一种犁式螺旋钻杆的制作方法

本发明属于钻具技术领域，涉及一种犁式螺旋钻杆。

背景技术：

在施工瓦斯抽放钻孔的过程中，由于煤层及其相近地层大多具有强度低、节理发育、连续性差、应力复杂等特点，会频繁的遇到钻孔坍塌的现象，从而造成钻孔堵塞，继而引发抱钻甚至掉钻事故。塌孔堵塞而引起抱钻的严重程度与岩屑堆积的密实程度有关，岩屑堆积越密实，岩屑之间的相互作用力越强，导致抱钻的程度越严重。

目前，钻孔施工所采用的钻杆包括：外平钻杆、三棱钻杆、宽叶片螺旋钻杆、凹槽螺旋钻杆。外平钻杆由于杆体截面为圆形，缺乏对岩屑进行搅动的功能，处理塌孔的能力很弱；三棱钻杆由于没有螺旋通道，无法对塌孔段岩屑进行输送，旋转钻杆时，钻杆会使得岩屑逐渐被压实，反而不利于钻孔疏通；宽叶片螺旋钻杆和凹槽螺旋钻杆其作用原理相似，都是依靠近似矩形的螺旋槽对塌孔段岩屑进行搅动和输送，但其输送过程中对岩屑的引导和对岩屑之间作用力的破坏能力很弱，导致输送效率不高，而且矩形槽易被岩渣填满，导致其搅动功能的丧失而形成几乎和外平钻杆一样的排渣效果。

现有的钻孔施工用钻杆本身对塌孔段的疏通能力很弱，在塌孔时经常导致抱钻事故，最常用的处理方法是采用套铣的方式扩孔至卡钻点来解决抱钻问题，处理事故的周期长，成功率低。

现有钻杆施工易塌孔地层时，通过钻柱自身的旋转经常无法实现塌孔段的快速疏通，往往需要进行长时间反复洗孔的额外辅助工作。洗孔时间越长，对孔壁的扰动越大，会引发钻孔的再次垮塌，且洗孔时间越长堵塞段岩屑会被逐渐振动填实，对钻具的作用力会逐渐增大，继而导致钻具无法旋转而引起抱钻事故。后续采用套铣的方式来处理抱钻问题工序复杂，且套铣时容易引发二次事故，施工效率低、周期长、成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种犁式螺旋钻杆，通过在钻杆本体上设置若干截面呈犁型的螺旋槽，不仅提高了对塌孔段岩屑的破坏能力，还提高了岩屑的输送能力，解决了现有技术中的抱钻问题，以及塌孔段疏通效率低、钻孔施工周期长和钻孔成本高的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种犁式螺旋钻杆，包括呈圆柱形的钻杆本体和设置在其内部的过水孔，所述钻杆本体的一端设有外螺纹，另一端设有与外螺纹相配合的内螺纹；

所述钻杆本体上设有至少一条截面呈犁型的螺旋槽。

可选地，所述螺旋槽等间距且螺旋方向一致设置在钻杆本体的外壁上，所述螺旋槽自钻杆本体的一端延续至钻杆本体的另一端；

可选地，所述螺旋槽与钻杆本体的交汇处形成有用于犁掉沉降及粘附于孔壁的岩屑的刀刃。

可选地，所述犁型的截面包括互相垂直的两条线段和用于连接两条线段的圆弧。

可选地，所述螺旋槽的导程为300～1500mm。

可选地，所述螺旋槽的相位公差不大于±5°。

可选地，所述螺旋槽为三条。

可选地，所述外螺纹为带有锥度的梯形螺纹。

可选地，所述梯形螺纹的牙型角为29～60°，梯形螺纹的锥度为1：6～1：30。

可选地，所述梯形螺纹的牙型角为30°，梯形螺纹的锥度1:8。

可选地，所述螺旋槽的表面具有硬化层。

可选地，所述梯形螺纹的表面进行防锈和耐磨处理。

可选地，所述螺旋槽的旋向为右旋。

本发明的有益效果在于：

1.本发明记载的犁式螺旋钻杆，通过在钻杆本体上设置截面呈犁型的螺旋槽，在钻杆旋转过程中刀刃可以犁削堵塞段靠近钻杆外壁的岩屑并进行局部螺旋输送，持续的旋转可以使得岩屑逐渐从被动压实的状态变为松散状态，从而降低岩屑对钻杆的抱紧力，最终可以实现堵塞段的疏通，从而避免抱钻和掉钻事故的发生。

2.本发明记载的犁式螺旋钻杆，在近水平孔钻进中，截面呈犁型的螺旋槽在钻杆旋转时，在螺旋槽内形成螺旋负压区，可以引导钻孔内沉积的岩屑进入螺旋槽内并将其甩进螺旋槽的核心高速流区，有利于提高排屑效率，避免岩屑的堆积。

3.本发明记载的犁式螺旋钻杆，通过在钻杆本体的两端设置带锥度的梯形螺纹，不仅在连接时密封性能好，还可以有效减小排渣介质压力的沿程损失，提高排渣效果与钻杆的抗疲劳能力。

