煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统及其施工方法技术方案

一种煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统及其施工方法，钻具系统由主动钻杆、多个双壁单动钻杆、转换接头、螺杆泵、过滤短节、钻头组成，所述主动钻杆的一端与多个双壁单动钻杆的一端连接，多个双壁单动钻杆依次连接，多个双壁单动钻杆的另一端与转换接头的一端连接，所述转换接头的另一端与螺杆泵的一端连接，所述螺杆泵的另一端与过滤短节的一端连接，所述过滤短节的另一端与钻头的一端连接；由此，本发明专利技术能够抽排定向钻孔孔内积水，也可抽排常规下斜钻孔孔内积水，对孔壁扰动小，钻具使用寿命长，性能稳定，可保障钻孔内瓦斯的顺利抽采。

Drilling system and construction method of screw pump for water accumulation in borehole of coal mine

【技术实现步骤摘要】
煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统及其施工方法
本专利技术涉及钻探机具的
，尤其涉及一种煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统及其施工方法。
技术介绍
瓦斯气体是煤矿开采过程中的重要致灾隐患，目前一般采用钻孔进行采前预抽，达到安全标准后，才可进行掘进和回采工作。煤矿井下部分钻孔由于煤层走势的原因，设计成下斜钻孔、或者部分孔段轨迹下凹的定向钻孔，钻孔施工完成后，部分孔段积水，严重影响钻孔抽采瓦斯的效果和抽采达标时间，因此，煤矿井下钻孔孔内积水一直是迫切需要解决的问题。目前煤矿井下下斜钻孔排水多采用压风排水技术，以井下压缩空气为动力，通过耐高压胶管让压缩空气进入钻孔内使孔内气压升高，并与孔内的水渣混合物进行动量和能量交换，以提高水和煤渣的动能，根据下行钻孔内积水量确定压缩空气的压力和风量，直至孔内气压大于孔外大气压力，在压缩空气的动力作用下，将孔内积水和煤渣压入排水管内，经水管排到钻孔外。这种排水技术需要向孔内下入细长的排水管，多用于常规下斜钻孔，对于定向长钻孔，很难将排水管下到孔底积水段，而且由于井下风压和风量的限制无法实现深孔排水，对于松软煤层，压风排还会对孔壁造成扰动，导致孔壁坍塌，影响瓦斯抽采效果。有学者提出采用抽油泵的原理，将螺杆泵下入到孔底，通过驱动装置驱动螺杆泵抽水，但由于瓦斯抽采钻孔与油井完井方式不同，油井采用钢套管完井，螺杆泵外壳通过特殊的锚定装置固定于钢套管内壁，然后驱动装置驱动螺杆泵转子即可实现抽油，而瓦斯抽采钻孔多采用裸眼完井，钻孔易出现“大肚子”、坍塌，并且煤层孔壁较软，螺杆泵外壳很难通过锚定装置固定在钻孔孔壁上。为此，本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统及其施工方法，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统及其施工方法，能够抽排定向钻孔孔内积水，也可抽排常规下斜钻孔孔内积水，对孔壁扰动小，钻具使用寿命长，性能稳定，可保障钻孔内瓦斯的顺利抽采。为实现上述目的，本专利技术公开了一种煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统，由主动钻杆、多个双壁单动钻杆、转换接头、螺杆泵、过滤短节、钻头组成，其特征在于：所述主动钻杆的一端与多个双壁单动钻杆的一端连接，多个双壁单动钻杆依次连接，多个双壁单动钻杆的另一端与转换接头的一端连接，所述转换接头的另一端与螺杆泵的一端连接，所述螺杆泵的另一端与过滤短节的一端连接，所述过滤短节的另一端与钻头的一端连接。其中：所述主动钻杆由钻杆管体、第一万向轴、钻杆接头、第一母插接头、第一密封套、排水接头和第一芯管组成，所述钻杆管体、第一万向轴、第一芯管、第一母插接头和第一密封套依次连接组成可旋转部分，所述钻杆管体的前端连接至第一万向轴的一端，所述第一万向轴的另一端连接至第一芯管的后端以将动力实现转动，所述第一芯管、第一母插接头和第一密封套设置于钻杆接头内，且所述排水接头垂直设置于钻杆接头的外壁且贯通其内，所述第一芯管的外壁设有多个贯通的第一过水孔，所述主动钻杆的可旋转部分与钻杆接头之间设有第一滚动轴承和第二滚动轴承以实现相对旋转。