定向钻进技术培训系列—钻具

图1.1 梯形扣联接式钻杆与接头
2. 钻杆的结构与分类
焊接式
➢ 公、母接头分别通过摩
擦焊接方式与中间杆体焊
接为一体形成钻杆；
➢ 制造过程复杂，生产成
本较高
➢ 连接可靠、拧卸方便；
➢ 已广泛用于各种规格借 (通)钻用 件登记
杆的加工。
旧底 图总 号
底图总号
签字
日期
档 案员 日 期
公接头
中间杆
母接头
2. 三棱钻杆
（5）三棱钻杆分类
➢ 常规三棱钻杆：接头是常规接头的三棱钻杆，按接头焊 接方式分为电弧焊和摩擦焊两种，按接头形式分为全三棱 （接头是三棱的）和半三棱（接头是外平的）两种。 ➢ 大通孔三棱钻杆：钻杆接头的大通孔设计，可以通过钻 杆内孔下入相应规格的筛管； ➢ 三棱螺旋钻杆：在三棱钻杆上通过机加工方式加工出螺 旋槽形成的钻杆。
3. 钻杆的使用（工艺方法）
➢ 送水器＋外平钻杆＋扶正器＋外平钻杆＋钻头 要求刚性保直钻进或强造斜钻进的钻具级配形式，
适用于中深孔、大孔径的钻进要求。 ➢ 风水混合器＋外平钻杆＋潜孔锤
这种级配方式可以简化除尘装置，并且除尘效果很 好，但是对冲击器的使用有一定的不利因素。这种级配 形式针对极硬岩层钻探施工，可取得较好效果。
钻头后非等间距布置扶正器，造斜强度通过调整扶 正器间钻杆个数或规格来实现，一般情况下钻头与稳定 器或稳定器之间用普通钻杆连接，特殊情况下选用细、 加重钻杆连接。
3. 钻杆的使用（工艺方法）
图1.3 几种常见稳定组合钻具形式
煤矿井下定向钻进技术培训系列
5. 钻具
——5.2 异形钻杆
中煤科工集团西安研究院有限公司 钻探机具研究所
2. 三棱钻杆
（3）使用条件
三棱钻杆主要用于软~中硬煤层瓦斯抽放孔钻孔 施工，过于松软、含水煤层、动力性煤层、含有结核 、夹矸的煤层不宜使用。
建议采用中风压空气回转钻进工艺，钻进时确保 钻场风压≥0.8MPa，风量稳定，为了减小钻场粉尘， 建议配备除尘系统。
2. 三棱钻杆
（4）结构特点
➢ 环隙增加：与普通钻杆相比，增大了钻杆与孔壁间的 环隙，排渣通道更为通畅； ➢ 棱边搅渣：棱边的回转使孔内钻渣一直处于活动状态 ，不易在孔内形成堆积，排渣顺畅； ➢ 孔内残余钻渣少：孔内残留钻渣量少，成孔质量高， 有利于后期的瓦斯的排放与预抽。
1. 钻杆功能
动力传送通道
传递钻机提供的扭矩、轴向力（给进力、起拔力），带动钻头 破碎地层、处理孔内事故等。
介质输送通道
压力介质（清水、泥浆）的输送通道，清洁孔底，冷却钻头以 及携带钻渣；
取煤器、岩心的输送通道（大通孔外平钻杆）。
计算孔深依据
孔深=钻杆单根长度×钻杆数
2. 钻杆的结构与分类
煤矿井下定向钻进技术培训系列
5. 钻具
——5.3 打捞钻具
中煤科工集团西安研究院有限公司 钻探机具研究所
课程内容
1. 打捞工具功能与分类 2. 打捞丝锥 3. 打捞钻杆 4. 螺旋钻杆打捞器
1. 钻杆功能与分类
主要功能 打捞钻具主要用于处理钻孔施工过程中发生的卡钻
、埋钻、断钻以及掉钻等孔内钻具事故。 分类
打捞钻具可以分为三类：打捞丝锥、打捞钻杆和打 捞器。 ➢ 打捞丝锥：打捞公锥、打捞母锥； ➢ 打捞钻杆：套铣打捞钻杆、反丝钻杆； ➢ 打捞器：螺旋钻杆打捞器。
