对大直径扩孔钻头结构的几点认识

大直径矿井采用钻井法施工时,通常采用分级扩孔的施工方法。大直径扩孔钻头设计的合理与否是影响钻井效率的主要因素。结合工程实践,对扩孔钻头总成及破岩刀具、刀盘形式、吸渣口和溢流孔的布置等进行了分析和总结,提出了设计和使用原则。     

煤矿井下顶板高位大直径定向钻孔双级双速扩孔钻头研究北大核心

双级双速扩孔工艺技术可以实现煤矿井下顶板高位大直径定向钻孔的一次高效扩孔,克服常规正向多级扩孔技术方法提下钻工作量大、辅助钻进时间长和钻具安全性较差等局限性。扩孔钻头是实施多动力双级双速扩孔技术的关键工具,为进一步提高双级双速扩孔的碎岩效率,对双级双速扩孔钻头的冠部剖面形状、切削齿直径和切削齿结构参数进行优化设计;在此基础上建立了双级双速扩孔钻头和对应地层三维模型、有限元模型,采用动态分析软件模拟研究3种不同钻头直径的碎岩效果;优选一级钻头ф165~ф152 mm、二级钻头ф165 mm的钻头直径配比,利用新设计的双级双速扩孔钻头进行现场试验,完成2个120 mm钻孔一次钻扩至200 mm实钻施工,累积扩孔进尺474 m,扩孔综合钻效为5.6 m/h,最高钻速可以达到7 m/h。结果表明:双级双速一级钻头能够有效减少二级钻头的碎岩难度,延长钻头寿命,满足双级双速工艺要求,大大提高顶板高位大直径综合钻进施工效率。     

莱深1井φ311．15mm钻头选型分析

莱深1井是胜利油田的一口重点区域探井。该井φ311．15mm三开井段长2570多米，此井段机械钻速的高低对全井钻井周期的影响至关重要。重点分析了φ311．15mm井段钻头的使用情况。     

基于急倾斜煤层钻孔的大直径扩孔钻头研究

针对急倾斜煤层大直径钻孔采用大型机械施工造价昂贵、效率低下,采用普通钻机施工需多次更换钻头进行反复扩孔的问题,自主研制了一种"刮刀扩孔钻头"和"截齿扩孔钻头",能够充分利用煤层松软易碎的特点快速钻进形成大直径钻孔,提高了钻进效率,降低了工人劳动强度。     

煤矿井下定向长钻孔用新型PDC扩孔钻头的研制及应用

针对煤矿井下长钻孔扩孔钻进时,普通PDC扩孔钻头存在钻进效率低,钻头寿命短,可靠性低等问题,结合煤矿井下近水平定向长钻孔扩孔施工的工艺特点,改进扩孔钻头和导向器的结构,研制了一种新型结构组合式PDC扩孔钻头,并进行了现场试验。试验结果证明,新型组合式扩孔钻头具有钻进效率高、寿命长、保直效果好等优点,试验单只钻头累计进尺达2 364 m,满足了煤矿井下近水平定向长钻孔扩孔施工的需求。     

反井钻机大直径扩孔钻头研制与应用

根据我国煤炭工业矿井建设的需要,北京中煤矿山工程有限公司相继研制了BMC400与BMC600型大直径煤矿立井反井钻机及其配套装备。介绍了大直径阶梯式扩孔钻头的结构设计和滚刀布置原则,分析了扩孔钻头受力与平衡问题。通过在王台铺1号辅助回风立井等工程中的应用,进一步验证了扩孔钻头滚刀布置的合理性与稳定性。     

煤矿井下煤层大直径钻孔技术与装备

基于煤矿井下煤层大直径钻孔特点,开发了"先施工先导孔、再扩孔"的大直径钻孔施工工艺技术,以及配套的ZDY12000LD大功率钻机、φ400/127 mm大直径螺旋钻杆和φ450/153mm、φ650/450 mm大直径扩孔钻头等关键装备,有效保证了大直径钻孔的成孔质量。通过现场试验完成了孔径φ650 mm、最大孔深75 m大直径钻孔。     