其中：所述第一滚动轴承的外轴承圈前端抵靠于钻杆接头的内壁凸台，内轴承圈后端抵靠于第一芯管的外壁凸台，所述第二滚动轴承的外轴承圈后端抵靠于钻杆接头的另一内壁凸台，内轴承圈的两端分别抵靠于第一芯管的前端壁和第一母插接头的一外壁凸台之间从而实现轴向限位。其中：所述双壁单动钻杆由第一外管、第一公插接头、第二芯管、第二密封套、第二母插接头和第二密封圈组成，由第一公插接头、第二芯管、第二密封套和第二母插接头依次连接组成可旋转部分，第一外管与所述双壁单动钻杆的可旋转部分之间设有第三滚动轴承和第四滚动轴承以实现第一外管的固定以及可旋转部分的旋转。其中：所述第三滚动轴承的外轴承圈前端抵靠于第一外管的内壁凸台，内轴承圈后端抵靠于第一公插接头的外壁凸台，所述第四滚动轴承的外轴承圈后端抵靠于第一外管的另一内壁凸台，内轴承圈的前端抵靠于第二母插接头的一外壁凸台从而实现轴向限位。其中：所述转换接头由第二外管、第二公插接头、第三芯管和第三密封圈组成，所述第二外管是外部固定部分，第二公插接头与第三芯管通连接组成可旋转部分，第二外管和可旋转部分之间设有第五轴承，所述芯管的前端封闭且管壁上分布有若干个第二过水孔，所述第三芯管的前端设有连接柱。其中：所述第五轴承的外轴承圈前端抵靠于第二外管的内壁凸台，内轴承圈后端抵靠于第二公插接头的外壁凸台从而实现轴向限位。其中：所述螺杆泵由第二万向轴、第三外管、橡胶定子和转子组成，所述第二万向轴的前端固定至转子的后端，所述橡胶定子固定至第三外管的内壁，所述转子设置于橡胶定子内以组成螺杆副，所述橡胶定子和转子的旋向是左旋。其中：所述过滤短节由带孔外管、过滤芯管、支撑环和孔用挡圈组成，所述过滤芯管的两端分别通过支撑环、孔用挡圈与带孔外管之间实现固定。还公开了一种煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统的施工方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，依次连接下入钻头、过滤短节、螺杆泵、转换接头和若干根双壁单动钻杆至已知的积水孔段深度；步骤二，加接主动钻杆，使过滤短节完全沉浸于孔内积水段；步骤三：钻机夹持器夹住主动钻杆的钻杆接头，钻机回转器抱紧主动钻杆的钻杆管体，回转器逆时针回转，扭矩传递到螺杆泵的转子，进行抽水并排出；步骤四：当无出水后，卸开主动钻杆，加接或退出双壁单动钻杆至下一处已知的积水孔段深度，重复步骤三；步骤五：当钻孔所有积水孔段的排水工作完成后，退出所有抽水工具。通过上述内容可知，本专利技术的煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统及其施工方法具有如下效果：1、通过调整下入钻杆的数量，可抽排定向钻孔任意孔段的积水，也可抽排常规下斜钻孔孔内积水；2、所有的内部管体螺纹连接均采用反丝螺纹，螺杆泵也是采用左螺旋形式，抽水时动力头逆时针回转，通过内管总成驱动螺杆泵抽水，外管总成螺纹连接会越来越紧，不会松扣，整个系统工作稳定；3、系统内管总成和外管总成都通过特别设置和限位的滚动轴承连接，并通过特别设置的密封套和密封圈进行密封，整体结构运转更为流畅，对钻机动力头扭矩要求低、钻具受力条件好、避免了内外管体的摩擦损耗，可有效延长系统使用寿命；4、没有锚定装置，也无压缩空气对孔壁的冲刷，对钻孔孔壁扰动小。本专利技术的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。附图说明图1显示了本专利技术的煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统的结构示意图。图1A显示了本专利技术的主动钻杆与双壁单动钻杆连接的示意图。图1B显示了本专利技术的双壁单动钻杆互相连接的示意图。图1C显示了本专利技术的双壁单动钻杆与转换接头连接的示意图。图1D显示了本专利技术的转换接头与螺杆泵连接的示意图。图2显示了本专利技术的主动钻杆的结构示意图。...

