大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置制造方法及图纸

一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，属于地面钻井抢险技术领域，主要由地面设备系统和井下钻具系统两部分组成，地面设备系统包括空气压缩机、稳压罐、钻机、真空泵、水泵和地面管汇；井下钻具系统包括双壁钻杆、反循环潜孔锤、钻头、套管和管靴。安装在钻机导轨上的动力头上部装有气水龙头，气水龙头与进气胶管和排渣管连接；动力头下端与双壁钻杆连接，双壁钻杆下端连接的反循环潜孔锤和钻头与套管和管靴同轴分布。本发明专利技术可实现高效碎岩，钻进中同步下套管有效保护孔壁，并采用反循环方法输送岩心和岩屑，能够有效减小孔口粉尘污染，解决复杂地层大直径钻孔施工中遇到的成孔难、施工效率低、成本高、钻孔质量难以保证等问题。

【技术实现步骤摘要】
大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置
本专利技术涉及一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，属于地面钻井抢险

技术介绍
近年来，随着矿山开采不断向纵深发展，安全生产事故发生的趋势尽管有所减弱，但老窑透水、底板突水、顶板冒落等仍是矿山生产的主要灾害。当事故灾害发生后，当井下无法实施救援时，实施地面大直径钻孔救援是救助地下被困人员最有效的手段，因此大直径钻孔救援在矿山应急救援中占据着举足轻重的位置。地面快速钻井可为矿山抢险救援打开一条“生命通道”，尤其是智利矿难和我国平邑矿难的完美救援，证明了该技术的可行性和必要性。目前大直径钻孔快速施工技术主要是潜孔锤正循环钻进技术和潜孔锤反循环钻进技术。前者需要风量大，需投入多台空压机，设备配套难度大，施工成本高；后者对地层要求较高，复杂地层施工时可能发生塌孔、埋钻等事故。因此，研发一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，对于矿山应急抢险和紧急救援具有重要意义和应用前景。CN107503680A公开了一种地面大直径快速成孔钻井设备及其方法，设置了同心布置的外套管和内套管，并在孔口利用法兰进行固定，利用钻杆和内套管之间的环状间隙作为岩屑反排通道，并在钻杆顶部设有孔口密封装置。CN110029938A公开了一种气体反循环钻井方法，一路气体通过双壁钻杆环状间隙、流道转换装置、钻头进入井底环隙；另一路气体通过放喷倒流装置进入井底环隙，两路气体在孔底汇合后经流道转换装置、双壁钻杆中心通道和顶驱适配器返回沉砂池。
技术实现思路
本专利技术目的是为解决矿山抢险救援钻井技术中存在的问题，提出一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，用以解决复杂地层大直径钻孔施工中遇到的成孔难、施工效率低、成本高、钻孔质量难以保证等问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，包括地面设备系统和井下钻具系统；所述地面设备系统包括空气压缩机、稳压罐、钻机、真空泵、水泵和地面管汇系统；所述井下钻具系统包括双壁钻、反循环潜孔锤、钻头、套管和管靴；所述地面管汇包括进气胶管、排渣管、注水阀和注水管；安装在钻机导轨上的动力头为双通道结构，上端装有气水龙头，气水龙头与地面管汇系统连通；所述动力头下端依次与双壁钻杆、反循环潜孔锤和钻头连接，反循环潜孔锤和钻头与套管和管靴同轴分布，钻头通过台阶面与管靴连接，管靴上端利用螺纹与套管连接；空气压缩机与稳压罐连接后通过进气胶管与气水龙头的进气口连通；气水龙头上端的鹅颈弯管与排渣管连接，所述排渣管与真空泵连接并最终与储渣池连通，水泵通过注水管和注水阀与排渣管连通。进一步地，所述反循环潜孔锤的外缸通过螺纹与花键套连接，并带动钻头回转，所述钻头为中空结构，底喷孔和内喷孔构成反循环形成机构；扩压槽和排渣孔依次与潜孔锤心管、双壁钻杆内管、动力头、气水龙头、鹅颈弯管和排渣管连通，构成反循环排渣通道。进一步地，排渣管与真空泵连接，并通过注水阀和注水管与水泵连接，排渣管的末端与储渣池连通。通过以上技术方案，本专利技术具有以下有益效果：本装置将反循环潜孔锤碎岩钻进与跟管钻进技术相结合，空气压缩机将压缩空气经进气胶管、气水龙头和双通道钻杆送入反循环潜孔锤，驱动潜孔锤活塞往复撞击钻头传递冲击功。一部分冲击功通过钻头台阶传递给管靴，并带动套管下行实现跟管钻进，另一部分冲击功用于破碎孔底岩石，破碎后的岩屑通过钻头排渣孔进入双壁钻杆中心通道上行，并最终进入储渣池。地表利用真空泵辅助反循环排渣，并用水泵进行除尘，能有效减小孔口粉尘污染，提高复杂地层大直径钻孔的施工效率，进一步提高矿山抢险救援效率。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术反循环跟管钻进的施工原理图。