煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置及施工方法
【专利摘要】一种煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置及施工方法，跟管下筛管装置，包括筛管、滚珠钻具和中心钻杆，所述筛管内设置所述中心钻杆，周缘设有多个筛孔；所述滚珠钻具由管靴、扩孔套、中心导向杆和导向头组成，所述筛管的前端连接有接头，接头与管靴连接，管靴与扩孔套采用滚珠连接，所述扩孔套的前端缘间隔设有多个切削元件，所述中心导向杆的前端连接于导向头，后端连接于中心钻杆，所述中心导向杆和扩孔套之间设有快拆结构；由此，本发明实现长孔段大直径筛管护孔，提高钻孔利用率，增强瓦斯抽采效果。
【专利说明】
煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置及施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及煤矿井下钻孔长孔段下大直径筛管护孔的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置及施工方法。
【背景技术】
[0002]为有效提高钻孔利用率，提高瓦斯抽采效果，煤矿井下瓦斯抽采钻孔通常采用筛管护孔。该工艺采用先完成钻孔施工然后再下筛管的方法来实现，该方法下入筛管直径较小，通常远小于钻孔直径；由于钻渣堵塞和钻孔坍塌影响，存在无法下到预期深度的问题。因此，对于常规钻孔采用一定工艺或方法提高筛管下入深度和筛管直径就显得很有必要。而在采用定向钻孔解决瓦斯治理问题时，按照设计完成钻孔施工之后，一般采取裸眼方式完孔，然后直接连接抽采管路进行瓦斯抽采以解决瓦斯治理问题;但由于煤、岩层破碎、缩径、地应力作用以及受采动影响等原因，定向钻孔完成后往往出现塌孔、变形严重等情况，导致耗费大量资源完成的定向钻孔发挥不了应有的作用，无法达到预期目的，从而造成巨大的浪费，同时也极大的影响了煤矿安全生产。为提高定向钻孔抽采效果所采用常规回转扩孔下护孔管的方式同样也存在下入深度浅、护孔管直径过小等问题，无法有效保障抽放通道的畅通，最终达不到预期目的，取得良好抽放效果。
[0003]为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置及施工方法，以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置及施工方法，实现长孔段大直径筛管护孔，提高钻孔利用率，增强瓦斯抽采效果。
[0005]为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置，包括筛管、滚珠钻具和中心钻杆，其特征在于:
[0006]所述筛管内设置所述中心钻杆，周缘设有多个筛孔；
[0007]所述滚珠钻具由管靴、扩孔套、中心导向杆和导向头组成，所述筛管的前端连接有接头，接头与管靴连接，管靴与扩孔套采用滚珠连接，所述扩孔套的前端缘间隔设有多个切削元件，所述中心导向杆的前端连接于导向头，后端连接于中心钻杆，所述中心导向杆和扩孔套之间设有快拆结构。
[0008]其中:所述快拆结构包含设置于中心导向杆上的轴向滑槽和旋转滑槽以及扩孔套内壁的定位凸起，所述轴向滑槽从中心导向杆的前端径向延伸至后部，所述旋转滑槽位于中心导向杆的中部且一侧连通于轴向滑槽，所述定位凸起可沿轴向滑槽滑入并定位于旋转滑槽内，从而实现中心导向杆和扩孔套之间的相对固定和脱离。
[0009]其中:接头和筛管及管靴的连接方式通过旋向相同的螺纹连接，所述扩孔套的外直径大于筛管、接头以及管靴的外直径，所述扩孔套的前端设置切削齿，以实现钻孔切削。
[0010]还公开了如上所述的煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置的施工方法，包含如下步骤:
