一種煤礦井下松軟破碎地層套管護(hù)孔成孔方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦井下松軟破碎地層套管護(hù)孔成孔方法，該方法首先利用套管帶動內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭回轉(zhuǎn)鉆至特定深度后，下入打撈裝置取出內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭，利用套管護(hù)住已鉆孔段，下小一級鉆頭施工余下設(shè)計孔段鉆孔。采用該方法能減少沖洗介質(zhì)對孔壁沖刷破壞，對已鉆孔段孔壁有效支撐保護(hù)，減少因煤層破碎、瓦斯突出、巖層破碎等因素而引起塌孔事故，有效提高成孔率及鉆孔深度，實現(xiàn)松軟突出煤層瓦斯高效治理。
【專利說明】一種煤礦井下松軟破碎地層套管護(hù)孔成孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦井下鉆進(jìn)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種煤礦井下松軟破碎地層套管護(hù)孔成孔方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井下松軟破碎地層主要種類有松軟突出煤層、松散破碎巖層、高應(yīng)力軟巖層，在這些地層中施工鉆孔常出現(xiàn)塌孔卡鉆事故而難成孔問題，其中在松軟突出煤層鉆進(jìn)時，由于煤層穩(wěn)定性差、瓦斯含量高而壓力大，鉆孔施工中容易出現(xiàn)噴孔、塌孔和卡鉆等異?，F(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔成孔深度淺(一般不超過150m)、成孔率低、鉆孔事故頻發(fā)，嚴(yán)重制約了松軟突出煤層高效抽采；此外鉆進(jìn)頂?shù)装逅缮⑵扑閹r層時，由于地層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在沖洗液沖刷作用下也極易發(fā)生塌孔卡鉆情況；在高應(yīng)力軟巖層施工鉆孔時，軟巖自身強(qiáng)度較小，由于鉆孔造成其孔壁圍巖力學(xué)失衡，當(dāng)軟巖內(nèi)部高應(yīng)力大于軟巖自身強(qiáng)度時，出現(xiàn)孔壁巖層成粒狀不斷塌落，造成鉆孔塌孔卡鉆而無法施工。因此，解決這類地層鉆孔施工問題，提高鉆進(jìn)深度和成孔率，是松軟破碎地層成孔技術(shù)關(guān)鍵。針對這類問題，目前一般采用干式螺旋鉆進(jìn)、常風(fēng)壓空氣鉆進(jìn)、中風(fēng)壓空氣鉆進(jìn)等鉆進(jìn)方法進(jìn)行施工，相比于普通清水鉆進(jìn)，這些方法在一定程度上提高了鉆孔深度和成孔率，降低了發(fā)生事故的風(fēng)險，但是由于施工過程中整個孔段始終處于裸露狀態(tài)，當(dāng)局部孔段出現(xiàn)塌孔便無法繼續(xù)鉆進(jìn)，這樣就不可避免的存在很大的施工風(fēng)險，即鉆進(jìn)過程中存在發(fā)生孔內(nèi)事故的可能，同時在施工完成后鉆孔利用周期或利用效果難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于基于上述問題，提供一種煤礦井下松軟破碎地層套管護(hù)孔成孔方法，有效提聞鉆孔成孔深度、成孔率并減少孔內(nèi)事故。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種煤礦井下松軟破碎地層套管護(hù)孔成孔方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一,套管鉆進(jìn)
[0007]鉆具組合包括套管1、套管靴3、內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭，套管連接套管靴，從套管I內(nèi)下入內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭，內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭伸出套管I外后，向上逆時針旋轉(zhuǎn)使其在套管卡槽上固定，在給進(jìn)壓力作用下內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭擴(kuò)孔翼片7張開，鉆頭碎巖口徑變大，套管I帶動鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，采用風(fēng)力排渣，切削下來的鉆渣沿著套管I與孔壁之間的環(huán)空間隙返出孔外；
[0008]步驟二，打撈內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭
[0009]當(dāng)套管I鉆進(jìn)穿過松散破碎的地層11或達(dá)到預(yù)定位置后停鉆，從套管內(nèi)下入小直徑鉆桿9和與鉆桿9連接的打撈裝置10，向下順時針旋轉(zhuǎn)鉆桿9使打撈裝置10的公扣擰上內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭打撈端8的母扣，當(dāng)打撈裝置10絲扣上緊后，向下順時針旋轉(zhuǎn)打撈裝置10使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭脫離套管卡槽，提拉打撈裝置IO，使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭的擴(kuò)孔翼片7在套管靴3內(nèi)壁擠壓作用下收縮至套管I內(nèi)，從而使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭隨打撈裝置10—起退出孔外；[0010]步驟三，下小一級鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)
