CN102261225A - 一种多功能防突钻杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能防突钻杆,包括中空的圆柱状杆体,杆体两端分别设有凸连接头和凹连接头,所述杆体上轴向设有至少一组凸棱结构,所述每组凸棱结构均由轴向设在杆体表面的线段状的凸棱条构成,所述每组凸棱结构中的凸棱条至少设有两道。本发明结构简单、易于加工制造,可以彻底解决堵孔、顶钻、喷孔、抱死钻杆、钻孔内钻渣沉积等问题,保持排渣通道畅通,降低钻进功率,提高钻孔深度和成孔质量,具有极强的实用性,易于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯综合治理技术领域,特别涉及针对煤层松软地应力大,瓦斯涌出量大,钻进困难的抽放钻孔施工的一种多功能防突钻杆。
背景技术
目前,针对煤层松软地应力大,瓦斯涌出量大,钻进困难的抽放钻孔施工主要采用光杆、三梭钻杆、肋骨钻杆(焊附螺施钢带)等种类钻杆钻进,依靠风力或水力排渣(这种钻进方式钻头比钻杆直径大,在高压风流或水流作用下,钻渣从钻杆与孔壁之间的空隙间排出),正常情况下(岩层或较硬煤层)可以满足钻进速度快、成孔深度等指标要求,成孔质量较好。但是在极软煤层和高地应力、高瓦斯涌出条件下,迅速瓦斯涌出和地应力作用,将钻杆抱死或堵塞排渣通道,造成堵塞处至孔底之间瓦斯大量积聚,形成较大压力造成顶钻、喷孔等事故。此时,如钻机继续旋转给力,当此动力大于钻杆的抗扭力矩时,便会发生断杆丢钻杆事故,使钻进难以进行,此种情况,钻孔施工到数米时,就有可能发生,甚至无法实施钻进。这种问题截止目前仍是煤矿治理瓦斯钻孔施工的一道世界性难题,众多科研人员、专家学者以及现场人员进行了大量反复的研究,在此方面,有个别改进,但仍未有效彻底解决该问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处,提供了一种彻底解决堵孔、顶钻、喷孔、抱死钻杆、钻孔内钻渣沉积等问题,保持排渣通道畅通,降低钻进功率,提高钻孔深度和成孔质量的多功能防突钻杆。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种多功能防突钻杆,包括中空的圆柱状杆体,杆体两端分别设有凸连接头和凹连接头,所述杆体上轴向设有至少一组凸棱结构,所述每组凸棱结构均由轴向设在杆体表面的线段状的凸棱条构成,所述每组凸棱结构中的凸棱条至少设有两道。
所述凸棱条通过等离子熔覆技术设置在杆体上,每组凸棱条沿杆体圆周均匀设置三道;相邻两组凸棱结构的凸棱条具有一截轴向交叉段,相邻两组凸棱结构的凸棱条轴向均匀交叉分布。
所述凸棱条的横截面的外边缘由圆弧线段和直线段构成。
所述直线段向内延伸通过杆体的中心。
采用上述技术方案,由于在杆体上设置了多组凸棱结构,每组凸棱结构由至少两道不连续并相邻交叉的凸棱条构成,凸棱条沿钻杆轴向设置,易于加工制造;每组凸棱结构设置两道凸棱时,对称设置,这样可以具备良好的旋转性能;在钻进过程中,凸棱条不间断地对钻渣进行搅拌和破碎,使其在排渣过程中始终处于悬浮状态,减少钻渣沉积和堵塞。凸棱条通过等离子熔覆技术设置在杆体上,而且凸棱条采用特殊合金材料和特殊的形状,使本发明的使用寿命可以提高三倍以上。凸棱条的横截面的外边缘的直线段向内延伸通过杆体的中心,这样直线段的长度最大,而且直线段与圆弧线段之间形成尖角,旋挖、搅拌效果最佳。本发明首次提出并采用了自旋挖功能,这种功能最大限度杜绝了缩孔的抱钻、堵塞排渣通道等事故,避免了喷孔、扭断钻杆等诱发事故,可有效提高钻孔深度30%-50%(相同条件下)。本发明结构简单、易于加工制造,可以彻底解决堵孔、顶钻、喷孔、抱死钻杆、钻孔内钻渣沉积等问题,保持排渣通道畅通,降低钻进功率,提高钻孔深度和成孔质量,具有极强的实用性,易于推广应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是图1的左视放大图。
