本发明专利技术公开一种碎软煤层多介质反循环钻进装置，包括，双壁钻杆，两端分别连接有钻头和双通道气水龙头，钻孔的孔口封闭有孔口密封件，双壁钻杆通过驱动件旋转；主介质通路，设置在孔口密封件上，主介质通路与双壁钻杆的外环空连通，且外环空的主介质通过钻头和双壁钻杆上的第一连通件与双壁钻杆的中心通道连通；辅助介质通路，设置在双通道气水龙头上，辅助介质通路与双壁钻杆的内环空连通，内环空内的辅助介质通过双壁钻杆上的第二连通件与外环空连通。本发明专利技术能够实现保证煤矿井下碎软或软硬复合煤层的瓦斯抽采钻井或钻孔的有效钻进。复合煤层的瓦斯抽采钻井或钻孔的有效钻进。复合煤层的瓦斯抽采钻井或钻孔的有效钻进。
【技术实现步骤摘要】
一种碎软煤层多介质反循环钻进装置及方法
[0001]本专利技术涉及钻井
，特别是涉及碎软煤层多介质反循环钻进装置及方法。
技术介绍
[0002]随着煤炭开采深度的增加，煤矿井下碎软或软硬复合煤层的瓦斯抽采钻井或钻孔的钻进难度成为业界的世界级难题。业界主要采用正循环钻进，钻屑在钻具与孔壁环空排出。循环介是用煤矿地面压风站集中供应的压风，风压最高为0.75MPa。钻具组合为φ73mm三角钻杆(单根长度1.0m)与φ94mm三翼内凹钻头组合。孔口设有简易防尘装置。软硬复合煤层，整体表现质软，疏松，稳定性差，孔壁易坍塌。煤层渗透性极差、瓦斯含量高、瓦斯释放时孔内压力大。煤矿井下工况下，使用短钻具，近水平钻孔钻屑受重力频繁沉淀在钻孔的下壁，随着钻孔深度增加，沉淀钻屑增多，摩擦阻力逐渐增大，压风能量逐渐消耗,使煤层中释放的瓦斯排泄不畅,集聚产生动力,引起孔壁坍塌、堵孔和埋钻等事故。当钻进孔深达100米以上时，钻孔排渣困难，进尺速度减慢，钻孔施工过程经常出现塌孔、堵孔等，瓦斯大量释放时容易出现喷孔、卡钻和断钻具等事故。从而导致钻孔成孔深度浅、成孔率低，多数钻孔无法达到设计深度(现本煤层瓦斯抽采钻孔设计深度都在120米至150米)，严重影响了钻孔瓦斯抽采率。多年来一直是瓦斯抽采钻孔钻进领域需要解决的难题。
[0003]现反循环地质钻孔对象主要是岩石，且打的是垂直孔，钻屑受重力影响沉淀在孔底。而煤矿井下煤层瓦斯抽放孔，钻孔对象是煤层，打的是近水平孔。用反循环钻进技术钻进煤矿井下煤层瓦斯抽放孔时，钻孔对象和钻孔倾角都发生变化，钻屑的从钻具中心通道返出孔口的受力状态将发生变化。钻屑受重力影响沉淀在钻孔的下壁。地质钻探反循环钻进工艺不适用于煤层瓦斯抽采钻孔钻进。
[0004]地质反循环钻进，根据循环介质(清水和钻井液)不同分为水力反循环和空气反循环。现煤矿井下煤层瓦斯抽放空气反循环试验孔钻进，压风是经双壁钻杆内环空间单一通道进入，孔壁与钻具间外环空,无循环介质流动。存在小部分压风携带钻屑逆向进入孔壁与钻具间外环空，导致部分钻屑堆积在孔壁下方，长时间的积累，摩擦阻力逐渐增大,钻具外壁受摩擦易产生热，使煤层中释放的瓦斯排泄不畅,集聚产生动力,引起孔壁坍塌、堵孔和埋钻等事故。借鉴其它领域对反循环钻进技术的研究成果，针对煤矿井下软硬复合煤层钻进的特殊条件，对煤层反循环形成机理的研究上，提出一种碎软煤层多介质反循环钻进装置及方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种碎软煤层多介质反循环钻进装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现保证煤矿井下碎软或软硬复合煤层的瓦斯抽采钻井或钻孔的有效钻进。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种碎软煤层多介质反循环钻进装置，包括，
