一种煤层增透用钻头的制作方法

文档序号:15256348发布日期:2018-08-24 20:41阅读:335来源:国知局

本实用新型涉及钻探设备领域,尤其是涉及一种钻头。



背景技术:

“三软”突出煤层多为低透气性、应力大、结构质密、抽放半径小,在消突和抽采达标过程中需要较长的时间和较大的工程量,当前应用最多的煤层增透措施是水力冲孔和压裂,水力冲孔普遍存在卸煤不均匀、卸煤影响范围小、半径达不到设计要求,还经常性出现空洞和局部瓦斯聚积,施工喷孔现象严重。而压裂措施不能使周围煤体卸压,应力不能消除,瓦斯得不到释放,需要增加补助措施。这样在抽采工程施工中带来很多不便和安全隐患,达不到瓦斯治理效果或需要更多的时间和空间才能达到效果。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于提供一种煤层增透用钻头,提高钻孔抽采半径和抽采效率。

本实用新型的技术方案是:

一种煤层增透用钻头,包括钻头体、径向水射流喷咀和自动切换单向阀,钻头体中部沿轴向设有水流通道,自动切换单向阀位于水流通道内,自动切换单向阀包括阀体和复位弹簧,复位弹簧位于阀体和钻头体之间;阀体与水流通道滑动连接,阀体沿轴向设有阀体通道;阀体沿周向设有两个以上的径向通道,径向通道与阀体通道连通,两个以上的径向水射流喷咀设在钻头体轴向方向的中间位置处,径向水射流喷咀沿钻头体的周向设置,当阀体向前移动时,径向通道与径向水射流喷咀连通,径向通道与径向水射流喷咀的位置相适配,径向水射流喷咀的轴线为沿钻头体的径向方向。

在钻头体上对应径向水射流喷咀的位置沿周向设有一个以上的径向水射流通道,径向水射流通道的外端设有喷咀槽,径向水射流喷咀位于喷咀槽内。

阀体上还设有支通道,支通道与水流通道连通;在钻头体内,水流通道的前端连接有前射流通道。

支通道沿阀体的径向设置。

复位弹簧的前端顶靠在钻头体上,在阀体的前端设有第一台阶,复位弹簧的后端套设在第一台阶的圆柱面上并顶靠在第一台阶的端面上。

水流通道包括主通道和与主通道连接的前端通道,主通道与前端通道之间设有第二台阶,前端通道的内径小于主通道的内径,复位弹簧的前端顶靠第二台阶的端面上。

支通道的出口设在第一台阶的圆柱面上。

径向通道的上部设有沿阀体的周向设置的环向通道,在阀体的径向通道移动到径向水射流通道处时,环向通道与径向水射流通道连通。

所述阀体外侧和钻头体的水流通道内壁沿轴向分别设有滑槽和滑块,滑槽与滑块滑动连接。

本实用新型属于一种高应力、低透气性煤层地质条件下,提高钻孔抽采半径和抽采效率的钻具和有效措施之一。

本实用新型采用随钻方式,在普通钻头基础上增加径向水射流功能,利用排粉介质的高、低压自动切换来改变钻具不同切削方式,从而达到正常钻进和实现煤层增透措施,扩大在煤体内影响半径。

本实用新型具有以下优势:

(1)实现突出煤层增透卸压,提高瓦斯抽采效率;

(2)与普通钻进作业相比,减少钻孔工程量2/3以上。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图;

