煤矿井下破碎地层孔底驱动快速跟管钻进工具及方法与流程

1.本发明涉及煤矿井下钻探工程领域，特别涉及一种煤矿井下破碎地层孔底驱动快速跟管钻进工具及方法。


背景技术：

2.煤矿井下在工作面回采前需要对含水地层进行注浆加固，当地层破碎，注浆钻孔在施工过程中往往出现孔壁掉块、缩径、坍塌、涌水等现象，造成套管下不进去，注浆效果差，严重影响到工作面注浆加固效果，进而影响到矿井的生产接续。
3.目前有采用空气潜孔锤作为碎岩动力来源，与偏心钻头相连接，通过管靴配合实现随钻跟管钻进，但是存在以下缺陷：
4.(1)冲击式钻进遇到软岩层时无法有效破岩；
5.(2)主要通过压风进行排粉，当地层出水时容易造成糊钻。
6.(3)难以实现套管旋转或者旋转与提拉向配合，因此在破碎地段无法有效扰动大颗粒碎块，影响大颗粒碎块的排出效果。
7.还有采用双动力头钻机带动套管和钻杆的同步回转给进，但是存在以下缺陷：
8.(1)对设备要求高，需要更换双动力头钻机。
9.(2)套管钻头破岩所需扭矩是有孔口动力头通过扭转套管进行传递的，所有孔内套管处于较高的应力水平，因此对套管材质和连接丝扣强度要求均较高。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供煤矿井下破碎地层孔底驱动快速跟管钻进工具及方法，以克服现有技术中存在的气动潜孔锤跟管钻进存在的软岩不进尺、遇水糊钻、复杂地层排渣效果差的问题以及双动力头钻机跟管钻进存在的对设备要求高、对套管材质和丝扣连接强度高等一系列问题。
11.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
12.一种煤矿井下破碎地层孔底驱动快速跟管钻进工具，包括套管，所述套管的底部连接有传扭壳，所述传扭壳的底部连接有套管钻头，所述传扭壳的内侧设置有传扭轴，所述传扭轴的上部连接有钻杆，所述传扭轴的底部连接有小钻头，在使用时，所述钻杆连接至钻机，钻机驱动钻杆，钻杆带动传扭轴，传扭轴将扭矩传递给传扭壳，传扭壳前端带动套管钻头破岩，后端驱动套管旋转搅动钻渣，传扭轴前端带动小钻头破岩。
13.进一步地，所述传扭轴包括传扭轴体，传扭轴体设置有内孔，传扭轴体的上端设置有便于加卸钻杆的外方，传扭轴体的中部设置有用于安装密封圈的密封圈槽，传扭轴体的底部设置有用于连接小钻头的锥形丝扣，所述传扭轴体的周向上设置有用于将扭矩传递给传扭壳的键以及用于清洗传扭轴与传扭壳之间空间的过流水眼。
14.进一步地，所述键设置在密封圈槽的下侧，且键按照3
×
120
°
的形式均布在传扭轴体外侧。
15.进一步地，所述过流水眼按照2
×
180
°
的形式均布在传扭轴体外侧。
16.进一步地，所述传扭壳包括传扭壳体，所述传扭壳体的一端设置有用于连接套管的后螺旋，另一端设置有用于连接套管钻头的前螺纹，所述传扭壳体的内侧设置有用于接收传扭轴的扭矩的l型键。
17.进一步地，所述l型键按照3
×
120
°
的形式均布在传扭壳体的内侧，所述l型键的根部与键配合，以实现通过钻杆回拉带动套管的回拉；当施工完成时，两个l型键之间的空间为所述键的回退空间，通过反转钻杆一定角度，即能够实现键与l型键的分离。
18.进一步地，所述前螺纹采用右旋结构，所述后螺旋采用左旋结构。
19.一种煤矿井下破碎地层孔底驱动快速跟管钻进方法，包括以下步骤：
20.第一步：回转施工先导孔，扩孔，下一级套管；
21.第二步：安装传扭轴和传扭壳，套管钻头及小钻头；
22.第三步：钻杆与传扭轴相连接，套管与传扭壳相连接；
23.第四步：泵水，待返水后，钻机驱动钻杆，进而驱动传扭轴，传扭轴将扭矩传递给传扭壳，传扭壳前端带动套管钻头破岩，后端驱动套管旋转搅动钻渣，传扭轴前端带动小钻头破岩；
24.第五步：同步钻进特定行程后，停泵，加接钻杆，然后外层加接套管，重复第四步；
25.第六步：达到设计位置后，停止旋转，冲洗一定时间，用钻机反转钻杆，同时提拉，将传扭轴与传扭壳分离，然后提出小钻头、传扭轴、钻杆。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