[0007]双壁钻杆，两端分别连接有钻头和双通道气水龙头，钻孔的孔口封闭有孔口密封件，所述双壁钻杆通过驱动件旋转；
[0008]主介质通路，设置在所述孔口密封件上，所述主介质通路与所述双壁钻杆的外环空连通，且所述外环空的主介质通过所述钻头和所述双壁钻杆上的第一连通件与所述双壁钻杆的中心通道连通；
[0009]辅助介质通路，设置在所述双通道气水龙头上，所述辅助介质通路与所述双壁钻杆的内环空连通，所述内环空内的辅助介质通过所述双壁钻杆上的第二连通件与所述外环空连通；
[0010]护壁介质通路，设置在所述辅助介质通路上且所述护壁介质与所述内环空连通。
[0011]进一步的，所述主介质通路包括与所述孔口密封件内连通的主介质管，所述主介质管的进介质端分别连通有两主介质分管，两所述主介质分管上分别固定有主进压风阀和主进水阀，所述第一连通件为固定在所述双壁钻杆侧壁上的外引射器，所述第二连通件为固定在所述双壁钻杆侧壁上的外喷射器。
[0012]进一步的，所述辅助介质通路包括与所述双通道气水龙头连通的辅助介质管，所述辅助介质管的进介质端分别连通有两辅助介质分管，两所述辅助介质分管上分别固定有辅助压风阀和次进水阀。
[0013]进一步的，所述护壁介质通路包括与所述辅助介质管连通的护壁介质管，所述钻孔外设置有两气动搅拌机，两所述气动搅拌机出料端通过气动注浆泵与所述护壁介质管连通，所述护壁介质管上固定有进钻井液阀。
[0014]进一步的，所述主介质和所述辅助介质为压风、水混合物，所述压风和水分别位于两主介质分管和两所述辅助介质分管内，所述护壁介质为生物酶护壁解堵钻井液。
[0015]进一步的，所述孔口密封件包括孔口密封器和连接在所述孔口密封器上的扩孔管，所述孔口密封器用于封堵所述钻孔，所述主介质管与所述孔口密封器连通，所述扩孔管位于所述钻孔内，所述扩孔管上连通有排钻渣管，所述排钻渣管上连接有排钻渣阀。
[0016]进一步的，所述钻头为左旋反循环钻头。
[0017]进一步的，所述驱动件包括坑道钻机，所述坑道钻机与所述双壁钻杆传动连接，所述钻孔外设置有夹持器，所述夹持器用于对所述双壁钻杆夹持。
[0018]进一步的，所述双通道气水龙头的中心通道与所述双壁钻杆的中心通道连通，所述双通道气水龙头的中心通道出料端连通有连接胶管，所述连接胶管出料端连通有孔口除尘装置，所述孔口除尘装置底端设置有固相排出端，所述孔口除尘装置内的气相由所述孔口除尘装置顶端与水箱连通，所述水箱连通有沉淀池。
[0019]一种碎软煤层多介质反循环钻进方法，根据碎软煤层多介质反循环钻进装置，操作步骤包括，
[0020]S1、装置安装：向预位置钻孔，向孔口密封器上安装双壁钻杆，向双壁钻杆上安装第一组结构部件，启动坑道钻机推进，推进预定位置后固定孔口密封器，向孔口密封器和双壁钻杆上安装第二组结构部件；
[0021]S2、双壁钻杆钻进：向外环空通入主介质，向内环空通入辅助介质，启动坑道钻机钻进，待打完第一根双壁钻杆后，后退该根双壁钻杆，禁止通入主介质和辅助介质；
[0022]S3、钻孔护壁：向内环空内通入护壁介质，启动坑道钻机钻进，第一根钻杆护壁完
毕前禁止通入护壁介质，随后向内环空内通入辅助介质；
[0023]S4、加接双壁钻杆：向双壁钻杆的一端加接另一双壁钻杆，随后重复步骤S2
‑
S3；