牙轮钻头直径的计算

采用求极值来计算才轮钻头的直径，给出了牙轮钻头直径的计算公式，并分别对有移轴及无移轴牙轮钻头直径的计算进行了分析。     

矿用大直径钻孔连杆式回拉扩孔钻头研发及应用

针对大直径钻孔成孔存在需多次提钻、钻孔轨迹难以控制、施工效率低的问题,设计了一种可开闭的φ300/153 mm连杆式回拉扩孔钻头,通过调节泥浆泵流量使刀翼在正常钻进过程中处于闭合状态,至目的地层张开实现提钻作业与回扩作业同时进行。详细介绍了连杆式回拉扩孔钻头结构及原理,分析了回拉扩孔钻头开闭机构的力学特性,得到了刀翼所受力矩与切削刀翼张角、曲柄长度、连杆长度和偏心距等因素有关;确定了偏心距及活塞行程,通过理论分析方法得到了使钻头开闭机构具有最佳传力性能的连杆及曲柄尺寸组合以及刀翼所受的推动力矩变化规律;基于自由水射流模型,提出了水流对活塞的推力计算方法,得到了泥浆泵达到最大流量时水流对活塞的推力,并给出了影响切削刀翼张开和复位的关键部件复位弹簧的设计计算。研制的钻头在煤矿井下进行了试验,现场结果表明:φ300/153 mm连杆式回拉扩孔钻头能够实现正常钻进保持φ153 mm钻孔钻进,回拉扩孔时实现φ300 mm钻孔回扩;钻进过程中切削刀翼开闭灵活,钻头钻进稳定、可靠性高,验证了连杆式回拉扩孔钻头结构设计及适用于普通非联络巷大直径钻孔成孔施工工艺的可行性。     

自动变径大直径钻孔抽放煤层瓦斯试验

根据钻孔塑性区力学特性，应用常规钻机和自动变径扩孔钻具在突出煤层打大直径钻孔，解决了突出煤层打大直径钻孔可能诱导煤与瓦斯突出问题，对抽放效果进行了对比考察。试验结果表明，大直径钻孔有效排放半径是普通钻孔的1．84倍，提高瓦斯抽放量1．58倍。     

淮北煤矿大口径排水孔施工技术

着重论述了淮北煤矿大口径排水钻孔的施工方法及成井工艺。采用满眼钻具防斜，确定上、中、下扶正器安装的最佳位置，利用喷射钻进提高钻进效率，利用管底逆止阀浮力塞解决下管及注浆的难题。     

KHm-PHP泥浆在煤矿大口径钻孔施工中的应用

KHm—PHP泥浆是一种较好的钻井冲洗液,不但在小口径钻进中得到推广应用,也在大口径煤矿排水孔（瓦斯排放孔）中得到应用。它对稳定井壁,抑制黏土水化膨胀,防止井壁坍塌、掉块、缩径、漏失等有良好效果,能使钻探效率显著提高,对孔内安全和提高钻探质量也有一定的促进作用。该泥浆配制简单,成本低廉,使用方便,在煤田勘探和大口径钻进施工中具有推广应用价值。     

煤矿大口径钻井环空固液两相流模拟研究

通过Fluent软件对大口径钻井环空泥浆、岩屑两相流动特性进行模拟研究,结果显示环空内液固两相流动特征在径向上呈对称分布,岩屑的体积分数在轴向上有增减变化,与环空压降和泥浆流速正相关。     

卵砾石地层钻探用大直径加强型金刚石钻头的研制

采用不同于常规金刚石钻头的设计理念,选用高强度金刚石及耐磨金刚石聚晶体,对普通金刚石钻头胎体配方进行了改进,对常规金刚石钻头的烧结工艺参数作了适当的调整,试制出大直径加强型金刚石钻头。该钻头在耐磨性、抗冲击韧性及保径等方面较常规金刚石钻头显现出较大优势。在不改变常规钻进参数的情况下,较好地解决了卵砾石、破碎地层钻头寿命短、钻进速度慢、钻头易过早损坏等问题,可供类似的地层钻探施工选用。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

羊场湾煤矿大孔径定向输料钻孔施工实践

随着钻探技术的快速发展,其应用范围也有了很大的扩展,文中介绍了羊场湾煤矿大孔径定向输料钻孔的井身结构、钻进方法、设备选择,并对施工中遇到的泥浆净化、孔内漏失、停复工处理、套管下设、插入式固井等技术难点进行了分析,针对这些难点采取的应对措施及实际效果,文中也进行了详细阐述。     

大口径煤矿应用井施工技术难点及应对措施

结合山东省龙固矿井煤矿应用井施工工程实际,阐述了在巨厚表土层中,无表层套管施工的优点及施工难度,并提出了应对措施:通过塔式钻具防斜、陀螺仪测斜、螺杆钻纠斜、优质泥浆护壁、浮力器平衡套管重力、气动扳手减轻工人劳动强度等措施,提前完成了2口井的施工。同时,由于无表层套管,大大降低了施工成本,节约了施工时间。     

煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进的效率,在分析硬岩定向钻进PDC钻头的结构要求的基础上,选择了3种不同类型的PDC钻头进行煤矿井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,平底型PDC钻头不适用于定向钻进硬岩,而三翼抛物线型钻头和四翼平角型钻头在定向钻进硬岩时,表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层,大大提高了煤矿井下定向钻进硬岩地层的效率。