2. 打捞丝锥
（1）打捞原理
打捞丝锥如同机械加工中的丝攻一样，从落鱼顶部内孔或外表面攻出螺 纹并将丝锥与落鱼连接起来，最终将落鱼打捞出孔外。
1. 螺旋钻杆
结构特点
➢ 钻杆接头经过特殊热处理，螺纹强度高，抗粘扣性 能好； ➢ 可通过钻机直接拧卸钻杆，生产效率高，工人劳动强 度低； ➢ 可以代替外平钻杆进行钻孔施工，能有效节省钻具购 置成本； ➢ 大通孔螺旋钻杆可通过钻杆内孔下入筛管，实现“钻 到位，管到底”。
2. 三棱钻杆
（1）三棱钻杆定义
1. 螺旋钻杆
a) 插接式（窄翼片）螺旋钻杆
图1.1 单头插接式（窄翼片）螺旋钻杆 图1.2 双头插接式（窄翼片）螺旋钻杆
1. 螺旋钻杆
接头结构
图1.3 插接式（窄翼片）螺旋钻杆接头结构
1. 螺旋钻杆
插销形式
图1.4 插接式（窄翼片）螺旋钻杆插销形式
1. 螺旋钻杆
结构特点
➢ 钻杆体采用相位摩擦焊接工艺焊接而成，螺旋翼片 连续，排粉效果好； ➢ 钻杆接头采用内外六（四）方传递扭矩，能够实现 孔内钻杆柱的正反转，便于处理孔内事故； ➢ 机械排渣能及时输出所钻下的钻渣，无重复破碎， 钻进效率高； ➢ 采用无动力机械排渣，无需排渣介质。辅助设备少 ，钻场相对清洁
（1）钻杆结构
联接式
➢ 通过双公接头（两端均为公 螺纹）与两端均为母螺纹的杆 体连接在一起形成的钻杆； ➢ 生产工艺简单、生产成本较 低； ➢ 母螺纹根部是钻杆中最薄弱 的部位，容易出现折断现象； ➢ 卸扣位置的不确定性，增加 了施工过程中的辅助时间，增 大工人劳动强度； ➢ 仅在Φ42、Φ50小规格钻杆 中有少量应用，基本被淘汰。
2. 打捞丝锥
（2）适用范围
➢ 公锥打捞时，需在落鱼顶部内孔攻出螺纹，因此主要适 用于中空钻具的打捞； ➢ 母锥打捞时，是从落鱼鱼顶外部造扣，不受钻具内部结 构的限制，因此不仅适用于常规外平钻杆的打捞作业，也 适用于诸如中心通缆钻杆等具有内部结构钻具的打捞。
2. 打捞丝锥
（3）使用技术要求
➢ 硬度检验 所选丝锥硬度必须大于被打捞钻具材质硬度，现场可
1. 螺旋钻杆
适用范围
插接式（窄翼片）螺旋钻杆主要用于煤层强度低、 瓦斯含量较高、解吸速度快、透气性较差、硬度系数 f<1的松软突出但具有一定稳定性的煤层瓦斯抽放孔及 救援孔施工，同时在水电、铁路等岩土工程施工中也被 广泛应用。
1. 螺旋钻杆
结构特点
➢ 钻杆接头经过特殊热处理，提高疲劳寿命； ➢ 松软突出煤层钻进过程中，钻杆螺旋翼片的阻挡作 用，可在一定程度上减少钻孔喷孔现象的发生； ➢ 钻进过程不需要冲洗介质，可减少配置和输送冲洗 液的辅助工作，适合井下无水或水供应不足的情况下 钻进。
3. 钻杆的使用（工艺方法）
➢ 送风器＋外平钻杆＋潜孔锤 针对三硬煤层或硬岩顶板来说，使用潜孔锤钻进效
果最好，钻进速度快、效率高、孔径大，适用于浅-中 深孔，尤其是大角度的仰角钻进工艺。空气动力钻进， 粉尘污染较大，采用孔口二次集尘装置处理粉尘污染效 果较好。
3. 钻杆的使用（工艺方法）
（3）稳定组合钻具
