一种用于大直径竖井成孔的孔内反循环钻具装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钻具装置，特别是一种适用于在基岩破碎带地层中采用机械钻井法成孔施工的孔内反循环钻具装置，属于矿山和市政工程建设技术领域。
【背景技术】
[0002]在矿山竖井工程施工中，多采用机械钻井法配合泥浆循环液钻进成孔，根据钻机设备类型，成孔方式可分为一次成孔或分级扩孔成井，泥浆循环方式可分为正循环或反循环。对于大直径或超大直径工程竖井，多采用反循环排渣工艺清除钻渣或孔底沉渣。钻进成孔时，若地层中存在裂隙，常会出现泥浆循环液的大量流失，一般采取向孔内投掷如秸杆、稻草、锯末、红土、膨润土、纯碱、聚丙烯酰胺等材料造浆堵漏，但当存在较大的裂隙或破碎带，或连通溶洞和采空区时，以上方法往往达不到堵漏的效果，造成孔内液面下降，不能满足气举沉没比要求，无法正常采用反循环钻进，进而造成工程无法继续实施。为此，寻找一种大直径竖井机械钻井法成孔施工的孔内反循环钻具装置，适用于在基岩破碎带等浆液渗漏严重地层中钻进成孔，对解决了孔内泥浆流失，液面下降所造成的不能反循环排渣钻进施工难题，具有积极意义。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种用于大直径竖井成孔的孔内反循环钻具装置，用于地层中存在破碎带、漏浆严重的大直径工程竖井的钻进成孔施工。
[0004]本实用新型解决其技术问题采取的技术方案是这样的:
[0005]—种用于大直径竖井成孔的孔内反循环钻具装置，其结构中钻杆顶部为动力头，最下端为钻头，在钻杆外侧套装有由螺旋管弯成的沉渣筒，沉渣筒上端敞口，底部密封，钻杆位于沉渣筒的中心位置，称之为沉渣筒钻杆，在沉渣筒上方的钻杆上开有出渣口。
[0006]使用本钻具装置时，根据孔内稳定泥浆液面的高度确定出渣口钻杆在孔内的位置，根据钻机提升能力可连接多节沉渣筒钻杆，也就是根据需要可将多节沉渣筒钻杆连接在一起，上方再连接普通钻杆，底节钻杆连接钻头，利用吊车将钻具向孔内下放至要求深度；将出渣口钻杆与上节普通钻杆的法兰连接处用圆铁板隔挡钻杆内通道，确保钻渣不再往上通过，直接从出渣口顺利排出；根据实际钻进深度及孔内泥浆液面稳定高度，确定风包的设置位置，使其满足气举沉没比；将钻具连接钻机，打开空压机，循环泥浆开始钻进。钻渣随泥浆经钻杆到出渣口返出进入沉渣筒，沉渣筒蓄满钻渣后，提钻倒渣，完成一个循环的钻进工作。重新逐节下放孔内反循环钻具装置，继续钻进至设计位置，完成钻孔。
[0007]本实用新型取得的有益效果是:将“出渣口”从地面下移至孔内满足气举沉没比处，使得能在孔内形成反循环工艺，解决了在基岩破碎带中泥浆严重漏失、不能正常反循环钻进的大直径工程竖井成井施工。
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型的结构示意图。
[0009]图中标号代表的含义是:
[0010]1、水口 2、钻头3、风包4、沉渣筒5、传扭圈6、出渣口
[0011]7、挡板8、钻杆9、风管10、动力头。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
[0013]如图1所示，一种用于大直径竖井成孔的孔内反循环钻具装置，主要由钻头2、钻杆8、动力头10、沉渣筒4、传扭圈5、挡板7、风管9等组成。钻杆间采用法兰连接，并用螺栓紧固。沉渣筒4采用长度为6m、直径为1020mm、厚为1mm的螺旋管并套装焊接在普通钻杆8的外侧，且钻杆处于沉渣筒中心，沉渣筒4底和上口分别距离钻杆法兰Im方便螺栓连接，沉渣筒底部用厚1mm钢板焊接密封，沉渣筒4上端敞口并设有支撑板牢固焊接在钻杆上。位于沉渣筒4上方的钻杆8开有出渣口 6，出渣口宽160mm、高280mm，出渣口四周加焊6块高600_、宽160mm、厚30_的立式筋板，外面套一个直径800_、高600_、厚20_的加强传扭钢圈，牢固焊接在钻杆壁上以增强钻杆强度。
