[发明专利]大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置

说明书

一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，属于地面钻井抢险技术领域，主要由地面设备系统和井下钻具系统两部分组成，地面设备系统包括空气压缩机、稳压罐、钻机、真空泵、水泵和地面管汇；井下钻具系统包括双壁钻杆、反循环潜孔锤、钻头、套管和管靴。安装在钻机导轨上的动力头上部装有气水龙头，气水龙头与进气胶管和排渣管连接；动力头下端与双壁钻杆连接，双壁钻杆下端连接的反循环潜孔锤和钻头与套管和管靴同轴分布。本发明可实现高效碎岩，钻进中同步下套管有效保护孔壁，并采用反循环方法输送岩心和岩屑，能够有效减小孔口粉尘污染，解决复杂地层大直径钻孔施工中遇到的成孔难、施工效率低、成本高、钻孔质量难以保证等问题。

技术领域

本发明涉及一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，属于地面钻井抢险技术领域。

背景技术

近年来，随着矿山开采不断向纵深发展，安全生产事故发生的趋势尽管有所减弱，但老窑透水、底板突水、顶板冒落等仍是矿山生产的主要灾害。当事故灾害发生后，当井下无法实施救援时，实施地面大直径钻孔救援是救助地下被困人员最有效的手段，因此大直径钻孔救援在矿山应急救援中占据着举足轻重的位置。

地面快速钻井可为矿山抢险救援打开一条“生命通道”，尤其是智利矿难和我国平邑矿难的完美救援，证明了该技术的可行性和必要性。目前大直径钻孔快速施工技术主要是潜孔锤正循环钻进技术和潜孔锤反循环钻进技术。前者需要风量大，需投入多台空压机，设备配套难度大，施工成本高；后者对地层要求较高，复杂地层施工时可能发生塌孔、埋钻等事故。因此，研发一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，对于矿山应急抢险和紧急救援具有重要意义和应用前景。

CN107503680A公开了一种地面大直径快速成孔钻井设备及其方法，设置了同心布置的外套管和内套管，并在孔口利用法兰进行固定，利用钻杆和内套管之间的环状间隙作为岩屑反排通道，并在钻杆顶部设有孔口密封装置。CN110029938A公开了一种气体反循环钻井方法，一路气体通过双壁钻杆环状间隙、流道转换装置、钻头进入井底环隙；另一路气体通过放喷倒流装置进入井底环隙，两路气体在孔底汇合后经流道转换装置、双壁钻杆中心通道和顶驱适配器返回沉砂池。

发明内容

本发明目的是为解决矿山抢险救援钻井技术中存在的问题，提出一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，用以解决复杂地层大直径钻孔施工中遇到的成孔难、施工效率低、成本高、钻孔质量难以保证等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种大直径潜孔锤反循环跟管钻进施工装置，包括地面设备系统和井下钻具系统；所述地面设备系统包括空气压缩机、稳压罐、钻机、真空泵、水泵和地面管汇系统；所述井下钻具系统包括双壁钻、反循环潜孔锤、钻头、套管和管靴；所述地面管汇包括进气胶管、排渣管、注水阀和注水管；安装在钻机导轨上的动力头为双通道结构，上端装有气水龙头，气水龙头与地面管汇系统连通；所述动力头下端依次与双壁钻杆、反循环潜孔锤和钻头连接，反循环潜孔锤和钻头与套管和管靴同轴分布，钻头通过台阶面与管靴连接，管靴上端利用螺纹与套管连接；空气压缩机与稳压罐连接后通过进气胶管与气水龙头的进气口连通；气水龙头上端的鹅颈弯管与排渣管连接，所述排渣管与真空泵连接并最终与储渣池连通，水泵通过注水管和注水阀与排渣管连通。

进一步地，所述反循环潜孔锤的外缸通过螺纹与花键套连接，并带动钻头回转，所述钻头为中空结构，底喷孔和内喷孔构成反循环形成机构；扩压槽和排渣孔依次与潜孔锤心管、双壁钻杆内管、动力头、气水龙头、鹅颈弯管和排渣管连通，构成反循环排渣通道。

进一步地，排渣管与真空泵连接，并通过注水阀和注水管与水泵连接，排渣管的末端与储渣池连通。

通过以上技术方案，本发明具有以下有益效果：