课程内容
1. 螺旋钻杆 2. 三棱钻杆
1. 螺旋钻杆
（1）螺旋钻杆定义
将一定规格尺寸的钢板绕制成螺旋翼片，再焊接在芯杆 外表面形成的，或在厚壁钢管上用机加工方法加工出螺 旋槽的钻杆。
1. 螺旋钻杆
（2）螺旋钻杆分类
➢ 按连接方式：插接式、螺纹式、法兰式螺旋钻杆； ➢ 按螺旋翼片轴向宽度：窄翼片、宽翼片螺旋钻杆； ➢ 按螺旋翼片头数：单头、双头和三头螺旋钻杆； ➢ 按通孔大小：常规螺旋钻杆、大通孔螺旋钻杆； ➢ 按螺旋翼片加工工艺：焊接式螺旋钻杆、整体式螺 旋钻杆。
1. 螺旋钻杆
不适用地层
➢ 具有动力倾向的松软煤层； ➢ 有结核和夹矸层的煤(岩)层； ➢ 小构造较多的煤层； ➢ 含水煤层或者是极硬煤层。
1. 螺旋钻杆
b) 螺纹式（宽翼片）螺旋钻杆
图1.5 焊接式宽翼片螺旋钻杆
图1.6 整体式宽翼片螺旋钻杆
1. 螺旋钻杆
图1.7 常规螺旋钻杆
图1.8 大通孔螺旋钻杆
1. 螺旋钻杆
适用地层
宽翼片螺旋钻杆主要用于复杂破碎地层或松软突 出煤层（f<1）的瓦斯抽放孔施工，也可代替常规外 平钻杆在坚硬、完整的岩层、煤层钻探施工。
1. 螺旋钻杆
结构特点 ➢ 钻杆体采用摩擦焊接工艺焊接而成，整体力学性能 好，使用寿命长； ➢ 钻杆圆周均布三头大导程螺旋翼片，翼片耐磨性好 ，搅粉能力强； ➢ 钻杆螺旋翼片侧刃对孔内钻渣具有辅助破碎功能， 将较大颗粒破碎成小颗粒，更容易被排渣介质携带 ➢ 整体式宽翼片螺旋钻杆接头采用双顶结构设计，抗 扭能力较常规钻杆提高约30%；
图1.1 打捞丝锥
打捞丝锥是煤矿井下钻进施工中打捞作业中最为 常用的打捞工具。打捞丝锥有打捞公锥与打捞母 锥两种。打捞丝锥按照螺纹旋向又分为右旋螺纹 （正丝）和左旋螺纹（反丝）两种形式。右旋螺 纹丝锥配合右旋螺纹钻杆进行右旋螺纹钻具的打 捞作业，左旋螺纹丝锥进配合左旋螺纹钻杆（反 丝钻杆）用于右旋钻具的反扣打捞作业。
易于形成灵活有效的钻具级配
可以满足保直刚性钻进以及强造斜钻进等钻进需求，有利于长 水平钻孔的施工。
2. 钻杆的结构与分类
（3）分类
常规外平钻杆
钻杆直径 (mm)
表1.1 常规外平钻杆规格
钢级
Fra Baidu bibliotek钻杆长度 (mm)
Φ42 Φ50 Φ63.5 Φ73 Φ89
R780
R780 G105
500 750 1000 1500
接头形式 平扣、锥扣
锥扣
2. 钻杆的结构与分类
专用外平钻杆
➢ 绳索取芯钻杆 ➢ 套铣打捞钻杆 ➢ 随钻测量钻杆
3. 钻杆的使用（工艺方法）
（1）适用范围
推荐使用在瓦斯地质条件较好，中硬或以上，较完整 的煤层或者岩层，坚固性系数f>1。主要用于煤矿井 下瓦斯抽放孔、探放水孔钻孔施工中，也可应用于矿 山、地质、水电等行业的钻孔施工，既适用于常规钻 进，又适用于冲击回转钻进。
煤矿井下定向钻进技术培训系列
钻具
中煤科工集团西安研究院有限公司 钻探机具研究所
课程内容
1. 外平钻杆 2. 异形钻杆 3. 打捞钻具 4. 随钻测量钻具
煤矿井下定向钻进技术培训系列
5 钻具
——5.1 外平钻杆
