[发明专利]用于软煤岩降阻散热仿生钻进方法及钻杆

说明书

技术领域

本发明属于软弱煤岩层钻探工程技术领域，具体涉及一种用于软煤岩降阻散热仿生钻进方法及钻杆。

背景技术

目前，软弱煤岩层钻孔施工是钻探工程技术领域一项难题。软弱煤岩层钻进过程中，由于钻孔变形破坏严重，钻进阻力大、排渣困难，致使钻孔深度浅、钻进效率低，同时钻进过程中卡钻、断钻等钻孔事故频发。特别是软煤层钻孔施工，由于煤体强度低，受地应力、瓦斯压力、构造应力等因素作用，钻孔收缩比变形极为严重，钻进过程中，钻杆处于被煤渣完全包裹状态，钻进阻力大，卡钻现象严重，我国多个矿区已发生多起钻孔瓦斯燃烧、钻孔CO中毒事故。例如，河南豫北、豫西煤田很多矿井煤层为软煤层，煤层以Ⅲ类碎粒煤（煤坚固性系数f=0.25~0.5）和Ⅳ类糜棱煤（f<0.3）为主，很多区域的钻孔施工深度不足20 m，致使煤层中形成抽采盲区，其结果严重影响煤层瓦斯抽采效率，同时影响煤矿安全高效开采，给煤矿生产带来了严重的经济损失。针对软煤层钻进难题，发展了一系列新型钻具，专利名称为“突出煤层扒孔降温钻具及其钻进方法”（ZL200610111830.7）、“用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆及其加工工艺”（ZL200810049974.3）、“非对称异型截面钻杆”（ZL200910064223.3）、“异型多棱刻槽钻杆”（ZL200910064973.0）都取到了较好的钻进效果，一定程度上推进了我国软煤岩钻探工程技术水平的提高。由于我国煤层地质条件复杂多变，软煤层钻孔施工仍然是制约煤层瓦斯抽采效率的重要难题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种用于软煤岩降阻散热仿生钻进方法及钻杆, 解决常规钻具钻进阻力大、钻孔深度浅、钻进效率低、钻孔事故多的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于软煤岩降阻散热仿生钻进方法，包括以下步骤；

①.在待施工地点取煤样或岩样，通过实验室试验、理论计算评估钻孔收缩比d_c；钻孔收缩比d_c为钻孔孔壁变形最大位移u_p与钻孔未收缩时半径r的比值；

②.根据施工地点软煤岩的钻孔收缩比d_c设计钻杆旋转外径d₁，当钻孔收缩比0≤d_c≤20%时，钻杆旋转外径d₁设计为1.5r（1-d_c）～1.8r（1-d_c）；当钻孔收缩比20%＜d_c≤40%时，钻杆旋转外径d₁设计为1.7r（1-d_c）～2.1r（1-d_c）；当钻孔收缩比40%＜d_c≤60%时，钻杆旋转外径d₁设计为1.8r（1-d_c）～2.5r（1-d_c）；当钻孔收缩比d_c>60%时，钻杆旋转外径d₁设计为1.9r（1-d_c）～1.8r；

③.根据施工地点煤层的钻孔收缩比d_c设计钻杆表面凸起高度或凹槽深度；当钻孔收缩比0≤d_c≤20%时，钻杆表面凸起高度设置为0 mm～5 mm范围内；当钻孔收缩比20＜d_c≤40%时，钻杆表面凸起高度设置为3 mm～8 mm范围内；当钻孔收缩比40＜d_c≤60%时，钻杆表面凸起高度设置为5 mm～11 mm范围内；当钻孔收缩比d_c>60%时，钻杆表面凸起高度设置为5 mm～15 mm范围内；当钻孔收缩比0≤d_c≤50%时，钻杆表面凹槽深度设置为0 mm～3 mm范围内；当钻孔收缩比d_c>50%时，钻杆表面凹槽深度设置为3 mm～5 mm范围内；