[0011]步骤一:先导孔施工，通过常规回转钻进或定向钻进实现先导孔的施工；
[0012]步骤二:连接上述的跟管下筛管装置，中心钻杆回转时，带动中心导向杆回转，中心导向杆带动外部的扩孔套回转扫孔扩孔，中心钻杆和中心导向杆及导向头沿着钻孔前进，通过扩孔套带着管靴和外部筛管一起进入钻孔内；
[0013]步骤三:将筛管下到设计深度后，慢慢反转钻杆，中心导向杆顺着与扩孔套配合处的旋转滑槽退出，中心导向杆与扩孔套分离，筛管、管靴和扩孔套则留在孔内起到护孔作用。
[0014]通过上述结构可知，本发明的煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置及施工方法具有如下效果:
[0015]1、采用跟管下筛管装置及方法能够实现钻孔长孔段下入大直径筛管，提高钻孔利用率，增强瓦斯抽采效果，同时保护复杂孔段的孔壁稳定，确保下一级钻具施工安全，提高钻孔深度。
[0016]2、跟管下筛管过程中，采用同心跟管钻具扫孔扩孔保证钻孔通畅，降低筛管前进的阻力，钻具回转而外部筛管不回转，避免筛管因回转产生磨损或损坏，该方法大大提高了筛管下入深度和成功率。
[0017]本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
【附图说明】
[0018]图1显示了本发明的煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置的结构示意图。
[0019I图2A-2C显示了本发明中滚珠钻具的结构示意图。
[0020]图3显示了本发明中滚珠钻具的中心导向杆的结构示意图。
[0021]图4显示了本发明跟管下筛管施工示意图。
[0022]图5显示了本发明下筛管完成后提钻示意图。
[0023]图6显示了本发明下筛管完成后筛管护孔示意图。
[0024]1-中心钻杆;2-筛管;3-接头;4-管靴;5-扩孔套;6_中心导向杆;7_导向头;8_轴向滑槽;9-旋转滑槽。
【具体实施方式】
[0025]参见图1，显示了本发明的煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置及施工方法。
[0026]所述煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置包括筛管2、滚珠钻具和中心钻杆I，所述筛管2为中空圆筒状的中空结构，其内有所述中心钻杆I，所述筛管2的周缘设有多个筛孔。
[0027]其中，所述滚珠钻具由管靴4、扩孔套5、中心导向杆6和导向头7组成，所述筛管2的前端连接有接头3，接头3与管靴4连接，管靴4与扩孔套5采用滚珠连接，所述扩孔套5的前端缘间隔设有多个切削元件，所述中心导向杆6的前端连接于导向头7，后端连接于中心钻杆I，接头3和筛管2及管靴4的连接方式可通过旋向相同的螺纹连接，所述扩孔套5的外直径大于筛管2、接头3以及管靴4的外直径，其前端设置切削齿，外缘还可设有保径合金齿，以提供钻削时的保径效果。
[0028]所述中心导向杆6和扩孔套5之间还设有快拆结构，参见图2A、图2B和图2C，所述快拆结构可包含设置于中心导向杆6上的轴向滑槽8和旋转滑槽9以及扩孔套5内壁的定位凸起，所述轴向滑槽8从中心导向杆6的前端径向延伸至后部，所述旋转滑槽9位于中心导向杆6的中部且一侧连通于轴向滑槽，所述定位凸起可沿轴向滑槽8滑入并定位于旋转滑槽9内，从而实现中心导向杆6和扩孔套5之间的相对固定和脱离。
[0029]由此，本发明内部的中心钻杆I与中心导向杆6及导向头7连接；中心导向杆6通过中心导向杆轴向滑槽8套入扩孔套5后顺时针旋转，内外钻具通过旋转滑槽9连接并传递扭矩和轴向力。
[0030]由此，本发明通过上述装置，能实现煤矿井下钻孔长孔段下大直径筛管护孔。具体施工方法包含如下步骤:
[0031]步骤一:先导孔施工，通过常规回转钻进或定向钻进方法实现先导孔的施工；
