[发明专利]钻井法凿井垂直钻进钻具

说明书

技术领域

本发明属于钻井机械技术领域，涉及一种钻井钻具，具体地说是一种钻井法凿井的垂直钻进钻具。

背景技术

目前，矿山竖井凿井主要有两种方法，一是钻井法，另一是冷冻法。经过多年的发展，钻井法施工的设备技术已经比较成熟。钻井法相比冷冻法最突出的优点是安全性好，钻井法施工机械化及自动化程度高，作业条件好，劳动强度低，工人不下井，属本质安全型。另外钻井法还具有井壁质量高、工程造价低、节约资源以及可靠性高等特点。然而，随着井筒直径和井筒深度的增加，钻井法也暴露出一些问题，其中最主要问题是钻进速度慢，井筒直径越大，钻进速度越慢，严重影响了矿山建设的速度。

现在使用的竖井钻机主要有两种，一种是绞车提升固定转盘式竖井钻机，另一种是液压缸提升动力头式竖井钻机，其工作方式基本相同，即通过旋转机构(转盘或动力头)驱动钻杆，带动钻头旋转进行破岩，二者均采用压气反循环减压钻进。图1所示为液压缸提升动力头式钻机的结构原理，井架上安装有提升液压缸1和动力头2，动力头2通过钻杆3带动钻头5旋转进行破岩，导向器4浮动安装在钻头5上方，其作用是防止钻头出现大的摆动，破碎的岩屑随泥浆经钻头中间的吸收口和钻杆中心孔排出，并经出浆管6和出浆槽7排入沉淀池8中，沉淀后的泥浆流回井筒循环使用，沉淀的岩屑经净化后清除。为了保证钻井的垂直度，必须采用减压钻进(取钻头在泥浆中重量的30-60％为钻压)，即依靠钻头的重力进行导向。为了在钻进时保护井帮稳定，需要采用高性能泥浆，泥浆的静液压力和泥浆在井帮上形成的泥皮(造壁作用)，对井帮起到临时支护的作用。钻机钻进至设计直径和深度后，通过精确测井证明其有效直径能满足要求后，将地面预先制作的井壁下沉并进行壁后充填固井，完成作业。

由于钻井会出现偏斜，同样偏斜度的情况下，随着井筒深度的增加，井筒的有效直径会减小，而为了保证有效的井筒直径，通常会加大钻井直径，进而增加了钻井工作量，因此，钻井过程中，控制井筒的偏斜度非常重要。

研究表明，造成钻机钻进速度慢的主要原因有如下几点。

(1)钻压不足。受制于钻机的提升能力，钻头的重量一般控制在300t以内，为确保钻井的垂直度，必须减压钻进，因此，造成钻压不足，滚刀齿尖不能有效切入岩体达到体积破碎的目的。

(2)重复破碎。为了保持钻进的稳定性，岩石钻进一般采用平底钻头或小于35°井底角的锥形钻头，岩屑吸收口一般设计在钻头中心，由于钻进过程形成的工作面过于平缓，破碎的岩屑要向钻头中心运动是十分困难的，岩屑经反复破碎成粉末后才能被泥浆带走，由此造成岩屑重复破碎，严重影响钻进效率。

(3)导向器结构问题。钻机之所以采用减压钻进，是因为安装在钻头上方的导向器并不能真正地进行导向，导向器的直径是固定的，且比钻头直径小约100mm，仅能起到防止钻头大幅摆动的作用，由此导致钻进过程中钻头十分不稳定，破岩效率降低。

当前，提高大直径井筒的钻进速度是急需解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井法凿井的垂直钻进钻具，在不改变现有钻机总体结构的前提下，能够提高钻头的破岩效率，进而提高钻机的钻进速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种钻井法凿井垂直钻进钻具，其特征在于，包括自主定中导向器、加压推进液压缸、钻头；其中，所述加压推进液压缸安装在所述自主定中导向器和所述钻头之间。

可选地，所述自主定中导向器包括导向滚柱、导筒、导向架、支撑臂、支撑靴和探测支撑液压缸；其中

所述导向架通过导向滚柱与导筒连接在一起，所述导向滚柱由预紧固定装置定位并预紧；

所述导向架上均布有三个以上支撑臂，支撑靴的滑杆插入所述导向架上的支撑臂中，所述支撑靴的滑杆内安装有探测支撑液压缸；

所述支撑臂通过拉杆连接在一起。

可选地，所述探测支撑液压缸包括探测液压缸和支撑液压缸；其中

所述支撑液压缸包括：缸体、支撑缸盖、缸底、支撑活塞、支撑活塞杆；所述支撑缸盖和缸底分别设在所述缸体的两端；所述支撑活塞设在所述缸体内，所述支撑活塞杆与所述支撑活塞相连；所述活塞杆的端部设有支撑靴；

所述探测液压缸包括：缸底、支撑活塞、支撑活塞杆、探测杆和探测缸盖；所述探测杆安装在所述支撑活塞杆中间，并且穿过所述支撑活塞插入所述缸底中；所述支撑活塞杆的中间有一轴向通孔，所述缸底中间有一个轴向盲孔，所述探测杆上有探测活塞一和探测活塞二分别与上述两个孔配合；所述探测杆的外端有一探测板。