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1、钻具及钻进工艺新技术介绍,中煤科工集团重庆研究院钻探研究分院,钻具研究所,2013年7月,主讲：唐大勇,提纲,钻杆,特殊钻具,钻探新技术,钻头,钻杆是钻机向孔底钻头传递扭矩和动力的重要部件，是钻孔得以完成的必备工具。我院钻杆采用合金钢、数控车床加工，具有以下特点：,一、钻杆,1)强度高、抗弯抗扭性能较好； 2)接头耐磨性好。,根据钻杆适应的地层条件、钻进方式及排渣方式等的不同，可将钻杆分为光钻杆、螺旋钻杆、三棱钻杆、定向钻杆(通缆钻杆)及双壁钻杆等。,一、钻杆,1、光钻杆,一、钻杆,1）普通光钻杆,规格： 27、42、50、63、73、89,用途：适用于在地质结构简单、瓦斯含量和地应力较小的煤
2、层或岩层中钻进。,一、钻杆,规格：42、50、63、 73、 89,2）防喷钻杆,适用范围：主要用于瓦斯含量较大、软质泥岩等易喷孔或孔底岩屑从钻杆内孔返流而导致钻头水眼堵塞的地层中钻进。,结构特点：外形与普通光钻杆一致，钻杆内孔有一单向阀体。,一、钻杆,3）取心钻杆,规格：73、89、108、 127、 146,结构特点：两端均为内接头，钻杆间采用中间接头相互连接，取心钻杆与钻杆间用过渡接头相连。,适用范围：用于有取心要求的地质孔钻进或硬岩层中金刚石取心钻进。,一、钻杆,4）高压钻杆,规格：50、63,结构特点：外形与普通光钻杆一致,同时在内外接头大端增设一对主密封面，且在外接头根部增设了O型
3、密封结构，以确保钻杆的高压密封性能（40MPa以上）。,适用范围：主要用于井下水力切割和高压水射流施工工作中。,一、钻杆,中间接头,接头连接型钻杆,5）接头连接型钻杆,规格：42、50,结构特点：外形与取心钻杆一致,两端均为内螺纹，钻杆间用中间接头相连，螺纹为平扣梯形螺纹。,适用范围：主要用于地质孔的钻孔施工，常与ZL钻机配套使用。,一、钻杆,2、螺旋钻杆,一、钻杆,规格：42/70、50/80,1）普通螺纹连接式螺旋钻杆,适用范围：适用于煤层硬度系数f0.5，且地应力和瓦斯含量不大的硬煤层或孔壁稳定的煤层中钻进。,一、钻杆,规格：50/80、63/100、 73/110 、 80/120 。
4、,2） 插接式螺旋钻杆,结构特点：接头为六方或四方接头，轴向用高强度螺栓连接（12.9级）；施工过程中可正反转钻杆，以解决抱钻、跨孔事故。,适用范围：适用于松软突出煤层（f0.3）瓦斯抽放孔的钻进工作，主要与ZYW-R型钻机配合使用。,一、钻杆,规格：63/73、73/89,3）普通宽叶片螺旋钻杆,结构特点：将普通螺旋钻杆叶片轴向尺寸加大，径向尺寸减小的一种螺旋钻杆（可直接夹持叶片），螺旋叶片具有搅动孔内沉淀煤屑和辅助排渣的作用（叶片所受摩擦力较普通螺旋钻杆摩擦力小得多）。,适用范围：适用于松软突出煤层或穿层瓦斯抽放孔的钻进工作。,一、钻杆,规格：63/73、73/89。,钻杆内通孔,4）大通
5、径宽叶片螺旋钻杆,结构特点：与普通宽叶片螺旋钻杆外形一致，但其中通内孔孔径较大（内平），便于全孔段下放筛管。,适用范围：适用于需下放筛管的松软突出煤层或穿层瓦斯抽放孔的钻进工作。,一、钻杆,5）多头凹槽螺旋钻杆,规格： 双头：63/63 三头： 73/73,特点：适用于在煤矿井下高瓦斯、高地应力的松软突出煤层或复杂岩层中钻进，其钻进效率和成孔率比常规钻杆和螺旋钻杆高出数倍。,一、钻杆,3、三棱钻杆,一、钻杆,规格有：63/73（手工焊结构）；50/50、 63/63、 73/73 、 89/89（摩擦焊结构） 。,手工焊结构,摩擦焊结构,1）普通三棱钻杆,结构特点：横截面为顶角倒圆的正三角形，
