钻具及钻进工艺新技术介绍

中煤科工集团重庆研究院钻探研究分院
钻具研究所
二、钻头
3、钻头产品介绍
1）硬质合金类钻头
中心钻头： 用于施工f≤5 的煤层或岩层 钻孔。 规格：Ф65、 Ф75
锥形阶梯钻头： 用于f≤3的煤层 或软岩瓦斯抽放 钻孔施工。 规格： Ф85、 Ф115、 Ф125 锥形刮刀钻头： 用于f≤3的煤 层或软岩瓦斯 抽放钻孔施工。 规格：Ф65 Ф75、 Ф94、 Ф113、Ф133 取心钻头：用 于有取心要求 的钻孔施工。 规格： Ф75、 Ф94、Ф113、 Ф133 、Ф153
普通光 钻杆 螺旋叶 片
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一、钻杆
2） 插接式螺旋钻杆
规格：Ф50/80、Ф63/100、 Ф73/110 、 Ф80/120 。 结构特点：接头为六方或四方接头，轴向用高强度螺栓连接 （12.9级）；施工过程中可正反转钻杆，以解决抱钻、跨孔事故。 适用范围：适用于松软突出煤层（f≥0.3）瓦斯抽放孔的钻进工 作，主要与ZYW-R型钻机配合使用。 插接式 接头 螺旋叶片
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一、钻杆
2、螺旋钻杆
普通螺纹连接 型螺旋钻杆 多头凹槽 螺旋钻杆 螺旋 插接式螺 旋钻杆
钻杆
大通径宽叶 片螺旋钻杆
普通宽叶片 螺旋钻杆
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一、钻杆
1）普通螺纹连接式螺旋钻杆
规格：Ф42/70、Ф50/80 适用范围：适用于煤层硬度系数f≥0.5，且地 应力和瓦斯含量不大的硬煤层或孔壁稳定的煤 层中钻进。
密封面 外管 外管 密封面 密封圈
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二、钻头
钻头按其切削刃具的不同，可以分为 硬质合金钻头、金刚石钻头等；按钻头 体的材料不同，可分为钢体式钻头和胎 体式钻头；按结构形式的不同，可分为 内凹式钻头、锥形阶梯式钻头、锥形刮 刀式钻头、螺旋钻头、塔式钻头及扩孔 钻头；按破碎断面可分为取心钻头和全 断面钻头等。
主密封面 外管 中心电缆 组件 主密封面 辅助密封面
辅助密封 面
弹簧
电缆连接头 铜棒 护芯管 电缆连接座
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一、钻杆
5、双壁钻杆 规格： Φ63、Φ73 结构特点：钻杆由外管和内管组成，其中外管传递动 力，内管收集岩屑。 用途：适用于煤矿井下松软、破碎地层的全孔反循环 取心钻进，岩心采取率高达95%。
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一、钻杆
1）普通光钻杆 规格： Φ27、Φ42、Φ50、Φ63、Φ73、Φ89 用途：适用于在地质结构简单、瓦斯含量 和地应力较小的煤层或岩层中钻进。
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一、钻杆
2）防喷钻杆
规格：Ф42、Ф50、Ф63、 Ф73、 Ф89
整体式三棱螺 旋钻杆
螺旋槽
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一、钻杆
4、定向钻杆
规格：Ф73×3000。
结构特点：定向钻杆由外管和中心电缆组件组成，其中外管传递 动力、中心电缆组件传输信号。
适用范围：适用于煤矿井下硬煤层（f≥1）或软岩层（f≤5）的 近水平定向钻进，最大钻进深度超过1000m。
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一、钻杆
4）大通径宽叶片螺旋钻杆
规格：Ф63/73、Ф73/89。 结构特点：与普通宽叶片螺旋钻杆外形一致，但其中通内孔孔 径较大（内平），便于全孔段下放筛管。 适用范围：适用于需下放筛管的松软突出煤层或穿层瓦斯抽放 孔的钻进工作。
钻杆内 通孔
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钻具及钻进工艺新技术介绍
主讲：唐大勇
钻具研究所
2013年7月
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提纲
钻杆 钻头
提纲
特殊钻具 钻探新技术
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一、钻杆
钻杆是钻机向孔底钻头传递扭矩和动力的重要 部件，是钻孔得以完成的必备工具。我院钻杆采 用合金钢、数控车床加工，具有以下特点：
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一、钻杆
