[發明專利]大直徑潛孔錘反循環跟管鉆進施工裝置

在審

• 申請號: 202010423205.6
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111441723A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 陳寶義;楊達;博坤;曹品魯;鄭治川;殷其雷
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B7/20
• 分類號: E21B7/20;E21B4/14;E21B21/16;E21B21/12;E21B21/07;E21B10/60
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

一種大直徑潛孔錘反循環跟管鉆進施工裝置，屬于地面鉆井搶險技術領域，主要由地面設備系統和井下鉆具系統兩部分組成，地面設備系統包括空氣壓縮機、穩壓罐、鉆機、真空泵、水泵和地面管匯；井下鉆具系統包括雙壁鉆桿、反循環潛孔錘、鉆頭、套管和管靴。安裝在鉆機導軌上的動力頭上部裝有氣水龍頭，氣水龍頭與進氣膠管和排渣管連接；動力頭下端與雙壁鉆桿連接，雙壁鉆桿下端連接的反循環潛孔錘和鉆頭與套管和管靴同軸分布。本發明可實現高效碎巖，鉆進中同步下套管有效保護孔壁，并采用反循環方法輸送巖心和巖屑，能夠有效減小孔口粉塵污染，解決復雜地層大直徑鉆孔施工中遇到的成孔難、施工效率低、成本高、鉆孔質量難以保證等問題。

技術領域

本發明涉及一種大直徑潛孔錘反循環跟管鉆進施工裝置，屬于地面鉆井搶險技術領域。

背景技術

近年來，隨著礦山開采不斷向縱深發展，安全生產事故發生的趨勢盡管有所減弱，但老窯透水、底板突水、頂板冒落等仍是礦山生產的主要災害。當事故災害發生后，當井下無法實施救援時，實施地面大直徑鉆孔救援是救助地下被困人員最有效的手段，因此大直徑鉆孔救援在礦山應急救援中占據著舉足輕重的位置。

地面快速鉆井可為礦山搶險救援打開一條“生命通道”，尤其是智利礦難和我國平邑礦難的完美救援，證明了該技術的可行性和必要性。目前大直徑鉆孔快速施工技術主要是潛孔錘正循環鉆進技術和潛孔錘反循環鉆進技術。前者需要風量大，需投入多臺空壓機，設備配套難度大，施工成本高；后者對地層要求較高，復雜地層施工時可能發生塌孔、埋鉆等事故。因此，研發一種大直徑潛孔錘反循環跟管鉆進施工裝置，對于礦山應急搶險和緊急救援具有重要意義和應用前景。

CN107503680A公開了一種地面大直徑快速成孔鉆井設備及其方法，設置了同心布置的外套管和內套管，并在孔口利用法蘭進行固定，利用鉆桿和內套管之間的環狀間隙作為巖屑反排通道，并在鉆桿頂部設有孔口密封裝置。CN110029938A公開了一種氣體反循環鉆井方法，一路氣體通過雙壁鉆桿環狀間隙、流道轉換裝置、鉆頭進入井底環隙；另一路氣體通過放噴倒流裝置進入井底環隙，兩路氣體在孔底匯合后經流道轉換裝置、雙壁鉆桿中心通道和頂驅適配器返回沉砂池。

發明內容

本發明目的是為解決礦山搶險救援鉆井技術中存在的問題，提出一種大直徑潛孔錘反循環跟管鉆進施工裝置，用以解決復雜地層大直徑鉆孔施工中遇到的成孔難、施工效率低、成本高、鉆孔質量難以保證等問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種大直徑潛孔錘反循環跟管鉆進施工裝置，包括地面設備系統和井下鉆具系統；所述地面設備系統包括空氣壓縮機、穩壓罐、鉆機、真空泵、水泵和地面管匯系統；所述井下鉆具系統包括雙壁鉆、反循環潛孔錘、鉆頭、套管和管靴；所述地面管匯包括進氣膠管、排渣管、注水閥和注水管；安裝在鉆機導軌上的動力頭為雙通道結構，上端裝有氣水龍頭，氣水龍頭與地面管匯系統連通；所述動力頭下端依次與雙壁鉆桿、反循環潛孔錘和鉆頭連接，反循環潛孔錘和鉆頭與套管和管靴同軸分布，鉆頭通過臺階面與管靴連接，管靴上端利用螺紋與套管連接；空氣壓縮機與穩壓罐連接后通過進氣膠管與氣水龍頭的進氣口連通；氣水龍頭上端的鵝頸彎管與排渣管連接，所述排渣管與真空泵連接并最終與儲渣池連通，水泵通過注水管和注水閥與排渣管連通。

進一步地，所述反循環潛孔錘的外缸通過螺紋與花鍵套連接，并帶動鉆頭回轉，所述鉆頭為中空結構，底噴孔和內噴孔構成反循環形成機構；擴壓槽和排渣孔依次與潛孔錘心管、雙壁鉆桿內管、動力頭、氣水龍頭、鵝頸彎管和排渣管連通，構成反循環排渣通道。

進一步地，排渣管與真空泵連接，并通過注水閥和注水管與水泵連接，排渣管的末端與儲渣池連通。

通過以上技術方案，本發明具有以下有益效果：