[发明专利]强化软煤岩强度钻进方法及钻具

说明书

本发明公开了一种强化软煤岩强度钻进方法及钻具，根据煤层地质条件，依据强化软煤岩强度钻进方法，评估施工地点煤岩坚固性系数f，确定钻孔强化比d_q、煤岩钻头旋转速度ν_c、钻进速度ν_d、供风风量Q_a，并确定强化软煤岩强度钻具的结构设计形式。强化软煤岩强度钻具，包括煤岩强化钻头、旋转密封接头、煤岩钻头、钻杆。本发明针对软煤岩钻进困难工程难题，综合考虑煤岩层地质条件，发明了强化软煤岩强度钻进方法及钻具，应用强化软煤岩强度钻具施工钻孔，通过钻头结构的创新，在钻进过程中提高软弱煤岩体的强度，有利于改善钻孔的稳定性，实现软煤岩“先强化‑后钻进”的同步钻进工艺体系，有利于提高软煤岩钻孔深度和钻进效率。

技术领域

本发明属于软弱煤岩层钻探工程技术领域，具体涉及一种强化软煤岩强度钻进方法及钻具。

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重大难题。软弱煤岩层钻进过程中，由于钻孔变形量大且易失稳破坏，造成钻进阻力大、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。特别是煤矿井下含瓦斯软煤层钻孔施工，受地应力、瓦斯压力、构造应力等因素作用，钻孔变形、破坏极为严重，钻进阻力大、排渣空间易堵塞，钻进过程中易发生断钻、钻孔瓦斯燃烧等钻进事故。针对软煤岩钻进难题，科研及工程人员开展了大量的研究，发展了系列钻进方法和新型钻具，例如，专利名称为“用于松软煤层钻进封闭式螺旋护孔钻具及其使用方法”(ZL201410567089.X)、“用于软煤岩钻进双通道多孔紊流卸压钻具及其施工方法”(ZL201310568692.5)、“用于松软突出煤层钻进双层内排渣防堵钻具及其使用方法”(ZL201310566830.6)、“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。对于软弱煤岩体的钻孔施工，如果能够提高软弱煤岩体的强度，在钻探过程中，有利于减少或避免塌孔现象，间接降低了钻进阻力，有利于提升钻探效果。目前，国内外科研人员也开展了大量的研究，并提出了一些方法，例如，提出采用保压钻进、固壁液等护壁技术来加固孔壁，减少钻孔坍塌对钻进的影响，但这些技术应用于近水平瓦斯抽采钻孔，实施难度大，护壁效果差。因此，本发明提出强化软煤岩强度钻进方法并发明与之配套的强化软煤岩强度钻具，应用煤岩钻头、煤岩强化钻头组合形成的新型强化软煤岩强度钻具施工钻孔，通过钻头结构的创新，在钻进过程中提高软弱煤岩体的强度，有利于改善钻孔的稳定性，可实现软煤岩钻进过程中先强化、后钻进的同步钻进工艺体系，有利于提高软煤岩钻孔深度和钻进效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种强化软煤岩强度钻进方法及钻具，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：强化软煤岩强度钻进方法，包括以下步骤：

①.在待施工地点取煤样或岩样，通过实验室试验确定煤岩坚固性系数f；

②.根据施工地点煤岩坚固性系数f确定钻孔强化比d_q；钻孔强化比d_q为安装在煤岩钻头前端的煤岩强化钻头最大旋转直径d₁与安装在钻杆前端的煤岩钻头最大旋转直径d₂的比值；当煤岩坚固性系数0＜f≤0.3时，钻孔强化比d_q设计为0.5～1；当煤岩坚固性系数0.3＜f≤0.5时，钻孔强化比d_q设计为0.3～0.8；当煤岩坚固性系数0.5＜f≤0.8时，钻孔强化比d_q设计为0～0.5；当煤岩坚固性系数0.8＜f≤1.2时，钻孔强化比d_q设计为0～0.3；