[發(fā)明專利]鉆井法鑿井垂直鉆進(jìn)鉆具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410408948.0
• 申請(qǐng)日: 2014-08-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104196449A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁明;欒振輝;曹化春;劉林林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤礦山建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): E21B7/04
• 分類號(hào): E21B7/04;E21B19/086;E21B10/26;E21D1/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 祁獻(xiàn)民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鉆井機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鉆井鉆具，具體地說(shuō)是一種鉆井法鑿井的垂直鉆進(jìn)鉆具。

背景技術(shù)

目前，礦山豎井鑿井主要有兩種方法，一是鉆井法，另一是冷凍法。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，鉆井法施工的設(shè)備技術(shù)已經(jīng)比較成熟。鉆井法相比冷凍法最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全性好，鉆井法施工機(jī)械化及自動(dòng)化程度高，作業(yè)條件好，勞動(dòng)強(qiáng)度低，工人不下井，屬本質(zhì)安全型。另外鉆井法還具有井壁質(zhì)量高、工程造價(jià)低、節(jié)約資源以及可靠性高等特點(diǎn)。然而，隨著井筒直徑和井筒深度的增加，鉆井法也暴露出一些問(wèn)題，其中最主要問(wèn)題是鉆進(jìn)速度慢，井筒直徑越大，鉆進(jìn)速度越慢，嚴(yán)重影響了礦山建設(shè)的速度。

現(xiàn)在使用的豎井鉆機(jī)主要有兩種，一種是絞車提升固定轉(zhuǎn)盤式豎井鉆機(jī)，另一種是液壓缸提升動(dòng)力頭式豎井鉆機(jī)，其工作方式基本相同，即通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)盤或動(dòng)力頭)驅(qū)動(dòng)鉆桿，帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行破巖，二者均采用壓氣反循環(huán)減壓鉆進(jìn)。圖1所示為液壓缸提升動(dòng)力頭式鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，井架上安裝有提升液壓缸1和動(dòng)力頭2，動(dòng)力頭2通過(guò)鉆桿3帶動(dòng)鉆頭5旋轉(zhuǎn)進(jìn)行破巖，導(dǎo)向器4浮動(dòng)安裝在鉆頭5上方，其作用是防止鉆頭出現(xiàn)大的擺動(dòng)，破碎的巖屑隨泥漿經(jīng)鉆頭中間的吸收口和鉆桿中心孔排出，并經(jīng)出漿管6和出漿槽7排入沉淀池8中，沉淀后的泥漿流回井筒循環(huán)使用，沉淀的巖屑經(jīng)凈化后清除。為了保證鉆井的垂直度，必須采用減壓鉆進(jìn)(取鉆頭在泥漿中重量的30-60％為鉆壓)，即依靠鉆頭的重力進(jìn)行導(dǎo)向。為了在鉆進(jìn)時(shí)保護(hù)井幫穩(wěn)定，需要采用高性能泥漿，泥漿的靜液壓力和泥漿在井幫上形成的泥皮(造壁作用)，對(duì)井幫起到臨時(shí)支護(hù)的作用。鉆機(jī)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)直徑和深度后，通過(guò)精確測(cè)井證明其有效直徑能滿足要求后，將地面預(yù)先制作的井壁下沉并進(jìn)行壁后充填固井，完成作業(yè)。

由于鉆井會(huì)出現(xiàn)偏斜，同樣偏斜度的情況下，隨著井筒深度的增加，井筒的有效直徑會(huì)減小，而為了保證有效的井筒直徑，通常會(huì)加大鉆井直徑，進(jìn)而增加了鉆井工作量，因此，鉆井過(guò)程中，控制井筒的偏斜度非常重要。

研究表明，造成鉆機(jī)鉆進(jìn)速度慢的主要原因有如下幾點(diǎn)。

(1)鉆壓不足。受制于鉆機(jī)的提升能力，鉆頭的重量一般控制在300t以內(nèi)，為確保鉆井的垂直度，必須減壓鉆進(jìn)，因此，造成鉆壓不足，滾刀齒尖不能有效切入巖體達(dá)到體積破碎的目的。

(2)重復(fù)破碎。為了保持鉆進(jìn)的穩(wěn)定性，巖石鉆進(jìn)一般采用平底鉆頭或小于35°井底角的錐形鉆頭，巖屑吸收口一般設(shè)計(jì)在鉆頭中心，由于鉆進(jìn)過(guò)程形成的工作面過(guò)于平緩，破碎的巖屑要向鉆頭中心運(yùn)動(dòng)是十分困難的，巖屑經(jīng)反復(fù)破碎成粉末后才能被泥漿帶走，由此造成巖屑重復(fù)破碎，嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率。

(3)導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)問(wèn)題。鉆機(jī)之所以采用減壓鉆進(jìn)，是因?yàn)榘惭b在鉆頭上方的導(dǎo)向器并不能真正地進(jìn)行導(dǎo)向，導(dǎo)向器的直徑是固定的，且比鉆頭直徑小約100mm，僅能起到防止鉆頭大幅擺動(dòng)的作用，由此導(dǎo)致鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭十分不穩(wěn)定，破巖效率降低。

當(dāng)前，提高大直徑井筒的鉆進(jìn)速度是急需解決的一個(gè)技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鉆井法鑿井的垂直鉆進(jìn)鉆具，在不改變現(xiàn)有鉆機(jī)總體結(jié)構(gòu)的前提下，能夠提高鉆頭的破巖效率，進(jìn)而提高鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種鉆井法鑿井垂直鉆進(jìn)鉆具，其特征在于，包括自主定中導(dǎo)向器、加壓推進(jìn)液壓缸、鉆頭；其中，所述加壓推進(jìn)液壓缸安裝在所述自主定中導(dǎo)向器和所述鉆頭之間。

可選地，所述自主定中導(dǎo)向器包括導(dǎo)向滾柱、導(dǎo)筒、導(dǎo)向架、支撐臂、支撐靴和探測(cè)支撐液壓缸；其中

所述導(dǎo)向架通過(guò)導(dǎo)向滾柱與導(dǎo)筒連接在一起，所述導(dǎo)向滾柱由預(yù)緊固定裝置定位并預(yù)緊；

所述導(dǎo)向架上均布有三個(gè)以上支撐臂，支撐靴的滑桿插入所述導(dǎo)向架上的支撐臂中，所述支撐靴的滑桿內(nèi)安裝有探測(cè)支撐液壓缸；

所述支撐臂通過(guò)拉桿連接在一起。

可選地，所述探測(cè)支撐液壓缸包括探測(cè)液壓缸和支撐液壓缸；其中

所述支撐液壓缸包括：缸體、支撐缸蓋、缸底、支撐活塞、支撐活塞桿；所述支撐缸蓋和缸底分別設(shè)在所述缸體的兩端；所述支撐活塞設(shè)在所述缸體內(nèi)，所述支撐活塞桿與所述支撐活塞相連；所述活塞桿的端部設(shè)有支撐靴；

所述探測(cè)液壓缸包括：缸底、支撐活塞、支撐活塞桿、探測(cè)桿和探測(cè)缸蓋；所述探測(cè)桿安裝在所述支撐活塞桿中間，并且穿過(guò)所述支撐活塞插入所述缸底中；所述支撐活塞桿的中間有一軸向通孔，所述缸底中間有一個(gè)軸向盲孔，所述探測(cè)桿上有探測(cè)活塞一和探測(cè)活塞二分別與上述兩個(gè)孔配合；所述探測(cè)桿的外端有一探測(cè)板。