用于软煤岩钻进卸压护孔钻杆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤矿复杂条件煤层钻孔施工、软弱破碎岩层钻探工程等技术领域，具 体涉及一种用于软煤岩钻进卸压护孔钻杆。
【背景技术】
[0002] 软煤岩钻孔施工困难是公认世界性难题。钻孔施工过程中，由于煤岩体强度低，钻 孔孔壁变形量大，局部易失稳破坏，钻孔内易形成钻屑堆积并致使钻孔堵塞，钻孔失去排渣 空间后，钻孔施工难W进行。近10年，我国煤矿企业和钻进装备生产单位投入了大量的人 力和财力，整体上，钻进装备趋于大功率、高扭矩，机械化程度高。许多煤炭企业过于倾向钻 进装备在松软煤层钻进中的作用，为解决松软煤层钻进问题，消耗大量资金，引入国外千米 钻机，但并未达到预期使用效果。解决软煤岩钻进难题，不应只注重"孔外装备"的发展，同 时也应注重钻杆、钻头等"孔内装备"的研究。科研及工程技术人员针对软煤岩钻进发展了 双套管钻具，该钻具存在两方面问题；一方面，该钻机配套设备庞大，需要较大钻场，难W适 应井下条件，钻进工艺相对复杂，钻进效率偏低；另一方面，在软煤岩区域施工钻孔时，钻孔 变形量大，作为起护孔作用的外管与钻孔壁完全接触，其摩擦阻力大，钻进过程中，卡钻、断 钻现象频繁，致使钻孔深度浅、钻进效率低。因此，常规的双套管钻具并不适用于地质条件 复杂的软煤岩区域，急需开发一种新型钻具，即具有护孔功能，同时又能够有效降低钻杆的 旋转阻力，间接降低钻机动力损耗。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有技术中的不足之处，结合现有常规护孔钻具在使用中存的问 题，充分发挥螺旋幅的机械排渣原理，通过螺旋幅的结构创新，将护孔功能与钻进排渣融为 一体，提供一种护孔效果好、排渣效率高、有利于提高钻进深度和效率的用于软煤岩钻进卸 压护孔钻杆。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于软煤岩钻进卸压护孔钻杆， 包括护孔螺旋叶片、助排螺旋叶片、中空钻杆体，所述护孔螺旋叶片、助排螺旋叶片和中空 钻杆体同轴，护孔螺旋叶片和助排螺旋叶片固定在中空钻杆体上。
[0005] 所述的护孔螺旋叶片由叶顶、叶柄组成，叶顶宽度L 1大于叶柄宽度L 2,叶顶宽度 L1为叶柄宽度L2的2^10倍。
[0006] 所述的护孔螺旋叶片，叶柄结构设计为无排渣孔或设置排渣孔两种方式。
[0007] 所述的助排螺旋叶片高度&低于护孔螺旋叶片高度Hi，助排螺旋叶片高度&取值 范围为；0 m《&《0. 4 m，护孔螺旋叶片高度Hi为助排螺旋叶片高度&的2^8倍。
[000引所述的中空钻杆体由中空凹接头、中空圆杆体、中空凸接头组成，中空凹接头和中 空凸接头固定在中空圆杆体的两端，中空凹接头和中空凸接头设计为螺纹连接或插接式连 接，中空钻杆体连接起来，其内腔形成流体通道。
[0009] 采用上述结构，通过改变护孔螺旋叶片结构，调整叶顶与叶柄宽度，是否在护孔螺 旋叶片上设置排渣孔，从而改变护孔面积和排渣方式，可形成系列不同类型钻杆。在地应力 大、瓦斯压力大、煤岩坚固性系数f《0. 5区域，钻孔变形量大，且煤炮、喷孔等瓦斯动力现 象频繁，钻头破煤形成的钻屑量是常规钻进的数倍，钻屑极易堆积并形成钻孔堵塞，该条件 下，增大叶顶与叶柄宽度比，尽量扩大护孔面积，同时在护孔螺旋叶片的叶柄上设置较大面 积的排渣孔，并通过压风进行辅助排渣，护孔螺旋叶片的排渣孔之间形成排渣通道，有效缓 解钻孔堵塞问题，可实现提高钻进深度和效率的目标；在煤岩坚固性系数0. 