[0024]S5、退钻：拆卸各结构部件，拆卸相连接的双壁钻杆，拆卸孔口密封器并封闭钻孔。
[0025]本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]1.采用一套钻具发挥了空气反循环和钻井液护壁各自的优势,二者有效结合，优势互补。
[0027]2.由4股力共同协作,钻屑经双壁钻杆的中心通道向孔外连续输送，实现反循环钻进成孔。
[0028]3.双通道气水龙头钻井液入口，注入压风可清除双壁钻杆内环空中钻井液，防止钻井液沉淀，装卸钻具时无钻井液泄漏，保护了工作环境。并补充外环空压风能量消耗。
[0029]4.孔口密封件，密封了孔口形成循环介质进入中心通道内，有利于形成反循环，同时孔内煤层释放的瓦斯也经双壁钻杆的中心通道本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碎软煤层多介质反循环钻进装置，其特征在于，包括，双壁钻杆(2)，两端分别连接有钻头和双通道气水龙头(1)，钻孔的孔口封闭有孔口密封件，所述双壁钻杆(2)通过驱动件旋转；主介质通路，设置在所述孔口密封件上，所述主介质通路与所述双壁钻杆(2)的外环空连通，且所述外环空的主介质通过所述钻头和所述双壁钻杆(2)上的第一连通件与所述双壁钻杆(2)的中心通道连通；辅助介质通路，设置在所述双通道气水龙头(1)上，所述辅助介质通路与所述双壁钻杆(2)的内环空连通，所述内环空内的辅助介质通过所述双壁钻杆(2)上的第二连通件与所述外环空连通；护壁介质通路，设置在所述辅助介质通路上且所述护壁介质与所述内环空连通。2.根据权利要求1所述的碎软煤层多介质反循环钻进装置，其特征在于：所述主介质通路包括与所述孔口密封件内连通的主介质管，所述主介质管的进介质端分别连通有两主介质分管，两所述主介质分管上分别固定有主进压风阀(16)和主进水阀(17)，所述第一连通件为固定在所述双壁钻杆(2)侧壁上的外引射器(5)，所述第二连通件为固定在所述双壁钻杆(2)侧壁上的外喷射器(4)。3.根据权利要求2所述的碎软煤层多介质反循环钻进装置，其特征在于：所述辅助介质通路包括与所述双通道气水龙头(1)连通的辅助介质管，所述辅助介质管的进介质端分别连通有两辅助介质分管，两所述辅助介质分管上分别固定有辅助压风阀(29)和次进水阀(30)。4.根据权利要求3所述的碎软煤层多介质反循环钻进装置，其特征在于：所述护壁介质通路包括与所述辅助介质管连通的护壁介质管，所述钻孔外设置有两气动搅拌机(10)，两所述气动搅拌机(10)出料端通过气动注浆泵(9)与所述护壁介质管连通，所述护壁介质管上固定有进钻井液阀(28)。5.根据权利要求4所述的碎软煤层多介质反循环钻进装置，其特征在于：所述主介质和所述辅助介质为压风、水混合物，所述压风和水分别位于两主介质分管和两所述辅助介质分管内，所述护壁介质为生物酶护壁解堵钻井液。6.根据权利要求2所述的碎软煤层多介质反循环钻进装置，其特征在于：所述孔口密封件包括孔口密封器(6)和连接在所述孔口密封器(6)上的扩孔管(14)，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张遂安，
申请(专利权)人：北京泛陆洋能源技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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