图2是图1的局部放大图A。

具体实施方式

如图1所示,一种煤层增透用钻头,包括钻头体1、径向水射流喷咀2和自动切换单向阀3。钻头体1为烧结体钻头、钢体钻头,冠状部位形状可为内凹型(三翼、四翼)、支柱型、平底型等。钻头体1的尾部设有锥形连接螺纹。钻头体1中部沿轴向设有水流通道4,自动切换单向阀3位于水流通道4内,自动切换单向阀3包括阀体5和复位弹簧6,复位弹簧6位于阀体5和钻头体1之间;阀体5与水流通道4滑动连接,阀体5沿轴向设有阀体通道7;阀体5沿周向设有4个径向通道8(图中显示为两个),径向通道8与阀体通道7连通,4个径向水射流喷咀2(图中显示为两个,直线型喷嘴)设在钻头体1轴向方向的中间位置处,径向水射流喷咀2沿钻头体1的周向设置,当阀体5向前移动时,径向通道8与径向水射流喷咀2连通,径向通道8与径向水射流喷咀2的数量以及位置相适配,径向水射流喷咀2的轴线为沿钻头体1的径向方向。

在钻头体1上对应径向水射流喷咀2的位置沿周向设有一个以上的径向水射流通道9,径向水射流通道9的外端设有喷咀槽10,径向水射流喷咀2位于喷咀槽10内。

阀体5上还设有支通道11,支通道11沿阀体5的径向设置。支通道11与水流通道4连通;在钻头体1内,水流通道4的前端连接有前射流通道12,前射流通道12连接钻头前端的喷咀。

在阀体5的前端设有第一台阶13,复位弹簧6的后端套设在第一台阶13的圆柱面上并顶靠在第一台阶13的端面上。

水流通道4包括主通道14和与主通道14连接的前端通道15,主通道14与前端通道15之间设有第二台阶16,前端通道15的内径小于主通道14的内径,复位弹簧6的前端顶靠第二台阶16的端面上。支通道11的出口设在第一台阶13的圆柱面上。

如图2所示,为了使径向通道8与径向水射流通道9的连通更稳定,径向通道8的上部设有沿阀体5的周向设置的环向通道16,在阀体5的径向通道8移动到径向水射流通道9处时,环向通道16与径向水射流通道9连通,径向通道8与径向水射流通道9即使在径向方向上没有对准,仍然不会影响水流从径向通道8流向径向水射流通道9。

为了保证径向通道8容易对准径向水射流通道9,阀体5外侧和钻头体1的水流通道内壁沿轴向分别设有滑槽和滑块,滑槽与滑块滑动连接。滑槽可以设置在阀体5或钻头体1上,而滑块对应设在钻头体1或阀体5上。

使用过程:

在没有水进入或液体压力小于设定值P时,径向通道8与径向水射流通道9不导通,处于封闭状态,不会出水。当液体压力达到设定值P时,水流推动阀体5前进,径向通道8随之向前运动,然后运动到对准径向水射流通道9的位置,复位弹簧6被压缩。同时水流从阀体通道7分别进入径向通道8和支通道11,从径向通道8依次进入径向水射流通道9以及径向水射流喷咀2,径向水射流喷咀2打开进行水力切割及冲孔作业;在复位弹簧6处从支通道11进入水流通道4,然后进入前射流通道12,进入前端的喷咀。

施工配套钻具应采用高压密封钻杆、高压水辫,外接0~4MPa静压水源和≥4MPa高压水源,当钻头在岩石段或煤层段正常施工时,可采用0~4MPa静压水作为排粉介质将钻孔施工至设计位置,当需要增透时,可直接将排粉介质水压提高至4MPa,水流向钻孔径向周围方向切削,根据压力大小、水咀直径大小,可调节水流射出的半径大小,扩大其水力影响范围。

供水参数要求:压力在0-25MPa,流量不小8m3/h。

两种实施方式:

方式一:前进式钻孔施工在水压为0~4MPa时施工至煤岩结合处,提高水压4MPa以上,排粉介质功能由降温和冲洗钻孔,改为径向射流,对周围煤体进行切削至设计位置。

方式二:后退式钻孔施工在水压为0~4MPa时施工至设计位置,提高水压4MPa以上排粉介质功能由降温和冲洗钻孔,改为径向射流,对周围煤体进行切削至煤岩结合处。

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