[0032]步骤二:连接上述的跟管下筛管装置，中心钻杆I回转时，带动中心导向杆6回转，中心导向杆6带动外部的扩孔套5回转扫孔扩孔，管靴4和扩孔套5之间滚动摩擦，管靴4和外部筛管2不回转。扫孔扩孔过程中在给进力作用下，中心钻杆I和中心导向杆6及导向头7沿着钻孔前进，通过扩孔套5带着管靴4和外部筛管2—起进入钻孔内。
[0033]步骤三:将筛管2下到设计深度后，慢慢逆时针旋转中心钻杆I，中心导向杆6顺着与扩孔套5配合处的旋转滑槽9退出，然后轻轻提拉中心钻杆I，中心导向杆6顺着轴向滑槽8退出，此时中心导向杆6与扩孔套5分离，继续向外提中心钻杆I，将中心钻杆I和中心导向杆6及导向头7提出孔外，外部筛管2、管靴4和扩孔套5则留在孔内，起到护孔作用。
[0034]对于地层松散破碎地层且难扩孔定向钻孔，先完成扩孔，然后采用跟管下筛管装置扫孔下筛管方法下入筛管;对于易扩孔的定向钻孔，采用下筛管装置扩孔下筛管方法，实现边扩孔边下筛管。
[0035]跟管下筛管扫孔扩孔过程中，中心钻杆回转带动滚珠钻具扩孔套回转扫孔扩孔，外部筛管不回转，同时筛管跟着钻具前进下入孔内；冲洗介质通过中心钻杆到达孔内，将扫孔过程中产生的钻渣沿着环空间隙排到孔外。当筛管下至设计深度时，慢慢反转钻杆，中心钻具和外部筛管分离，提出中心钻杆和中心导向杆及导向头，将筛管留在孔内。
[0036]该装置及方法可实现钻孔长孔段大直径筛管护孔，减少裸眼钻孔塌孔失效，确保瓦斯抽放通道的畅通而提高抽放效果，同时保护复杂孔段的孔壁稳定，确保下一级钻具施工安全，提尚钻孔深度。
[0037]显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
【主权项】
1.一种煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置，包括筛管、滚珠钻具和中心钻杆，其特征在于: 所述筛管内设置所述中心钻杆，周缘设有多个筛孔； 所述滚珠钻具由管靴、扩孔套、中心导向杆和导向头组成，所述筛管的前端连接有接头，接头与管靴连接，管靴与扩孔套采用滚珠连接，所述扩孔套的前端缘间隔设有多个切削元件，所述中心导向杆的前端连接于导向头，后端连接于中心钻杆，所述中心导向杆和扩孔套之间设有快拆结构。2.如权利要求1所述的煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置，其特征在于:所述快拆结构包含设置于中心导向杆上的轴向滑槽和旋转滑槽以及扩孔套内壁的定位凸起，所述轴向滑槽从中心导向杆的前端径向延伸至后部，所述旋转滑槽位于中心导向杆的中部且一侧连通于轴向滑槽，所述定位凸起可沿轴向滑槽滑入并定位于旋转滑槽内，从而实现中心导向杆和扩孔套之间的相对固定和脱离。3.如权利要求1所述的煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置，其特征在于:接头和筛管及管靴的连接方式通过旋向相同的螺纹连接，所述扩孔套的外直径大于筛管、接头以及管靴的外直径，所述扩孔套的前端设置切削齿，以实现钻孔切削。4.如权利要求1-5中任一所述的煤矿井下钻杆外跟管下筛管装置的施工方法，包含如下步骤: 步骤一:先导孔施工，通过常规回转钻进或定向钻进实现先导孔的施工； 步骤二:连接上述的跟管下筛管装置，中心钻杆回转时，带动中心导向杆回转，中心导向杆带动外部的扩孔套回转扫孔扩孔，中心钻杆和中心导向杆及导向头沿着钻孔前进，通过扩孔套带着管靴和外部筛管一起进入钻孔内； 步骤三:将筛管下到设计深度后，慢慢反转钻杆，中心导向杆顺着与扩孔套配合处的旋转滑槽退出，中心导向杆与扩孔套分离，筛管、管靴和扩孔套则留在孔内起到护孔作用。
【文档编号】E21B43/10GK106014352SQ201610329222
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】张 杰, 黄寒静, 曹静, 石浩, 田宏杰, 彭涛, 叶雪峰
【申请人】中煤科工集团西安研究院有限公司