软煤层钻进多翼内凹开放式仿生降阻护孔钻杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于松软煤层钻探工程技术领域，具体涉及一种软煤层钻进多翼内凹开放式仿生降阻护孔钻杆。
【背景技术】
[0002]井下瓦斯抽采主要包括成孔、封孔、联孔等技术环节，其中以成孔技术最为关键，成孔深度及效率决定着瓦斯抽采的效率及范围。目前，软煤层钻孔施工是瓦斯抽采的一项技术难题，软煤层以m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，钻进过程中，受地应力、瓦斯压力及煤体构造应力等因素影响，钻孔收缩严重，钻进过程中，钻孔易堵塞，钻进阻力大，卡钻、断钻现象频发，致使钻孔深度浅、钻进效率低、成孔率低，直接影响瓦斯的抽采范围和抽采效率，间接影响煤层的开采效率、安全生产及经济效益。解决软煤层钻进难题，应从降低钻进阻力、提高排渣效率两个方面着手，降低钻进阻力主要从改变钻杆的截面形状入手，提高排渣效率主要从钻杆结构、钻进速度、供风量等方面入手。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种软煤层钻进多翼内凹开放式仿生降阻护孔钻杆，利用钻杆的多翼内凹结构提供护孔排渣通道，利用钻杆表面的凸形或凹槽降低钻进阻力，实现了护孔排渣、低阻钻进作业。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:软煤层钻进多翼内凹开放式仿生降阻护孔钻杆，包括多翼内凹开放式凹连接件、多翼内凹开放式中空杆体和多翼内凹开放式凸连接件，所述多翼内凹开放式凹连接件、多翼内凹开放式中空杆体和多翼内凹开放式凸连接件同轴向设置，多翼内凹开放式凹连接件和多翼内凹开放式凸连接件分别连接在多翼内凹开放式中空杆体的两端，多翼内凹开放式凹连接件、多翼内凹开放式中空杆体和多翼内凹开放式凸连接件内部轴向设有连通的流体通道;多翼内凹开放式凹连接件、多翼内凹开放式中空杆体和多翼内凹开放式凸连接件的表面沿轴向方向设有至少两条长槽，所有长槽均沿圆周方向均匀布置，长槽的横截面为弧形结构；多翼内凹开放式凹连接件、多翼内凹开放式中空杆体和多翼内凹开放式凸连接件的圆周表面由长槽隔开形成高速旋转钻孔的弧形翼。
[0005]多翼内凹开放式凹连接件、多翼内凹开放式中空杆体和多翼内凹开放式凸连接件的外圆周表面，或者多翼内凹开放式中空杆体及多翼内凹开放式凸连接件的外圆周表面，或者多翼内凹开放式中空杆体及多翼内凹开放式凹连接件的外圆周表面，或者多翼内凹开放式中空杆体的外圆周表面均匀设置有仿生结构，仿生结构为凹槽和/或凸起。
[0006]本实用新型的钻进方法，包括以下步骤:
[0007](1)、根据施工地点煤层瓦斯放散初速度△ p、坚固性系数f、瓦斯压力P确定采用不同的钻杆；
[0008](2)、在施工地点设置钻机，将钻杆安装到钻机上，钻杆连接风管或水管，开启钻机进行钻进，待钻进到煤层预定设计深度后停钻，退出钻杆；
[0009](3)、调整钻机位置，对另一个钻孔进行钻进作业；
[0010](4)、重复步骤(2)和(3)。
[0011]步骤(I)确定采用不同的钻杆结构的具体方式为:
[0012]当瓦斯放散初速度ΔP ^ 10、煤坚固性系数f < 0.5、瓦斯压力P > 0.74时，钻杆设计为两翼或三翼；当瓦斯放散初速度A P〈10或煤坚固性系数0.5〈 I或瓦斯压力P <0.74时，钻杆设计为四翼或五翼；
[0013]当瓦斯放散初速度ΔP 2 10、当煤坚固性系数f < 0.5、瓦斯压力P 2 0.74时，钻杆表面凸起高度设置为5 mm?15 mm范围内，钻杆表面凹槽深度设置为3 mm?5 mm范围内；当瓦斯放散初速度Ap〈10或煤坚固性系数0.5〈 I或瓦斯压力P〈0.74时，钻杆表面凸起高度设置为O mm?8 mm范围内，钻杆表面凹槽深度设置为O mm?3 mm范围内；
