺，不但很好地解决了煤矿井下顶底板穿层孔延长煤孔段工艺的技术需求，同时由于钻孔煤孔段长度延长，提高了瓦斯抽采效果，一定程度上消除了后期采煤安全隐患，同等抽采条件下，还可减少顶底板穿层孔钻孔数，节约生产成本。 

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进用组合钻具，使煤矿井下底板穿层孔煤孔段延长，以解决松软突出煤层常规钻进穿层孔煤孔段长度有限，导致消突、增透效果不明 显的技术问题。 

为实现本实用新型的目的，本申请提供了如下技术方案： 

一种用于煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进的组合钻具，所述组合钻具包括依次连接的造斜钻头1、稳定器2、挠性连接钻杆3、钻杆4。 

一种煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进工艺，步骤如下 

a.在开采工作面底板巷道内布置钻场，在煤层底板内开孔，开孔后钻进采用保直钻具，冲洗介质采用清水，使钻孔按设计开孔方位和倾角延伸，直到钻至见煤停钻； 

b.提钻后，换新钻具。从钻孔下入短半径强造斜组合钻具进行造斜钻进，冲洗介质采用压缩空气，使钻孔轨迹一进入煤层即开始短半径弯曲，为增加煤孔段长度，应严格控制钻进速度，使钻孔轨迹向下弯曲，使得钻孔在煤层中短半径弯曲延伸。 

c.在回转及给进力作用下，强造斜短半径组合钻具（见图2）涉及的造斜钻头1，钻头切削刃在遇顶板或夹矸时向下侧切削煤层，易于造斜钻进，同时在稳定器2重力作用下使钻头切削下侧煤层力增大，钻孔向下弯曲强度增大，采取轻压慢钻及重复钻进方法，最终达到穿层孔在煤层中短半径弯曲延伸增加煤层段长度目的。 

上述的一种煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进工艺，造斜钻头（见图3）是一种浅锥三翼弧角型PDC钻头，钻头保径齿（5）布置在弧形刀翼（6）外侧，钻头冠部设计有一定锥度，其冠顶圆钝，刀翼外侧至冠顶布置大量的切削齿（7）。同时由于冠部表面积小，水眼（8）易于钻头清洗和切削齿冷却，提高钻进效率，钻头体外侧镶焊金刚石聚晶保径（9）及小端设置有工具卡槽（10）。 而冠部弧形的结构设计使得钻头在煤层中钻进钻遇顶板或夹矸时能够向煤层偏斜，实现延长穿层孔在煤层段的有效长度。钻头体小端有螺纹连接结构，可实现与稳定器（图4）、挠性钻杆（3）的连接。 

上述的一种煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进工艺，所述的稳定器（见图4）是一种四翼直槽型短节，该稳定器设计有反向切削合金，重量较大，可以在稳定器翼上设计布置保径，使稳定器的磨损减小。同时由于重量较大，易于在重力作用下使造斜钻头（见图3）产生向下侧切力，提高钻头在煤层中钻进钻遇顶板或夹矸时能够向煤层偏斜度，实现延长穿层孔在煤层段的长度。 

上述的一种煤层顶底板穿层孔短半径造斜旋转钻进工艺，所述的挠性连接钻杆（3）曲率半径R=4.0～13m之间，可实现钻具短半径弯曲并回转，满足强造斜钻进工艺要求。 

有益效果 

1、挠性连接钻杆可短半径弯曲，满足穿层孔短半径旋转钻进的工艺要求。本钻杆杆体上加工1-3个挠性接头，通过调整挠性接头的数量可控制钻杆的曲率半径，曲率半径R=4.0～13m之间，钻杆可实现短半径弯曲并回转，满足强造斜钻进工艺钻具的弯曲强度。