具体实施方式
如图1和图2所示,本发明的一种多功能防突钻杆,包括中空的圆柱状杆体1,杆体1两端分别设有凸连接头2和凹连接头3,杆体1上轴向设有至少一组凸棱结构,所述每组凸棱结构均由轴向设在杆体1表面的线段状的凸棱条4构成,所述每组凸棱结构中的凸棱条4沿杆体圆周均匀设置三道。凸棱条4通过等离子熔覆技术设置在杆体1上,相邻两组凸棱结构的凸棱条4具有一截轴向交叉段,其中一道凸棱条4与相邻交叉的两道凸棱条4垂直距离相等。凸棱条4的横截面的外边缘由圆弧线段5和直线段6构成,该直线段6向内延伸通过杆体1的中心。
本发明在普通圆光杆体1上,沿圆周均分六等分,然后采用等离子熔覆技术对杆体1沿轴向进行熔覆凸棱条4,每条长度150-200mm,凸棱条4宽10-15mm,高度5mm。然后在凸棱条4的旋转方向一侧,采用特制刀具在龙门铣床上进行铣削加工,使每道凸棱条4的加工面成垂直立面,即凸棱条4横截面的外边缘形成圆弧线段5和直线段6,直线段6向内延伸最好通过杆体1的中心,使整个钻杆的断面形成锯片状结构(如图2所示),这样,该钻杆便具有旋挖、搅拌和连续排渣通道功能,由于在杆体1轴向进行熔覆凸棱条4加强,使杆体1在径向挠性变形减少,对整个钻杆保直功能有明显加强。
本发明的工作原理为:①在高地应力和软煤层钻孔条件下,当在高地应力和高瓦斯涌出的作用下发生缩孔、抱杆、堵塞排渣通道时,该钻杆在钻机动力作用下,沿旋转方向对突出变形的孔壁实施旋控,高压风通过杆体1中空吹向钻头处,将旋挖出的钻渣通过钻杆外壁排出钻孔外,此功能为旋挖功能。②随着钻孔深度增加,由于风力减弱或大颗粒的钻渣,有可能沉积在孔内某处,当达到一定值,该钻杆便对其进行挖掘和搅拌粉碎,以便在风力作用下将钻渣顺利排出,此功能为搅拌粉碎功能。③因对钻杆进行轴向熔覆凸棱条4加强,在深孔钻进时,钻杆变形小,不易发生偏斜,此功能为保直功能。由于本发明采用等离子熔覆技术,在杆体上设置凸棱条4,凸棱条4的形成为镍基合金粉末经高温等离子弧在杆体1上形成熔池,最后以冶金结合的方式形成凸棱条4,由于镍合金具有较强的硬度和抗冲击性能,故本发明具有抗磨损功能,使用寿命长,是普通产品的三倍以上。
Claims (4)
1.一种多功能防突钻杆,包括中空的圆柱状杆体,杆体两端分别设有凸连接头和凹连接头,其特征在于:所述杆体上轴向设有至少一组凸棱结构,所述每组凸棱结构均由轴向设在杆体表面的线段状的凸棱条构成,所述每组凸棱结构中的凸棱条至少设有两道。
2.根据权利要求1所述的一种多功能防突钻杆,其特征在于:所述凸棱条通过等离子熔覆技术设置在杆体上,每组凸棱条沿杆体圆周均匀设置三道;相邻两组凸棱结构的凸棱条具有一截轴向交叉段,相邻两组凸棱结构的凸棱条轴向均匀交叉分布。
3.根据权利要求1或2所述的一种多功能防突钻杆,其特征在于:所述凸棱条的横截面的外边缘由圆弧线段和直线段构成。
4.根据权利要求3所述的一种多功能防突钻杆,其特征在于:所述直线段向内延伸通过杆体的中心。
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