[0011]連接小直徑鉆桿9和小一級鉆頭12，從套管I內(nèi)下入孔底，此時套管不回轉(zhuǎn)，作為護(hù)孔裝置穩(wěn)定已鉆孔段的孔壁，小直徑鉆桿9帶動鉆頭12回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至設(shè)計孔深；壓縮空氣從小直徑鉆桿9中心進(jìn)入孔底，攜帶鉆渣沿著鉆桿9與孔壁間隙外返至套管靴3位置后，再沿著套管I與鉆桿9之間環(huán)空間隙返出孔外。
[0012]有益效果
[0013]本發(fā)明的煤礦井下松軟破碎地層鉆孔施工的成孔方法的有益效果在于:
[0014]所述套管鉆進(jìn)時，套管起到鉆桿的作用，帶動鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)從而使鉆孔不斷向前延伸，之后套管能夠起到護(hù)孔的作用；
[0015]本發(fā)明的成孔方法降低了事故發(fā)生可能性和施工風(fēng)險，提高施工鉆孔深度，提高松軟突出煤層工作面瓦斯治理效率；
[0016]既可滿足復(fù)雜地層特殊鉆孔要求，也可進(jìn)行分級套管鉆進(jìn)方式進(jìn)行施工，從而保證鉆孔深度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的套管組合的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1a為主剖視圖，圖1b為圖1a的A-A向視圖，圖1c為圖1a的B-B向視圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2a為主剖視圖，圖2b為圖2a的C-C向視圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的小直徑鉆桿連接打撈裝置的示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明的鉆具組合安裝連接的示意圖，其中圖4a為主剖視圖，圖4b為圖4a的D-D向視圖；
[0021]圖5是步驟一鉆具組合的鉆進(jìn)示意圖；
[0022]圖6是步驟二打撈內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭的示意圖，其中圖6a是打撈裝置扣緊內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭的示意圖，圖6b是提拉打撈裝置的示意圖；
[0023]圖7是步驟三套管內(nèi)小一級鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的示意圖。
[0024]圖中，I為套管；2為套管連接裝置；3為套管靴；4為套管連接裝置的軸向?qū)虿郏?為套管連接裝置的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向槽；6為內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭的前端鉆頭；7為內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭翼片；8為內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭打撈端；9為小直徑普通外平鉆桿；10為打撈裝置；11為松散破碎地層；12為小口徑鉆頭。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0026]一種煤礦井下松軟破碎地層套管護(hù)孔成孔方法，包括以下步驟:
[0027]( I)套管鉆進(jìn)
[0028]鉆具組合為套管1、套管連接裝置2、套管靴3、內(nèi)置底擴(kuò)式鉆頭(由6、7、8組成)，從套管I內(nèi)下入內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭，內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭打撈端8的側(cè)翼(見圖1的B-B截面)沿套管連接裝置2的軸向?qū)虿?下入并伸出套管外后，向上逆時針旋轉(zhuǎn)內(nèi)置底擴(kuò)式鉆頭使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭打撈端8的側(cè)翼沿著套管連接裝置2的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向槽5旋進(jìn)套管連接裝置2內(nèi)卡槽內(nèi)，從而固定在套管連接裝置2上，在給進(jìn)壓力作用下內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭擴(kuò)孔翼片7張開(并用限位槽控制擴(kuò)孔翼片張開角度)，鉆頭碎巖口徑變大，鉆機(jī)的扭矩與壓力載荷通過套管I傳遞到孔底的套管靴3、內(nèi)置底擴(kuò)式鉆頭(由6、7、8組成)回轉(zhuǎn)碎巖鉆進(jìn)，排渣方式為風(fēng)力排渣(適當(dāng)噴水或水霧降塵)，切削下來的鉆渣沿著套管與孔壁之間的環(huán)空間隙返出孔外。套管鉆進(jìn)穿過松散破碎地層11或達(dá)到預(yù)定位置后停鉆。