[0014]当瓦斯放散初速度△P 2 10、当煤坚固性系数f < 0.5、瓦斯压力P > 0.74时，钻杆表面凸起或凹槽之间间距设置为10 mm?50 mm范围内；当瓦斯放散初速度Δ p〈10或煤坚固性系数0.5〈 f < I或瓦斯压力P〈0.74时，钻杆表面凸起或凹槽之间间距设置为20 mm?100 mm范围内。
[0015]步骤(2)在钻进过程中的具体技术参数为:
[0016]当瓦斯放散初速度△P MO、当煤坚固性系数f < 0.5、瓦斯压力P > 0.74时，钻进速度设计为0.4 m/min?0.8 m/min;当瓦斯放散初速度Δ p 2 10或煤坚固性系数0.5〈 f < I或瓦斯压力P〈0.74时，钻进速度设计为0.8 m/min?1.2 m/min；
[0017]当瓦斯放散初速度Δρ^ΙΟ、当煤坚固性系数0.5、瓦斯压力p20.74时，供风风量设计为12 m3/min?16 m3/min;当瓦斯放散初速度Δ p 2 10或煤坚固性系数0.5〈 f < I或瓦斯压力P〈0.74时，供风风量设计为8 m3/min?12 m3/min。
[0018]以上技术方案所采用的原理如下:钻进过程中，当钻孔内发生堵塞、钻杆被完全包裹时，根据仿生学理论，将钻具表面设计为凸凹不平结构，可有效降低钻杆与堵塞段接触面积，从而降低钻杆的旋转和推进阻力，此外，钻杆表面的凹凸结构使煤渣处于流动状态，及时将散失，预防堵塞段局部热量聚集，避免钻孔内热量聚集引起的钻孔事故。本实用新型根据煤层地质条件评估钻孔收缩比dc并确定钻杆旋转外径CU、钻杆表面凸起高度或凹槽深度、钻杆表面凸形或凹槽之间间距、钻进速度等技术参数，应用降阻散热仿生钻杆施工钻孔，实现低阻、低温一体化钻进。
[0019]由于采用了上述方案，本实用新型具有以下效果:
[0020]本实用新型提供一种钻进方法并设计相应钻杆，从而有效降低钻杆的钻进阻力，有利于提高软煤岩钻孔深度和钻进效率。通过本实用新型钻进方法指导降阻散热仿生钻杆的合理钻杆旋转外径CU、钻杆表面凸起高度或凹槽深度、钻杆表面凸起或凹槽之间间距和钻进速度，实现了基于煤层地质条件仿生钻杆的优化设计，并且利用钻杆表面的凸起或凹槽降低钻进阻力，实现了护孔排渣、低阻钻进作业。钻杆表面设置的长槽起到顺畅排渣的作用。
[0021]本实用新型针对软煤岩钻进困难的技术难题，结合大量工程实践，依据岩石力学、仿生学相关理论，充分考虑煤层地质条件，本实用新型钻进方法指导降阻散热仿生钻杆结构设计，充分发挥降阻散热仿生钻杆的“降阻”和“散热”的双重作用，有利于提高软煤岩钻孔深度，值得在煤矿企业推广应用。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型实施例一的结构示意图；
[0023]图2是本实用新型实施例一的轴向剖视图；
[0024]图3是图1的左视图；
[0025]图4是本实用新型实施例二的结构示意图；
[0026]图5是本实用新型实施例二的轴向剖视图；
[0027]图6是图4的左视图；
[0028]图7是本实用新型实施例三的结构示意图；
[0029]图8是本实用新型实施例三的轴向剖视图；
[0030]图9是图7的左视图；
[0031]图10是本实用新型实施例四的结构示意图；
[0032]图11是图10的左视图。
【具体实施方式】
[0033]实施例一:如图1?图3所示，本实用新型的软煤层钻进多翼内凹开放式仿生降阻护孔钻杆，包括多翼内凹开放式凹连接件1、多翼内凹开放式中空杆体2和多翼内凹开放式凸连接件3，多翼内凹开放式凹连接件1、多翼内凹开放式中空杆体2和多翼内凹开放式凸连接件3同轴向设置，多翼内凹开放式凹连接件I和多翼内凹开放式凸连接件3分别连接在多翼内凹开放式中空杆体2的两端，多翼内凹开放式凹连接件1、多翼内凹开放式中空杆体2和多翼内凹开放式凸连接件3内部轴向设有连通的流体通道8;多翼内凹开放式凹连接件1、多翼内