中煤科工集团西安研究院有限公司 钻探机具研究所
课程内容
1.钻杆功能 2.钻杆结构与分类 3.钻杆的使用（工艺方法）
➢ 技术原理 通过调节底部钻具组合（BHA）中稳定器的数量及
位置，在重力、给进力以及回转离心力的共同作用下， 改变近钻头处钻杆的受力状态，使钻头上仰、下倾或保 持原方向。
3. 钻杆的使用（工艺方法）
➢ 保直组合钻具 钻头后的稳定器等距布置，使整个钻具达到“满”、“
刚”、“直”，钻头不或很少对孔壁产生切削作用，钻孔轨 迹按原方向延伸。 ➢ 造斜组合钻具
图1.2 焊接式钻杆
标记 处 数 更改 文件 号 签 字 日 期 设计
日期
焊接式钻杆
煤科总院西安分
图样 标记 重
共张
2. 钻杆的结构与分类
（2）结构特点
回转阻力小
钻杆与钻渣和孔壁之间的摩擦阻力小，能够满足较高的回转转 速要求，对于处理卡、埋钻事故的难度也最小；
排渣阻力小
使用清水作为排渣介质的情况下，钻杆外表面对排渣形成的阻 力相对较小；
采用钻机卡瓦硬度与丝锥硬度进行比较进行判断； ➢ 测量有关数据
明确鱼顶内径（外径）和鱼顶距孔口位置，预测丝 锥造扣位置，计算造扣尺寸，必要时绘制草图，以指导 打捞作业。
2. 打捞丝锥
（4）使用规程
➢ 进入（套住）鱼顶 丝锥在下钻至鱼顶0.5~1m处，开启泥浆泵用清水冲孔
，冲洗鱼顶及丝锥丝扣表面的钻屑，孔口返水10~15min， 保持循环的情况下，缓慢下入丝锥并低速回转钻具需找鱼 顶，当公锥进入鱼顶（或鱼顶进入母锥）后，泥浆泵压力 会有所升高，同时回转下钻遇阻，此时可停泵造扣。若只 是回转下钻遇阻，泥浆泵压无异常，说明丝锥未进入（套 住）钻具，应提钻再次尝试寻找落鱼；
3. 钻杆的使用（工艺方法）
（2）钻具组合形式
➢ 送水器＋外平钻杆＋钻头 最简单的钻具级配形式，在煤（岩）层条件相对较
好，对钻孔成孔参数要求不太高时，这种钻具级配形式 最常采用，适用于浅-中深-深孔，钻孔环状间隙较小的 钻进要求。 ➢ 送水器＋外平钻杆＋防喷组合钻具+钻头
针对突出煤层钻进时常选用这种钻具级配形式，适 用于大孔径、浅-中深孔，一次性成孔的钻进要求。
2. 打捞丝锥
➢ 造扣 造扣时必须停泵，缓慢给进，间歇慢转钻具，记录回
转器回转圈数，实际造扣以6~8圈为宜（母锥造扣时需要 较大的力，实际造扣以5~7圈为宜）。落鱼未卡的情况下 ，可提钻0.5m左右，观察压力变化；在落鱼较长的情况下 ，会有压力升高现象；落鱼较短时压力变化不明显，可短 暂间歇开泵，观察泵压变化。如果泵压较打捞前有所升高 ，说明造扣成功；如压力无变化说明造扣失败，应再次下 钻寻找落鱼、造扣；
将三棱管材通过电弧焊或摩擦焊与公母接头焊接成 一体的钻杆或是通过机加工方式在厚壁外平钻杆上加工 出三条棱边形成的钻杆。
图1.9 三棱钻杆
2. 三棱钻杆
（2）工作原理
在钻机的驱动下，三棱钻杆的三角棱边旋转搅动 孔内沉积的钻屑，使钻屑悬浮起来，在压力风的作用 下将悬浮的钻屑携带、运移排出孔外。钻进过程中， 钻杆三角棱边的回转使孔内煤粉一直处于活动状态， 不易出现煤粉的堆积现象，孔内残留煤粉少，成孔质 量高，有利于瓦斯的排放与预抽。