[0029]( 2 )打撈內(nèi)置底擴(kuò)式鉆頭
[0030]當(dāng)套管鉆進(jìn)穿過松散破碎地層11或達(dá)到預(yù)定位置后停鉆后，繼續(xù)來回活動套管1，排凈孔內(nèi)鉆渣，再將鉆頭提離孔底I?2m，計算出內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭上端離孔口距離，以便確定下打撈鉆桿長度。小口徑鉆桿9連接打撈裝置10，從套管I內(nèi)下入打撈裝置10，當(dāng)下入相應(yīng)長度鉆桿9至孔底受阻時，向下順時針旋轉(zhuǎn)鉆桿使打撈裝置公扣擰上內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭打撈端8的母扣，當(dāng)打撈裝置絲扣上緊后，向下順時針旋轉(zhuǎn)振擊使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭打撈端8的側(cè)翼沿套管連接裝置2旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向槽5脫離套管卡槽，提拉內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭沿套管軸向?qū)虿?與套管連接裝置2滑脫，繼續(xù)提拉打撈裝置，使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭的擴(kuò)孔翼片7在套管靴3內(nèi)壁擠壓作用下收縮至套管I內(nèi)，從而使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭隨打撈裝置一起退出孔外。
[0031](3)下小一級鉆具繼續(xù)鉆進(jìn)
[0032]連接小直徑的小口徑鉆桿9和鉆頭12，從套管I內(nèi)下入孔底，此時套管不回轉(zhuǎn)，作為護(hù)孔裝置穩(wěn)定已鉆孔段的孔壁，小口徑鉆桿9帶動鉆頭12回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至設(shè)計孔深；壓縮空氣從鉆桿9中心進(jìn)入孔底，攜帶鉆渣沿著鉆桿9與孔壁間隙外返至套管靴3位置后，再沿著套管I與鉆桿9之間環(huán)空間隙返出孔外。
[0033]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦井下松軟破碎地層套管護(hù)孔成孔方法，其特征在于:包括以下步驟，步驟一，套管鉆進(jìn)采用的鉆具組合包括套管(I)、套管靴(3)、內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭，從套管(I)內(nèi)下入內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭，內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭伸出套管(I)外后，向上逆時針旋轉(zhuǎn)使其在套管卡槽上固定，在給進(jìn)壓力作用下內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭擴(kuò)孔翼片(7)張開，鉆頭碎巖口徑變大，套管(I)帶動鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，采用風(fēng)力排渣，切削下來的鉆渣沿著套管(I)與孔壁之間的環(huán)空間隙返出孔外；步驟二，打撈內(nèi)置底擴(kuò)式鉆頭當(dāng)套管(I)鉆進(jìn)穿過松散破碎地層(11)或達(dá)到預(yù)定位置后停鉆后，從套管內(nèi)下入小直徑鉆桿(9 )和與鉆桿(9 )連接的打撈裝置(10 )，向下順時針旋轉(zhuǎn)鉆桿(9 )使打撈裝置(10 )的公扣擰上內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭打撈端(8)的母扣，當(dāng)打撈裝置(10)絲扣上緊后，向下順時針旋轉(zhuǎn)打撈裝置(10)使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭脫離套管卡槽，提拉打撈裝置(10)，使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭的擴(kuò)孔翼片(7)在套管靴(3)內(nèi)壁擠壓作用下收縮至套管(I)內(nèi)，從而使內(nèi)置底擴(kuò)鉆頭隨打撈裝置(10)—起退出孔外；步驟三，下小一級鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)連接小直徑鉆桿(9)和小一級鉆頭(12)，從套管(I)內(nèi)下入孔底，此時套管不回轉(zhuǎn)，作為護(hù)孔裝置穩(wěn)定已鉆孔段的孔壁，小直徑鉆桿(9)帶動鉆頭(12)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至設(shè)計孔深；壓縮空氣從小直徑鉆桿(9)中心進(jìn)入孔底，攜帶鉆渣沿著鉆桿(9)與孔壁間隙外返至套管靴(3)位置后，再沿著套管(I)與鉆桿(9)之間環(huán)空間隙返出孔外。
【文檔編號】E21B7/20GK103452475SQ201310426572
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】姚寧平, 王力, 張 杰, 姚亞峰, 孫榮軍, 黃寒靜 申請人:中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司