【技术保护点】
1.一种煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统，由主动钻杆、多个双壁单动钻杆、转换接头、螺杆泵、过滤短节、钻头组成，其特征在于：/n所述主动钻杆的一端与多个双壁单动钻杆的一端连接，多个双壁单动钻杆依次连接，多个双壁单动钻杆的另一端与转换接头的一端连接，所述转换接头的另一端与螺杆泵的一端连接，所述螺杆泵的另一端与过滤短节的一端连接，所述过滤短节的另一端与钻头的一端连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统，由主动钻杆、多个双壁单动钻杆、转换接头、螺杆泵、过滤短节、钻头组成，其特征在于：
所述主动钻杆的一端与多个双壁单动钻杆的一端连接，多个双壁单动钻杆依次连接，多个双壁单动钻杆的另一端与转换接头的一端连接，所述转换接头的另一端与螺杆泵的一端连接，所述螺杆泵的另一端与过滤短节的一端连接，所述过滤短节的另一端与钻头的一端连接。


2.如权利要求1所述的煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统，其特征在于：所述主动钻杆由钻杆管体、第一万向轴、钻杆接头、第一母插接头、第一密封套、排水接头和第一芯管组成，所述钻杆管体、第一万向轴、第一芯管、第一母插接头和第一密封套依次连接组成可旋转部分，所述钻杆管体的前端连接至第一万向轴的一端，所述第一万向轴的另一端连接至第一芯管的后端以将动力实现转动，所述第一芯管、第一母插接头和第一密封套设置于钻杆接头内，且所述排水接头垂直设置于钻杆接头的外壁且贯通其内，所述第一芯管的外壁设有多个贯通的第一过水孔，所述主动钻杆的可旋转部分与钻杆接头之间设有第一滚动轴承和第二滚动轴承以实现相对旋转。


3.如权利要求2所述的煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统，其特征在于：所述第一滚动轴承的外轴承圈前端抵靠于钻杆接头的内壁凸台，内轴承圈后端抵靠于第一芯管的外壁凸台，所述第二滚动轴承的外轴承圈后端抵靠于钻杆接头的另一内壁凸台，内轴承圈的两端分别抵靠于第一芯管的前端壁和第一母插接头的一外壁凸台之间从而实现轴向限位。


4.如权利要求1所述的煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统，其特征在于：所述双壁单动钻杆由第一外管、第一公插接头、第二芯管、第二密封套、第二母插接头和第二密封圈组成，由第一公插接头、第二芯管、第二密封套和第二母插接头依次连接组成可旋转部分，第一外管与所述双壁单动钻杆的可旋转部分之间设有第三滚动轴承和第四滚动轴承以实现第一外管的固定以及可旋转部分的旋转。


5.如权利要求4所述的煤矿井下钻孔孔内积水抽水螺杆泵钻具系统，其特征在于：所述第三滚动轴承的外轴承圈前端抵靠于第一外管的内壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：王四一，李泉新，董萌萌，赵江鹏，刘建林，路前海，牟培英，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61