申请/专利权人：重庆大学

申请日：2020-04-03

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN111425138B

主分类号：E21B7/18

分类号：E21B7/18;E21B21/08;E21B21/06;E21B17/18;E21B10/44;E21B10/60

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2020.12.01#实质审查的生效;2020.07.17#公开

摘要：发明提供一种松软突出煤层长钻孔成孔系统及方法。该系统包括水射流发生系统、钻机钻具系统、支撑套管、保压系统和气渣分离器。所述钻机钻具系统包括螺旋钻头、钻杆和钻机。所述钻机夹持钻杆的尾端。所述钻杆内布置有支撑套管。所述保压系统包括保压管、压力显示器和保压管密封装置。所述保压管的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。钻机带动钻杆旋转并钻入煤岩层中。该成孔方法，包括放置保压管、钻进破碎、支撑套管从钻头处顶出等步骤。该系统保证了钻孔内的压力稳定，解决了垮孔、埋钻等长距离钻进中出现的问题，既实现了高效通畅的钻进作业，也能最大程度上利用废水进行循环作业，显著提高施工效率和经济效益。

主权项：1.一种松软突出煤层长钻孔成孔系统，其特征在于：包括水射流发生系统、钻机钻具系统、保压系统（5）和气渣分离器（7）；所述水射流发生系统包括加压泵（10）和纳米流体储罐（12）；所述加压泵（10）和纳米流体储罐（12）之间的管路上设置有纳米流体管道阀门（11）；所述钻机钻具系统包括螺旋钻头（3）、钻杆（4）和钻机（6）；所述螺旋钻头（3）安装在钻杆（4）的首端；所述螺旋钻头（3）外壁上设置有螺旋叶片（301）；所述螺旋钻头（3）内部具有轴向流道（304）；所述螺旋钻头（3）顶端设置有供高压水射出的高压喷头（302）；所述高压喷头（302）连接有单向阀（303）；所述高压喷头（302）与轴向流道（304）连通；所述钻机（6）夹持钻杆（4）的尾端；所述钻机（6）的旋转密封装置的输入端与加压泵（10）通过管路连接，输出端与输液管（403）的尾端连接；所述加压泵（10）和钻机（6）之间的管路上设置有钻机进水阀门（9）；所述钻杆（4）为双壁钻杆；所述钻杆（4）的内管内腔为中心孔道；所述内管的壁面上设置有导流通孔和导渣通孔；所述钻杆（4）的内管与外管之间的环空间隙为环形孔道；所述中心孔道中布置有支撑套管（401）；所述支撑套管（401）表面间隔布设支撑钩爪（4011）；所述支撑钩爪（4011）采用压簧结构；所述环形孔道中布置有抽渣管（402）和输液管（403）；所述抽渣管（402）通过导渣通孔与中心孔道联通；所述输液管（403）通过导流通孔与中心孔道联通；所述保压系统（5）包括保压管（501）、压力显示器（502）和保压管密封装置（503）；所述保压管（501）的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部；所述保压管（501）通过锚杆（13）固定在钻孔孔口孔壁上；所述保压管（501）伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触；所述钻杆（4）从保压管（501）的后端伸入钻孔中；所述保压管（501）后端开口处与钻杆（4）之间安装有保压管密封装置（503）；所述保压管（501）的周壁上开设有抽渣孔；所述保压管（501）的周壁上还安装有压力显示器（502）；所述保压管密封装置（503）上开设有保压管排渣口；抽渣管阀门（505）将钻杆内部的抽渣管（402）与气渣分离器（7）相连接；保压管排渣阀门（504）将保压管末端通过管道与气渣分离器（7）相连接；工作时，钻机（6）带动钻杆（4）旋转并钻入煤岩层中；所述螺旋钻头（3）在钻杆（4）的旋转带动下自轴旋转；纳米流体通过加压泵（10）送入螺旋钻头（3）；高压喷头（302）喷射轴向的高压液流，在孔底的煤壁上切割出引导孔；螺旋钻头（3）将引导孔扩大；煤岩体由螺旋钻头（3）研磨破碎或经受高压水冲击而破碎；高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器（7）；钻进完成后，支撑套管（401）从高压喷头（302）孔口处顶出；支撑套管（401）与钻杆（4）分离后，支撑钩爪（4011）自动张开支撑钻孔。

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