图中：1-空气压缩机；2-稳压罐；3进气胶管；4-气水龙头；5-鹅颈弯管；6-动力头；7-钻机；8-双壁钻杆；9-反循环潜孔锤；91-活塞；92-外缸；93-心管；94-花键套；10-钻头；101-扩压槽；102-底喷孔；103-内喷孔；104-排渣孔；11-套管；12-管靴；13-排渣管；14-真空泵；15-注水阀；16-注水管；17-水泵；18-储渣池具体实施方式如图1和图2所示，大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，包括地面设备系统和井下钻具系统；所述地面设备系统包括空气压缩机1、稳压罐2、钻机7、真空泵14、水泵17和地面管汇系统；所述井下钻具系统包括双壁钻杆8、反循环潜孔锤9、钻头10、套管11和管靴12；所述地面管汇包括进气胶管3、排渣管13、注水阀15和注水管16；双通道结构的动力头6安装在钻机7的导轨上，在为钻进施工提供气体循环通道和排渣通道的同时，也为井下钻具提供扭矩和提升力；动力头6上端装有气水龙头4，气水龙头4与地面管汇系统连通；所述动力头6下端依次与双壁钻杆8、反循环潜孔锤9和钻头10连接，反循环潜孔锤9和钻头10与套管11和管靴12同轴分布，钻头10通过台阶面与管靴12连接，管靴12上端利用螺纹与套管11连接；双壁钻杆的外管和内管为同轴结构，外管和内管之间的环状间隙为气体流动通道，内管内部的中心通道为排渣通道；空气压缩机与稳压管2连接后，将压缩空气通过进气胶管3送入气水龙头4的进气口，压缩空气沿动力头6和双壁钻杆8环状间隙下行，驱动反循环潜孔锤9做功后的送入孔底，组成为进气通道；压缩空气经钻头底喷孔102和内喷孔103喷出，形成气体射流，在钻头底部扩压槽101形成局部负压区，并卷吸岩屑进入钻头的排渣孔104，岩屑经潜孔锤心管93、双壁钻杆8中心通道、动力头6、气水龙头4、鹅颈弯管5上返至地表，构成反循环排渣通道；所述真空泵14与排渣管连接，提供抽吸力以提高反循环排渣效果，水泵17将清水通过注水管16和注水阀15注入到排渣管中，用于地表除尘，获取的岩屑最终流入储渣池18中存储。本实施例中，空气压缩机1将压缩空气送入稳压管，在经由注气胶管注入到气水龙头4进气管，沿动力头6和双壁钻杆8环状间隙下行，并送入反循环潜孔锤9驱动活塞91往复撞击钻头2传递能量。产生的一部分冲击功经钻头10传递给孔底岩石，与此同时，钻机7将扭矩通过双壁钻杆8、潜孔锤外缸92和花键套94传递给钻头，实现冲击回转的动载碎岩；另一部分冲击功经钻头10的台阶面传递给管靴11，并带动套管12下行，进而实现边钻进边下套管护壁。在具体使用时，驱动潜孔锤做功的废气进入到钻头10，并经低喷孔102和内喷孔103形成高速气体射流，在钻头扩压槽101形成局部负压区，卷吸破碎后的岩屑进入钻头排渣孔104，并沿潜孔锤心管93上行，经双壁钻杆8中心通道、动力头6和气水龙头4上端的鹅颈外管5进入排渣管13，并排渣管路中增加真空泵14，实现第二级抽吸引射，确保反循环形成的稳定性；通过注水阀15调节水泵17进水的流速，在排渣管内形成液固两相流并最终流入储渣池，减小地表的粉尘污染。施工装置中空气的流动和反循环原理，对应于图2中所示的箭头，表示空气的流动方向，岩屑的反循环输运则是由孔底钻头2和地表真空泵14共同作用而实现的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，其特征在于：包括地面设备系统和井下钻具系统；所述地面设备系统包括空气压缩机(1)、稳压罐(2)、钻机(7)、真空泵(14)、水泵(17)和地面管汇系统；所述井下钻具系统包括双壁钻杆(8)、反循环潜孔锤(9)、钻头(10)、套管(11)和管靴(12)；所述地面管汇包括进气胶管(3)、排渣管(13)、注水阀(15)和注水管(16)；安装在钻机(7)导轨上的动力头(6)为双通道结构，上端装有气水龙头(4)，气水龙头(4)与地面管汇系统连通；所述动力头(6)下端依次与双壁钻杆(8)、反循环潜孔锤(9)和钻头(10)连接，反循环潜孔锤(9)和钻头(10)与套管(11)和管靴(12)同轴分布，钻头(10)通过台阶面与管靴(12)连接，管靴(12)上端利用螺纹与套管(11)连接；空气压缩机(1)与稳压罐(2)连接后通过进气胶管(3)与气水龙头(4)的进气口连通；气水龙头(4)上端的鹅颈弯管(5)与排渣管(13)连接，所述排渣管(13)与真空泵(14)连接并最终与储渣池(18)连通，水泵(17)通过注水管(16)和注水阀(15)与排渣管(13)连通。/n

【技术特征摘要】
1.大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，其特征在于：包括地面设备系统和井下钻具系统；所述地面设备系统包括空气压缩机(1)、稳压罐(2)、钻机(7)、真空泵(14)、水泵(17)和地面管汇系统；所述井下钻具系统包括双壁钻杆(8)、反循环潜孔锤(9)、钻头(10)、套管(11)和管靴(12)；所述地面管汇包括进气胶管(3)、排渣管(13)、注水阀(15)和注水管(16)；安装在钻机(7)导轨上的动力头(6)为双通道结构，上端装有气水龙头(4)，气水龙头(4)与地面管汇系统连通；所述动力头(6)下端依次与双壁钻杆(8)、反循环潜孔锤(9)和钻头(10)连接，反循环潜孔锤(9)和钻头(10)与套管(11)和管靴(12)同轴分布，钻头(10)通过台阶面与管靴(12)连接，管靴(12)上端利用螺纹与套管(11)连接；空气压缩机(1)与稳压罐(2)连接后通过进气胶管(3)与气水龙头(4)的进气口连通；气水龙头(4)上端的鹅颈弯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝义，杨达，博坤，曹品鲁，郑治川，殷其雷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22