5<f《1区域， 很多煤层为软硬复合煤层或复合破碎煤层，该条件煤层，钻孔变形及稳定性有所改善，可适 当降低叶顶与叶柄宽度比，从而减少护孔面积，间接减小钻杆的旋转阻力，同时在护孔螺旋 叶片的叶柄上设置较小面积排渣孔，该排渣孔主要用于释放叶片之间堵塞段的挤压应力， 从而预防叶片破损，同时有利于堵塞段的疏通；在煤岩坚固性系数1 <f《1. 5区域，该条件 下，尽管钻孔的变形量有所降低，但受地应力、瓦斯压力及构造应力等因素作用，钻孔的稳 定性仍然较差，钻孔局部易失稳破坏形成钻孔堵塞，因此，依然有必要应用本发明的护孔钻 杆，根据施工地点的地质条件及钻孔设计参数，可进一步降低叶顶与叶柄宽度比，合理的确 定护孔面积，从而降低钻机的动力损耗，充分发挥钻机的最大钻探能力。可见，本发明螺旋 卸压护孔钻杆，针对软煤岩钻进困难的技术问题，通过结构创新，钻杆实现了护孔和辅助排 渣功能，解决了制约软煤岩钻进的瓶颈问题，有利于提高软煤岩钻孔深度，提高钻进效率及 成孔率，值得在煤矿企业推广应用。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明实施例一的结构示意图； 图2是图1的右视图； 图3是图1的局部放大图I ; 图4是常规圆钻杆钻孔堵塞示意图； 图5是常规螺旋钻杆钻孔堵塞示意图； 图6是本发明实施时排渣原理示意图； 图7是本发明实施例二的结构示意图； 图8是图7的局部放大图II ; 图9是本发明实施例H的结构示意图； 图10是图9的右视图； 图11是本发明实施例四的结构示意图； 图12是图11的右视图； 图13是本发明实施例五的结构示意图； 图14是本发明实施例六的结构示意图； 图15是本发明实施例走的结构示意图； 图16是本发明实施例八的结构示意图； 图17是本发明实施例九的结构示意图； 图18是本发明实施例十的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011] 实施例一；如图I~图4所示，本发明的用于软煤岩钻进卸压护孔钻杆，包括护孔 螺旋叶片1、助排螺旋叶片2、中空钻杆体3,所述护孔螺旋叶片1、助排螺旋叶片2和中空钻 杆体3同轴，助排螺旋叶片1和护孔螺旋叶片2固定在中空钻杆体3上。护孔螺旋叶片由 叶顶8、叶柄9组成，叶顶8宽度L 1大于叶柄9宽度L 2,叶顶8宽度L 1为叶柄9宽度L 2 的2^10倍。护孔螺旋叶片1，叶柄9结构设计为无排渣孔4或设置排渣孔4两种方式。助 排螺旋叶片2高度&低于护孔螺旋叶片1高度Hi,助排螺旋叶片2高度&取值范围为；0 m《&《0. 4 m，护孔螺旋叶片1高度Hi为助排螺旋叶片2高度&的2^8。中空钻杆体3 由中空凹接头7、中空圆杆体6、中空凸接头5组成，中空凹接头7和中空凸接头5固定在中 空圆杆体6的两端，中空凹接头7和中空凸接头5设计为螺纹连接或插接式连接，中空钻杆 体3连接起来，其内腔形成流体通道13。
[0012] 下面介绍一下本发明实施例一卸压护孔钻杆护孔钻进原理： 对于松软煤层钻孔施工，受地应力、瓦斯压力、构造应力及钻杆扰动作用影响，钻孔变 形量大，且煤炮、喷孔等瓦斯动力现象频繁，钻头破煤形成的钻屑量是常规钻进的数倍，钻 屑极易堆积并形成钻孔堵塞。参照图4,应用常规圆钻杆时，排渣方式为流体排渣，钻孔周 边煤体11大变形及破坏，迅速在钻杆周围形成堵塞，钻杆周边的排渣通道完全被堵塞，堵 塞段对钻杆的包裹作用，致使钻杆旋转困难，处理不当时，钻杆与周围煤渣产生强烈的干摩 擦，热量聚集并难W释放，易造成孔内钻孔瓦斯燃烧、钻孔CO中毒等孔内事故，严重威胁矿 井的安全生产和工人的生命安全，因此，对于软煤层钻进，目前已很少应用圆钻杆。
[0013] 参照图5,应用常规螺旋钻杆时，排渣是通过螺旋叶片旋转形成的摩擦力将钻屑排 出孔外，同样，钻孔周边煤体11大变形及破坏，迅速在螺旋钻杆周围形成堵塞