5）多头凹槽螺旋钻杆
规格： 双头：Φ63/63 三头： Φ73/73
特点：适用于在煤矿井下高 瓦斯、高地应力的松软突出 煤层或复杂岩层中钻进，其 钻进效率和成孔率比常规钻 杆和螺旋钻杆高出数倍。
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一、钻杆
3、三棱钻杆
普通三棱 钻杆 三棱钻杆
1)强度高、抗弯抗扭性能较好； 2)接头耐磨性来自百度文库。
根据钻杆适应的地层条件、钻进方式及排渣方式等 的不同，可将钻杆分为光钻杆、螺旋钻杆、三棱钻杆、 定向钻杆(通缆钻杆)及双壁钻杆等。
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一、钻杆
1、光钻杆
普通光 钻杆 防喷钻 杆
接头连 接型
光钻杆
高压钻 杆 取心钻 杆
结构特点：外形与普通光钻杆一致，钻杆内孔有一单向阀体。 适用范围：主要用于瓦斯含量较大、软质泥岩等易喷孔或孔底岩 屑从钻杆内孔返流而导致钻头水眼堵塞的地层中钻进。 内接头 单向阀 球 体
外接头
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一、钻杆
3）取心钻杆 规格：Ф73、Ф89、Ф108、 Ф127、 Ф146 结构特点：两端均为内接头，钻杆间采用中间接头相互 连接，取心钻杆与钻杆间用过渡接头相连。 适用范围：用于有取心要求的地质孔钻进或硬岩层中金 刚石取心钻进。
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一、钻杆
3）普通宽叶片螺旋钻杆
规格：Ф63/73、Ф73/89 结构特点：将普通螺旋钻杆叶片轴向尺寸加大，径向尺寸减小的一 种螺旋钻杆（可直接夹持叶片），螺旋叶片具有搅动孔内沉淀煤屑 和辅助排渣的作用（叶片所受摩擦力较普通螺旋钻杆摩擦力小得 多）。 适用范围：适用于松软突出煤层或穿层瓦斯抽放孔的钻进工作。 普通光 钻杆 螺旋叶片
开合式钻头：用于 井下有下放筛管要 求的钻孔施工，与 大通径宽叶片螺旋 钻杆和三棱螺旋钻 杆配套使用。 规格： Φ94、Φ96
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二、钻头
3、钻头产品介绍
2）金刚石钻头-PDC复合片式
胎体式钻头：主要用 于井下坚固性系数 f≤12坚硬岩层的钻孔 施工，是破除坚硬岩 层的主要钻头之一 （目前松藻矿大量使 用）。 规格： Φ65、 Φ75、 Φ94、 Φ113
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一、钻杆
5）接头连接型钻杆 规格：Ф42、Ф50 结构特点：外形与取心钻杆一致,两端均为内螺纹，钻 杆间用中间接头相连，螺纹为平扣梯形螺纹。 适用范围：主要用于地质孔的钻孔施工，常与ZL钻机 配套使用。
接头连接 型钻杆 中间 接头
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一、钻杆
4）高压钻杆
规格：Ф50、Ф63 结构特点：外形与普通光钻杆一致,同时在内外接头大端增设一 对主密封面，且在外接头根部增设了O型密封结构，以确保钻杆 的高压密封性能（40MPa以上）。 适用范围：主要用于井下水力切割和高压水射流施工工作中。 主密封面 主密封面 密封圈
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三、其他特殊钻具介绍
2、千米定向钻进配套钻具
1）定向水辫
高压水 进水口
定向水辫是与定 向钻杆配套使用 的水辫，具有向 孔底输送高压水 和测量信号的双 重作用，目前主 要规格为Φ73
信号测 试端口
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三、其他特殊钻具介绍
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二、钻头
3、钻头产品介绍
2）金刚石钻头-PDC复合片式
锥形阶梯钻头： 用于井下煤层或 坚固性系数f≤6 软岩层的钻孔施 工，不推荐在不 均质或硬岩层中 施工。 规格： Φ85、 Φ95、 Φ115、 Φ125 取心钻头：用于井下煤层 或坚固性系数f≤8中硬、 硬岩层的钻孔施工。常用 规格： Φ75、 Φ94、 Φ113、 Φ133、 Ф153
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二、钻头
3、钻头产品介绍
2）金刚石钻头-PDC复合片式
内凹钻头：用于 井下煤层或坚固 性系数f≤10软、 中硬及硬岩层的 钻孔施工，不推 荐在不均质岩层 中施工。 规格： Φ65、 Φ75、 Φ94、 Φ113、 Φ133、 Φ153