27.(1)本发明在使用过程中，钻机驱动钻杆，进而驱动传扭轴，传扭轴通过键将扭矩传递给传扭壳，传扭壳前端带动套管钻头破岩，后端驱动套管旋转搅动钻渣，传扭轴前端带动小钻头破岩；同步钻进特定行程后，停泵，加接钻杆，然后外层加接套管，重复上述过程；直至达到设计位置后，停止旋转，冲洗一定时间，用钻机反转钻杆，同时提拉，将传扭轴与传扭壳分离，然后提出小钻头、传扭轴、钻杆，实现了孔底驱动快速跟管钻进，另外由于套管钻头破岩扭矩直接由传扭壳提供，传扭壳后部仅仅带动后部套管旋转，因此外层钻具除了传扭壳和套管钻头外，其它全部处于低应力状态，降低了后部套管的应力水平，降低了对管材材质和连接丝扣强度的要求，降低了施工成本。
28.(2)本发明传扭轴体上的密封圈槽用来安装o型圈，与传扭壳配合，防止水和岩粉从钻杆与套管的环形空间上返导致的留管受阻事故。
29.(3)本发明通过设置过流水眼，采用水力排渣，解决了因空气潜孔锤跟管钻进造成的软岩不进尺、遇水糊钻等问题。
30.(4)本发明不用更换钻机等大型设备，施工方法简单，经济性高。
附图说明
31.说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
32.图1是孔底驱动快速跟管钻进工具组合示意图；
33.图2是传扭壳示意图；其中(a)为立体结构图，(b)为剖视图；
34.图3是传扭轴示意图。
35.其中，1—套管；2—钻杆；3—传扭壳；4—套管钻头；5—传扭轴；6—小钻头；3-1—传扭壳体；3-2—l型键；3-3—前螺纹；3-4—后螺纹；3-5—凹槽；5-1—外方；5-2—传扭轴体；5-3—密封圈槽；5-4—过流水眼；5-5—键；5-6—锥形丝扣；5-7—内孔。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明实施例做详细描述：
37.参见图1至图3，本发明所述孔底驱动快速跟管钻进工艺：
38.第一步：回转施工先导孔，扩孔，下一级套管1(一级套管粗，二级套管细，二级套管从一级套管中穿过去)；
39.第二步：安装传扭轴5和传扭壳3，套管钻头4及小钻头6(第二步中部件安装在最下侧套管上)；
40.第三步：钻杆2与传扭轴5相连接，套管1与传扭壳3相连接；
41.第四步：通过钻杆+传扭轴泵水，待返水后，钻机驱动钻杆2，进而驱动传扭轴5，传扭轴5通过键将扭矩传递给传扭壳3，传扭壳3前端带动套管钻头4破岩，后端驱动套管1旋转搅动钻渣，传扭轴5前端带动小钻头6破岩；
42.第五步：同步钻进特定行程后，停泵，加接钻杆2，然后外层加接套管1，重复第四步；
43.第六步：达到设计位置后，停止旋转，冲洗一定时间，用钻机反转钻杆2，同时提拉，将传扭轴5与传扭壳3分离，然后提出小钻头6、传扭轴5、钻杆2。
44.2、本发明所述传扭轴包括：外方5-1、传扭轴体5-2、密封圈槽5-3、过流水眼5-4、键5-5、锥形丝扣5-6和内孔5-7。
45.所述外方5-1用来便于加卸钻杆2；
46.所述传扭轴体5-2内部设置有用于过水的内孔5-7；
47.所述密封圈槽5-3用来安装o型圈，与传扭壳3配合，防止水和岩粉从钻杆2与套管1的环形空间上返导致的留管受阻事故；
48.所述键5-5按照3
×
120
°
均布；
49.所述过流水眼5-4按照2
×
180
°
均布，用来清洗传扭轴5与传扭壳3之间的空间；
50.所述锥形丝扣5-6用来连接小钻头6。
51.3、本发明所述传扭壳：包括传扭壳体3-1、l型键3-2、前螺纹3-3、后螺纹3-4、凹槽3-5。
52.所述l型键3-2按照3
×
120
°
均布，用来接收传扭轴5的扭矩；l型键3-2的根部凹槽3-5与键5-5配合，可以实现通过钻杆2回拉实现套管1的回拉；当施工完成时，两个l型键3-2之间的空间为所述键5-5的回退空间，通过反转钻杆1一定角度，实现了键5-5与l型键3-2的分离；
53.所述前螺纹3-3采用右旋结构，用来传递顺时针的扭矩进而带动套管钻头4破岩；
54.所述后螺纹3-4采用左旋结构，从孔底方向向孔口方向看，带动上部套管1逆时针旋转。由于套管钻头4破岩扭矩直接由传扭壳3提供，传扭壳3后部仅仅带动后部套管旋转，因此外层钻具除了传扭壳3和套管钻头4外，其它全部处于低应力状态，降低了对管材材质和连接丝扣强度的要求，降低了施工成本。
55.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。