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煤矿井下肋骨钻杆的设计与应用

2018-03-14 08:58:40 qjjx

钻杆是钻进工具的主要组成部分之一,在钻进时,通过它把动力传递给岩芯管、钻并没有、钻具等,由于井下地质条件比较复杂,一个百米深的孔,极有可能即含有较软的地层,又含有较硬的地层,传统钻杆满足不了这种特殊条件下的钻进要求,给井下钻探工作带来很大的困难,不利于企业转型发展,因此,找出解决难题的办法至关重要。通过对钻探设备、现场作业环境、施工地层进行分析,对传统钻杆钻探的整个过程进行研究。

肋骨钻杆

传统钻杆主要有外平钻杆、螺旋扒槽钻杆、麻花钻杆,它们在钻进过程中具有以下优缺点:

1、外平钻杆外表面光滑,旋转阻力小,适用于整个孔身地层较硬的钻孔,能实现钻杆自动拧卸。当遇到松软地层或破碎带时,因排渣通道不稳定,满足不了排渣要求,钻进效率低,易引发抱钻、埋钻事故。

2、螺旋扒槽钻杆是在外平钻杆的杆体上加工螺旋槽,适用于整个孔身地层较硬或含松软地层比例较小的钻孔,基本解决了排渣问题,钻进效率相对外平钻杆较高,能自动拧卸。在杆体上加工螺旋槽,对钻杆壁厚要求较高,成本增加较大,易受扭断裂。螺旋槽较窄,打单纯松软地层时,排渣效果不明显,甚至造成抱钻、埋钻。

3、麻花钻杆,它是在外平钻杆的杆体上焊接螺旋叶片,适用于比较简单的松软地层,具有排渣效果好,钻进速度快等特点。其外径尺寸与钻机夹持器规格不符,无法采用钻机自卸,即使已研究出快速拧卸的方法,取得了很好的效果,但其拧卸效率还是比不了外平钻杆。叶片较薄,强度较低,不耐磨,使用成本高,最主要的是其钻进阻力大,易造成钻孔偏斜,且受到钻杆直径、钻机类型与巷道条件的限制。图1  麻花钻杆综上所述,常规钻杆各具特点,各有优缺,针对性较强。

肋骨钻杆,它兼具常规钻杆的优点,对解决现场难题,提高钻进效率, 肋骨钻杆结构及工作原理综合外平钻杆、螺旋扒槽钻杆、麻花钻杆的结构特点和工作原理。

肋骨钻杆

一、肋骨钻杆的结构

肋骨钻杆主要由杆体和肋骨片两部分组成。在类似外平钻杆的某一芯管上,螺旋性焊上一定宽度(一般18mm左右)一定高度(一般7mm左右)的高硬度叶片,经过加工,使其外径尺寸与外平钻杆的一致,如图2所示。图2  肋骨钻杆主要规格:Φ50—Φ63.5、Φ63.5—Φ73、Φ73—Φ89

例:肋骨钻杆Φ73—Φ89是指钻杆杆体直径是Φ73mm,肋骨片外径(即钻杆外径)是Φ89mm。

二、肋骨钻杆的工作原理

肋骨钻杆肋骨片外径与外平钻杆一致,与钻机夹持器规格相符,且肋骨片具有一定的宽度和强度,所以可以象外平钻杆一样采用钻机夹持器实现自卸,适应较硬地层的钻孔。

肋骨钻杆肋骨片为螺旋结构,保证了钻杆与钻孔之间有足够的间隙,有利于在孔口与孔底之间形成循环通道。在钻进时,冲洗液或者压缩空气通过钻杆杆体中心孔被输送到孔底,然后携带孔底已破碎的岩屑沿着孔壁与钻杆杆体外表面之间的螺旋槽送到孔外,具有和麻花钻杆一样的排渣效果,适应较软地层的钻孔。

三、肋骨钻杆优点:

1、适用地层广。麻花钻杆只适应简单地层,外平钻杆适应于较硬地层,而肋骨钻杆能适应于所有地层。

2、拧卸方便。麻花钻杆不能使用快速拧卸装置时,工人劳动强度大、安全性差、材料用量大、效率低,有时为拧卸一根钻杆得花半个小时,即使能用上快速拧卸装置,其效率也相对较低,而肋骨钻杆的拧卸等同于外平钻杆,实现了液压钻机的自动拧卸。

3、孔内事故少。当地层比较复杂时,如果使用麻花钻杆,因其旋转阻力大,很有可能造成钻杆转不动,甚至钻杆被拧断;当使用外平或螺旋扒槽钻杆时,因其排渣功能弱,极有可能使得大量的岩粉无法及时排出,造成埋钻事故。肋骨钻杆避免了三者的缺陷,有利钻孔安全、顺利施工。

4、钻孔保直性好。麻花钻杆旋转阻力大,施工过程中其叶片不断地切削孔壁,容易造成钻孔偏斜。肋骨钻杆因为在普通钻杆外部加了较宽的叶片,基(下转P113) 摘   要:钻杆是钻进工具的主要组成部分之一,在钻进时,通过它把动力传递给岩芯管、钻头等钻具,

5、同时把冲洗液输送到孔底,再把岩屑排到孔外。本不切削孔壁,同时宽叶片增加了钻杆的刚性,从而起到保直作用。

6、经济效益高。肋骨钻杆重复使用的次数是麻花钻杆的4~6倍,成本是螺旋扒槽钻杆的二分之一,每年可节省购置钻杆资金200多万元。根据试用情况统计,1月初到6月底埋钻率相对去年上半年减少三分之一,增加进尺2000多米,创经济效益30万元左右。5 结束语肋骨钻杆集中了传统钻杆的优点,具有旋转阻力小、排渣效果好、约束条件少、拧卸效率高,可适用于所有地层。其结构合理,实用性、适应性强,解决了井下打钻的难题,对加快进尺速度,降低劳动强度,减少成本消耗等具有重要意义,符合井下煤层钻探的特殊要求

经过几年的使用研究,对肋骨钻杆进行了二次、三次改进,设计出了双螺旋肋骨钻杆、三头肋骨钻杆,其综合效率更高,更适于井下钻孔施工。肋骨钻杆的设计与使用是井下钻探技术的一次重要飞跃,对于优化钻杆结构和完善钻进工艺具有重大意义