6、分手工焊结构和摩擦焊结构，其中手工焊已停产。,适用范围：适用于煤层硬度系数f0.5，且地应力和瓦斯含量较大的松软突出煤层中钻进。,一、钻杆,规格为：73 。,2）三棱螺旋钻杆,结构特点：三棱螺旋钻杆为大通孔整体式结构，它是在普通三棱钻杆的外圆上铣削螺旋槽，以增强搅拌孔内煤屑的作用。,适用范围：适用于煤层硬度系数f0.5、地应力和瓦斯含量较大、且需要下放筛管的松软突出煤层中钻进。,一、钻杆,规格：733000。,外管,中心电缆组件,电缆连接头,电缆连接座,铜棒,护芯管,4、定向钻杆,适用范围：适用于煤矿井下硬煤层（f1）或软岩层（f5）的近水平定向钻进，最大钻进深度超过1000m。,结构特点：定
7、向钻杆由外管和中心电缆组件组成，其中外管传递动力、中心电缆组件传输信号。,主密封面,辅助密封面,主密封面,辅助密封面,弹簧,一、钻杆,5、双壁钻杆,规格： 63、73,结构特点：钻杆由外管和内管组成，其中外管传递动力，内管收集岩屑。,用途：适用于煤矿井下松软、破碎地层的全孔反循环取心钻进，岩心采取率高达95%。,密封圈,钻头按其切削刃具的不同，可以分为硬质合金钻头、金刚石钻头等；按钻头体的材料不同，可分为钢体式钻头和胎体式钻头；按结构形式的不同，可分为内凹式钻头、锥形阶梯式钻头、锥形刮刀式钻头、螺旋钻头、塔式钻头及扩孔钻头；按破碎断面可分为取心钻头和全断面钻头等。,二、钻头,钻头是孔底破碎岩石
8、的刀具，是钻孔得以实现的必备钻具。钻头一般都由钻头体、切削刀片、保径条等组成。,二、钻头,1、钻头结构,刀片,保径条,钻头体,水口,1）按刀具材质分,二、钻头,2、钻头的分类,2）按钻头结构型式分,二、钻头,2、钻头的分类,3）按钻头体的材质分,二、钻头,2、钻头的分类,4）按破碎断面分,二、钻头,3、钻头产品介绍,塔式钻头：用于井下坚固性系数f5的煤层或软岩的钻孔施工，不推荐直接用42或50钻杆施工岩层。 常用规格： 50/75/95、 65/85/115、 75/95/133,1）硬质合金类钻头,螺旋钻头：主要用于井下坚固性系数f3的煤层或软岩的钻孔施工。与42/70螺旋钻杆配套使用。 常
9、用规格：70200、 90200,二、钻头,3、钻头产品介绍,锥形刮刀钻头：用于f3的煤层或软岩瓦斯抽放钻孔施工。 规格：65 75、 94、113、133,取心钻头：用于有取心要求的钻孔施工。 规格： 75、 94、113、 133 、153,中心钻头： 用于施工f5的煤层或岩层钻孔。 规格：65、75,锥形阶梯钻头：用于f3的煤层或软岩瓦斯抽放钻孔施工。 规格： 85、115、 125,1）硬质合金类钻头,二、钻头,3、钻头产品介绍,内凹钻头：用于井下煤层或坚固性系数f10软、中硬及硬岩层的钻孔施工，不推荐在不均质岩层中施工。 规格： 65、 75、 94、 113、 133、 153,2
10、）金刚石钻头-PDC复合片式,刮刀钻头：用于井下坚固性系数f3的煤层或软岩的钻孔施工。 规格： 65 75、 94、113、133,二、钻头,3、钻头产品介绍,锥形阶梯钻头：用于井下煤层或坚固性系数f6软岩层的钻孔施工，不推荐在不均质或硬岩层中施工。 规格： 85、 95、 115、 125,2）金刚石钻头-PDC复合片式,取心钻头：用于井下煤层或坚固性系数f8中硬、硬岩层的钻孔施工。常用规格： 75、 94、 113、 133、 153,二、钻头,3、钻头产品介绍,扩孔钻头：用于井下坚固性系数f6岩层大孔径的钻孔施工，不推荐在不均质或硬岩层中施工。规格： 65/113、 75/113、 75