[0014]用于某煤矿瓦斯井工程，为2 口钻孔直径1200_，设计孔深320m。采用大型回转钻机一次成孔气举反循环工艺排渣。当钻孔至180m深度时，由于地层中存在未知的裂隙和断层，钻孔开始大量漏浆。先后采取惰性材料堵漏、红土造浆堵漏、高粘度化学泥浆堵漏、正循环钻进、全孔注水泥浆等方法处理，均未取得明显效果，漏浆量约为150-200m3/h。采用直接向孔内加水(约120 m3/h)，边加水边钻进，钻渣在充分破碎后随水流从裂隙中漏走，当钻孔至240m时钻机动力头扭矩增大至220kn.ηι仍无法钻进，孔内沉淀达7m，如继续钻进可能会造成埋钻、卡钻事故，此时孔内水位为200m，无法继续采用反循环工艺钻进。具体使用本实用新型施工步骤如下:
[0015](I)采用大型液压回转钻机AD-60钻进、气举反循环排渣的施工工艺，钻杆采用35络钼钢铸造，单节长度8m、壁厚20mm、内径366mm，法兰直径640mm、厚40mm，由12条10.9级42mmX190mm螺栓连接，配备RHP825E型空气压缩机一台、MQ-150型龙门吊一台及其他辅助设备进行钻孔施工。
[0016](2)选取一节钻杆8，在其外壁上割开一个160mmX280mm的出渣口 6，出渣口 6四周加焊6块立式筋板(高600mm、宽160mm、厚30mm)，外面套一个加强传扭钢圈5 (直径800mm、高600mm、厚20mm)，牢固焊接在钻杆上以增强钻杆强度。
[0017](3)在单节长度为8m的钻杆8上焊接加工沉渣筒4，沉渣筒4套在钻杆8外并使钻杆8处于沉渣筒4中心，依据钻机提升能力确定制作沉渣筒4四套。
[0018](4)根据孔内稳定泥浆液面的高度确定出渣口钻杆在孔内的位置，计算好孔内的钻杆数量，用龙门吊辅助钻机小吊吊装钻头2、钻杆逐节连接，先后吊装连接沉渣筒4和出渣口钻杆6、普通钻杆8，将出渣口钻杆6与上节钻杆法兰连接处用圆铁板隔挡钻杆内通道，确保钻渣可从出渣口顺利排出，逐节向孔内下放，钻头位于孔口以下240m处。
[0019](5)根据孔内泥浆液面稳定高度为200m，确定风包3的设置位置为230m，满足气举沉没比要求。
[0020](6)将钻杆连接钻机，打开空压机，循环泥浆开始钻进。钻渣随泥浆经钻杆到出渣口 6返出进入沉渣筒4，形成反循环钻进。
[0021 ] (7)沉渣筒4蓄满钻渣后，提钻倒渣。
[0022](8)重新逐节下放钻具，继续钻进至设计位置。
【主权项】
1.一种用于大直径竖井成孔的孔内反循环钻具装置，钻杆顶部为动力头(10)，最下端为钻头(2)，其特征在于在钻杆(8)外侧套装有由螺旋管弯成的沉渣筒(4)，沉渣筒(4)上端敞口，下端底部密封，位于沉渣筒上方的钻杆上开有出渣口( 6 )。2.根据权利要求1所述的用于大直径竖井成孔的孔内反循环钻具装置，其特征在于多节沉渣筒钻杆连接在一起，上方连接普通钻杆。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于大直径竖井成孔的孔内反循环钻具装置，其结构中钻杆顶部为动力头，最下端为钻头有水口，在钻杆外侧套装有由螺旋管弯成的沉渣筒，沉渣筒上端敞口，下端底部密封，位于沉渣筒上方的钻杆上开有出渣口。本实用新型将“出渣口”从地面下移，使得能在孔内形成反循环工艺施工，解决了在基岩破碎带中泥浆严重漏失、不能正常反循环钻进的大直径工程竖井成井施工问题。
【IPC分类】E21B10/60, E21B10/00, E21B17/00
【公开号】CN204782796
【申请号】CN201520258328
【发明人】聂庆科, 杨海朋, 孙运青, 刘俊永, 杨征, 雷永生
【申请人】河北建设勘察研究院有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年4月27日