整体式螺旋钻杆刻槽钻杆的特点

2018-06-02 16:09:34 qjjx 470

针对焊接式螺旋钻杆配合风压钻进松软煤层时,易出现螺旋翼片开裂、脱焊及不耐磨等现象,导致成孔难甚至报废等问题,通过铣屑方式在厚壁管材中加工出螺旋槽,改进钻杆接头,对螺纹进行表面处理,研制出整体式螺旋钻杆。通过现场试验结果表明:整体式螺旋钻杆具有良好的综合机械性能,成孔能力强,使用寿命长,既可替代焊接式螺旋钻杆在松软煤层中进行风压钻进,也可替代常规外平钻杆施工岩石钻孔。

松软煤层钻进所遇到的问题

松软煤层是指煤的硬度系数f<1的煤层,具有煤质松软,渗透性差,瓦斯含量高、压力大等特点。瓦斯抽采钻孔施工过程中,容易发生喷孔、塌孔、抱钻等孔内事故,导致钻孔成孔深度浅、成孔率低、瓦斯抽采效果差[1]等问题,已成为煤矿安全高效开采亟待解决的难题。 

在长期的钻探实践中,国内一些煤矿企业先后进行了松软煤层空气钻进技术的试验与应用。采用宽翼片螺旋钻杆配合风压钻进技术以后,松软煤层的成孔深度和成孔率有了大幅度提高,而中风压空气钻进技术成为松软煤层中一种有效可行的钻孔施工工艺。

目前国内普遍使用宽翼片螺旋钻杆,螺旋翼片多采用热熔焊接的方式加工而成。这种加工方式对焊接工艺水平要求较高,实际加工过程中焊接质量的可控性与稳定性较差。受焊接工艺水平影响,不可避免地产生“过焊”或者“脱焊”等问题。“过焊”会造成杆体的损伤,使用过程中易发生沿螺旋翼片与杆体焊缝部位的断裂现象;“脱焊”则是因焊接质量不达标造成钻杆使用时螺旋翼片的脱落。此外,热熔焊接对杆体与螺旋翼片的材质要求较高。为了保证螺旋翼片与钻杆体间良好的焊合性,需优选两者的材料性能。如随意选用,除了易出现过焊、脱焊等非正常现象以外,还会造成钻杆螺旋翼片的过快磨损,大幅降低了钻杆的使用寿命。 

成整体式螺旋钻杆的制造工艺

这种钻杆采用整体铣削方式,在厚壁管材中铣出, 整体式螺旋钻杆的研制及应用有一定参数的螺旋槽,从而形成螺旋翼片。由于采用数控铣床加工而成,可有效控制螺旋槽加工精度,所形成的螺旋翼片与杆体为一整体,其材质与钻杆母体材质相同,耐磨性大大提高,彻底解决了传统焊接式螺旋钻杆过焊、焊接不牢、螺旋翼片磨损过快等问题。

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整体式螺旋钻杆特点 

1)与常规煤矿全液压钻机的适用性,即钻杆的使用无需对现有的钻机进行改造,不会增加钻探施工程序和工人劳动强度;其

2)在钻杆轴向布置单头、双头或三头螺旋铣槽,既要保证钻杆整体强度,又要保证钻杆搅粉、排粉能力。 

3)接头采用双顶结构,选用偏梯形牙型,抗拉强度和抗扭强度较常规钻杆分别提高30%和40%;考虑到松软煤层快速下护孔筛管技术的使用,接头设计有常规通径和大通径两种。

4)螺旋铣槽主要参数有铣槽深度、宽度及铣槽结构。铣槽深度和宽度参照焊接式宽翼片螺旋钻杆翼片,铣槽角采用圆弧过度,降低应力集中现象。 

5)接头采用摩擦焊接技术。该技术具有优质、高效、节能和无污染等特点,机械化程度高,生产效率高。

6)接头采用热处理工艺 对焊缝热影响区进行热处理,提高其综合机械性能。 

7)整体式螺旋钻杆采用普通回火热处理工艺。

8)螺纹表面处理 接头是钻杆的薄弱环节,接头粘扣是最常见的失效形式。整体式螺旋钻杆螺纹进行表面硬化处理,处理后的表面硬度可达HRC45-50,较表面处理前硬度HRC30-35提高约50%,极大提高了螺纹的抗粘扣性能与耐磨性能。