11、/133、 133/300（可根据用户要求定制）,2）金刚石钻头-PDC复合片式,开合式钻头：用于井下有下放筛管要求的钻孔施工，与大通径宽叶片螺旋钻杆和三棱螺旋钻杆配套使用。 规格： 94、96,二、钻头,3、钻头产品介绍,胎体式钻头：主要用于井下坚固性系数f12坚硬岩层的钻孔施工，是破除坚硬岩层的主要钻头之一（目前松藻矿大量使用）。 规格： 65、 75、 94、 113,2）金刚石钻头-PDC复合片式,二、钻头,3、钻头产品介绍,全断面金刚石钻头：用于井下坚固性系数f15坚硬岩层的钻孔施工，是破除坚硬岩层的主要工具之一（但钻进效率低）。规格： 65、 75、 94,3）金刚石钻头-金刚石磨
12、料式,金刚石取心钻头：用于井下坚固性系数f12坚硬岩层的钻孔施工，是破除坚硬岩层的主要工具之一（钻进效率略高于全断面钻头）。 规格： 65、 75、 91,三、其他钻具介绍,1、超硬岩层钻具,气动冲击器（俗名潜孔锤）是以压缩空气为动力和洗井介质，它利用压缩空气的能量，通过冲击器将风能转化为机械能，从而实现对孔底岩石的冲击，在钻机提供的压力和回转作用下，使其不断地冲击回转，达到钻孔的目的。目前我院主要生产低风压冲击器及其配套钎头。其主要规格有：76、80、90、110,三、其他特殊钻具介绍,2、千米定向钻进配套钻具,定向水辫是与定向钻杆配套使用的水辫，具有向孔底输送高压水和测量信号的双重作用，目
13、前主要规格为73,信号测试端口,高压水进水口,1）定向水辫,三、其他特殊钻具介绍,2、千米定向钻进配套钻具,单向阀是定向钻进工艺的配套设备，具有信号传输、输送孔底马达动力介质、防止瓦斯突出及动力介质回流和钻机动力传递等作用，主要与千米定向钻机配套使用 ，目前主要规格为73,信号传输通道,2）单向阀,动力介质传输通道,三、其他特殊钻具介绍,2、千米定向钻进配套钻具,下无磁钻杆,3）无磁钻杆,上无磁钻杆,无磁钻杆是定向钻进随钻测量的配套设备，具有减小外界对随钻测量装置的干扰、信号传输、输送孔底马达动力介质和钻机动力传递等作用，目前主要规格为73。,三、其他特殊钻具介绍,3、打捞钻具,打捞钻具是处理
14、钻进过程中钻具因卡钻、抱钻等事故而断裂的专业配套工具，目前主要规格为42、 50、 63、 73 、89；可以分为公锥和母锥两种,公锥,母锥,四、钻探新技术,1、定向钻进技术,定向钻进是以泥浆泵驱动孔底马达，定向钻杆作为孔底马达动力输送管道和信号传输通道，通过随钻测量系统控制钻孔轨迹的一种钻进技术，是目前国内井下钻孔最先进的施工技术之一。,1）顶板抽放； 2）底板抽放； 3）本煤层抽放,四、钻探新技术,2、松软突出煤层钻进技术,松软突出煤层的钻孔问题是煤矿钻进的施工难题，目前主要采用空气螺旋钻进或空气异形钻杆钻进的工艺技术。我院主要利用国家发改委项目和重庆院自立项目，自主研发了插接式螺旋钻杆、
15、宽叶片螺旋钻杆、三棱异型钻杆等松软突出煤层用钻杆及钻头。,异型钻杆,插接式钻杆及钻头,钎头,冲击器,四、钻探新技术,3、冲击回转钻进工艺,冲击回转钻进的工作原理：气动冲击器是以压缩空气为动力，推动活塞运动，活塞将动能转化为钎头的冲击能，从而实现对孔底岩石的冲击，在钻机提供的回转作用下，使其不断地冲击回转，达到钻进的目的,适用范围：主要用于煤矿井下破除硬度系数f=815的坚硬岩层。 钻进参数：钻机转速30 60r/min；推进力在4 6KN；工作风压在0.51.2MPa，风压越高，钻进效率越高。 根据岩石硬度的不同分别可选取球齿、尖齿和楔齿三种钎头，分别对应坚硬、中硬及软岩层。,四、钻探新技术,4、全孔段下放筛管工艺,工作原理：用大通径宽叶片螺旋钻杆或三棱螺旋钻杆与配套钻头钻进至设计孔深，将钻杆退回300500mm，然后沿钻杆内壁下放筛管至钻头位置，用力将钻头的横向挡板推开，待固定装置将筛管固定在孔内后，退出钻杆和钻头。 适用范围：松软、易垮孔且瓦斯量大的煤层。,正常钻进时,下放筛管时,谢谢大家！,