4.本发明记载的犁式螺旋钻杆，钻杆护孔面为连续螺旋面体，在刀刃刮削孔内岩屑后，跟随的是连续螺旋面挤压孔壁，从而使孔壁光顺，更好地保护了孔壁。

5.本发明记载的犁式螺旋钻杆，通过对梯型螺纹表面进行防锈和耐磨处理，增强了钻杆的抗粘性和耐磨性。

6.本发明记载的犁式螺旋钻杆，通过对钻杆本体采用调质处理，增加了钻杆本体的韧性；对螺旋槽在调质处理后又进行了表面硬化处理，采用先整体调质处理再局部进行硬化处理的热处理方式，不仅增加了刀刃的硬度和耐磨性，使得刀刃的刮削能力增强，且不改变钻杆本体的韧性，延长了钻杆的使用寿命。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的犁式螺旋钻杆的结构示意图；

图2为本发明的犁式螺旋钻杆的横截面示意图。

附图标记：钻杆本体1、外螺纹2、螺旋槽3、过水孔4、刀刃5。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

请参阅图1～图2，一种犁式螺旋钻杆，包括呈圆柱形的钻杆本体1和设置在其内部的过水孔4；钻杆本体1的一端设有外螺纹2，另一端设有与外螺纹2相配合的内螺纹；钻杆本体1上设有三条截面呈犁型的螺旋槽3，螺旋槽3等间距且螺旋方向一致设置在钻杆本体1的外壁上，螺旋槽3自钻杆本体1的一端延续至钻杆本体1的另一端，螺旋槽3的相位公差不大于±5°，螺旋槽3的旋向为右旋；螺旋槽3与钻杆本体1的交汇处形成有用于犁掉沉降及粘附于孔壁的岩屑的刀刃5；犁型的截面包括互相垂直的两条线段和用于连接两条线段的圆弧；螺旋槽3的表面具有硬化层；内螺纹和外螺纹2的表面进行防锈和耐磨处理；螺旋槽的导程为300～1500mm。

实施例2

与实施例1不同的是，内螺纹和外螺纹2为带锥度的梯形螺纹，且梯形螺纹的牙型角为29-60°，梯形螺纹的锥度为1：6～1：30。

优选地，梯形螺纹的牙型角为29°，梯形螺纹的锥度为1：30。

优选地，梯形螺纹的牙型角为30°，梯形螺纹的锥度为1:8。

实施例3

与实施例1不同的是，采用了外径为φ73mm的钻杆，螺旋槽3的导程s＝600mm，该螺旋槽的导程是在综合考虑钻杆外径、质量、结构以及进给速度和旋转速度的情况下，对输送中的岩屑、煤渣进行运动学和力学计算和分析的基础上得出的优化值，该导程的螺旋槽具有输渣流畅、平滑，对钻杆冲击小的特点。

本申请提供的一种犁式螺旋钻杆，应用于易塌孔地层，可以提高排渣效率，防止抱钻事故的发生。

本申请中的钻杆本体1内设有过水孔4，用于输送切削液；钻杆本体1的外壁上加工有至少一条截面呈犁型的螺旋槽3(即犁型截面沿导程为s＝300～1500mm的轴向螺旋线扫略而成)；犁型截面的轮廓包括两条互相垂直的相交线，相且交线的交接处采用圆角r过渡，圆角r可以降低交接处的应力集中；钻杆本体1的两端设有公母螺纹，即外螺纹2和内螺纹，用于钻杆间的连接。

本申请通过在圆柱形钻杆表面加工螺旋槽3，使得钻杆本体1的外表面的圆柱面与螺旋槽3的交汇处形成一条刀刃5，犁掉沉降及粘附于孔壁的岩屑，并通过螺旋槽3输出孔外，以破坏或减弱堵塞段岩屑之间的相互作用力，降低岩屑对钻杆的抱紧力，提高塌孔段疏通的效率，达到防止抱钻事故发生的功能。

本申请的犁式螺旋钻杆，在近水平孔钻进中，截面呈犁型的螺旋槽3在钻杆旋转时，在螺旋槽3内形成螺旋负压区，可以引导钻孔内沉积的岩屑进入螺旋槽3内并将其甩进螺旋槽3的核心高速流区，有利于提高排屑效率，避免岩屑的堆积。

本申请的犁式螺旋钻杆，钻杆之间的螺旋槽3连接成连续的螺旋线，相邻钻杆之间螺旋槽3的相位公差不大于±5°。

本申请通过在圆柱形表面设置截面呈犁型的螺旋槽3，设置的条数可根据钻杆的规格进行优化调整，在满足钻杆强度和刚度的基础上，可以优化犁型截面的深度尺寸h和刀刃尺寸w，使得犁型截面面积最大化，以提高单位时间内输送更多的岩屑、煤渣，尽量减小孔内岩屑、煤渣的积聚，以维持孔内通畅。

本申请所选择的梯形螺纹连接结构，不仅在连接时密封性能好，还可以有效减小排渣介质压力的沿程损失，提高排渣效果与钻杆的抗疲劳能力。此外，梯形螺纹表面进行了防锈和耐磨处理，可以增强抗粘和耐磨等性能。

本申请的钻杆护孔面为连续螺旋面体，刀刃5刮削孔内岩屑后，跟随的是连续螺旋面挤压孔壁，从而使孔壁光顺，更好地保护了孔壁。

本申请通过对钻杆本体1采用调质处理，增加了钻杆本体1的韧性；对螺旋槽在调质处理后又进行了表面硬化处理，采用先整体调质处理再局部进行硬化处理的热处理方式，不仅增加了刀刃5的硬度和耐磨性，使得刀刃5的刮削能力增强，且不改变钻杆本体1的韧性，延长了钻杆的使用寿命。本申请的刀刃5即使长期刮削也不易不变形，而且磨损小。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。