刮刀钻头：用于 井下坚固性系数 f≤3的煤层或软 岩的钻孔施工。 规格： Ф65 Ф75、 Ф94、 Ф113、Ф133
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二、钻头
3、钻头产品介绍
2）金刚石钻头-PDC复合片式
扩孔钻头：用于 井下坚固性系数 f≤6岩层大孔径 的钻孔施工，不 推荐在不均质或 硬岩层中施工。 规格： Φ65/113、 Φ75/113、 Φ75/133、 Φ 133/300（可根据 用户要求定制）
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二、钻头
3、钻头产品介绍
3）金刚石钻头-金刚石磨料式
全断面金刚石钻 头：用于井下坚 固性系数f≤15坚 硬岩层的钻孔施 工，是破除坚硬 岩层的主要工具 之一（但钻进效 率低）。规格： Φ65、 Φ75、 Φ94
金刚石取心钻头：用 于井下坚固性系数 f≤12坚硬岩层的钻 孔施工，是破除坚硬 岩层的主要工具之一 （钻进效率略高于全 断面钻头）。 规格： Φ65、 Φ75、 Φ91
钻头
硬质合金 钻头
PDC复合片
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二、钻头
2、钻头的分类
2）按钻头结构型式分
扩孔 钻头 塔式 钻头 内凹 钻头
钻头
螺旋 钻头
锥形 刮刀 钻头 中煤科工集团重庆研究院钻探研究分院
锥形 阶梯 钻头
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二、钻头
2、钻头的分类
3）按钻头体的材质分 4）按破碎断面分
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二、钻头
1、钻头结构
钻头是孔底破碎岩石的
保径条 刀片
刀具，是钻孔得以实现的
必备钻具。钻头一般都由 钻头体、切削刀片、保径 条等组成。
水口
钻头体
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二、钻头
2、钻头的分类
1）按刀具材质分 金刚石钻 头 金刚石磨 料类
钢体式
钻头 钻头
全断面
胎体式
取心式
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二、钻头
3、钻头产品介绍
1）硬质合金类钻头
塔式钻头：用于井 下坚固性系数f≤5 的煤层或软岩的钻 孔施工，不推荐直 接用Φ42或Φ50钻 杆施工岩层。 常用规格： Φ50/75/95、 Φ65/85/115、 Φ75/95/133 螺旋钻头：主要 用于井下坚固性 系数f≤3的煤层 或软岩的钻孔施 工。与Φ42/70 螺旋钻杆配套使 用。 常用规格： Φ70×200、 Φ90×200
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三、其他钻具介绍
1、超硬岩层钻具
气动冲击器（俗名潜孔锤）是以压缩空气为动力和洗井介质，它 利用压缩空气的能量，通过冲击器将风能转化为机械能，从而实 现对孔底岩石的冲击，在钻机提供的压力和回转作用下，使其不 断地冲击回转，达到钻孔的目的。目前我院主要生产低风压冲击 器及其配套钎头。其主要规格有：Φ76、Φ80、Φ90、Φ110
摩擦焊 结构 手工焊 结构
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一、钻杆
2）三棱螺旋钻杆 规格为：Ф73 。 结构特点：三棱螺旋钻杆为大通孔整体式结构，它是 在普通三棱钻杆的外圆上铣削螺旋槽，以增强搅拌孔 内煤屑的作用。 适用范围：适用于煤层硬度系数f≤0.5、地应力和瓦 斯含量较大、且需要下放筛管的松软突出煤层中钻进。
2、千米定向钻进配套钻具
2）单向阀
单向阀是定向钻进工 艺的配套设备，具有 信号传输、输送孔底 马达动力介质、防止 瓦斯突出及动力介质 回流和钻机动力传递 等作用，主要与千米 定向钻机配套使用 ， 目前主要规格为Φ73
动力介 质传输 通道
信号传 输通道
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三棱螺旋 钻杆 手工焊结构
摩擦焊结构
整体结构
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一、钻杆
1）普通三棱钻杆
规格有：Ф63/73（手工焊结构）；Ф50/50、 Ф63/63、 Ф73/73 、 Ф89/89（摩擦焊结构） 。 结构特点：横截面为顶角倒圆的正三角形，分手工焊结构和摩擦焊结 构，其中手工焊已停产。 适用范围：适用于煤层硬度系数f≤0.5，且地应力和瓦斯含量较大 的松软突出煤层中钻进。