8 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比40<cU 60%時，鉆桿表面凸起高度^設(shè)置為5 mm?11 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比dc>60%時，鉆桿表面凸起高度Hi設(shè)置為5 mm?15 mm范圍內(nèi)；
④.根據(jù)施工地點煤層的鉆孔收縮比d。設(shè)計鉆桿表面凸起之間間距L，當(dāng)鉆孔收縮比O< dc ^ 20%時，鉆桿表面凸起之間間距L設(shè)置為10 mm?40 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比20<dc <40%時，鉆桿表面凸起之間間距L設(shè)置為20 mm?50 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比40<dc< 100%時，鉆桿表面凸起之間間距L設(shè)置為40 mm?80 mm范圍內(nèi)；
⑤.根據(jù)施工地點煤層的鉆孔收縮比dc設(shè)計鉆進(jìn)速度。當(dāng)鉆孔收縮比O<dc< 20%時，鉆進(jìn)速度設(shè)計為0.8 m/min?I m/min;當(dāng)鉆孔收縮比20<dc < 40%時，鉆進(jìn)速度設(shè)計為0.6 m/min?0.8 m/min;當(dāng)鉆孔收縮比40<K 60%時，鉆進(jìn)速度設(shè)計為0.4 m/min?0.6 m/min；當(dāng)鉆孔收縮比60<dc < 100%時，鉆進(jìn)速度設(shè)計為0.2 m/min?0.4 m/min；
⑥.根據(jù)施工地點煤層地質(zhì)條件，確定鉆孔施工直徑、鉆孔之間間距、鉆孔距離頂?shù)装寰嚯x、鉆孔傾角、方位角，并依據(jù)步驟①?⑤，確定鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑CU、鉆桿表面凸起高度H1、鉆桿表面凸起之間間距L、鉆進(jìn)速度，并確定降阻散熱仿生鉆桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。
[0014]如圖1?圖3所示，用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆桿，包括凹連接件1、桿體2、凸連接件3，凹連接件1、桿體2、凸連接件3同軸，凹連接件I連接于桿體2的一端，凸連接件3連接于桿體2的另一端。凹連接件I表面、桿體2表面和凸連接件3表面均設(shè)置圓弧凸起4，圓弧凸起4均勾分布于桿體2的表面。圓弧凸起4之間間距設(shè)置為10 mm?80 mm范圍內(nèi)，圓弧凸起4高度設(shè)置為O mm?15 mm范圍內(nèi)。
[0015]下面介紹一下本發(fā)明實施例一降阻散熱仿生鉆桿鉆進(jìn)原理:
軟弱煤巖層鉆進(jìn)過程中，鉆孔變形量大、孔壁破壞嚴(yán)重是導(dǎo)致鉆進(jìn)阻力大、排渣困難，是鉆進(jìn)困難的主要原因。本發(fā)明用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆進(jìn)方法，結(jié)合煤層地質(zhì)條件，依據(jù)巖石力學(xué)、仿生學(xué)相關(guān)理論，確定施工地點煤層的鉆孔收縮比，并據(jù)此確定降阻散熱仿生鉆桿的合理鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑CU、鉆桿表面凸起高度或凹槽深度、鉆桿表面凸形或凹槽之間間距和鉆進(jìn)速度。鉆具表面設(shè)計為凸凹不平結(jié)構(gòu)，可有效降低鉆桿與堵塞段接觸面積，從而降低鉆桿的鉆進(jìn)阻力，實現(xiàn)降阻散熱仿生鉆桿的“降阻”作用;鉆桿表面的凹凸結(jié)構(gòu)使煤渣處于流動狀態(tài)，及時將散失，預(yù)防堵塞段局部熱量聚集，避免鉆孔內(nèi)熱量聚集引起的鉆孔事故，實現(xiàn)降阻散熱仿生鉆桿的“散熱”作用。
[0016]實施例二:如圖4?圖6所示，與實施例一不同的在于，降阻散熱仿生鉆桿表面的仿生結(jié)構(gòu)為方形凸起5。
[0017]實施例三:如圖7?圖9所示，與實施例一、實例二不同的在于，實施例三鉆桿表面圓弧形凹槽6，圓弧形凹槽6之間間距L設(shè)置為10 mm?80 mm范圍內(nèi)，圓弧形凹槽6深度H2設(shè)置為O mm?5 mm范圍內(nèi)。當(dāng)鉆孔收縮比O ScU 50%時，鉆桿表面凹槽深度H2設(shè)置為O mm?3mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比dc>50%時，鉆桿表面的圓弧形凹槽6深度H2設(shè)置為3 mm?5 mm范圍內(nèi)。
[0018]實施例四:如圖10?圖12所示，與實施例三不同的在于，實施例四降阻散熱仿生鉆桿表面的仿生結(jié)構(gòu)為方形凹槽7。
[0019]另外，本發(fā)明的鉆桿還可以在桿體2及凸連接件3的外圓周表面或者桿體2及凹連接件I的外圓周表面或者桿體2的外圓周表面均勻設(shè)置有仿生結(jié)構(gòu)，這些仿生結(jié)構(gòu)可以為凹槽和凸起的相結(jié)合。
[0020]本發(fā)明中的凹連接件I和凸連接件3均采用螺紋連接的結(jié)構(gòu)，凹連接件I和凸連接件3分別同軸向焊接在桿體2的兩端。
[0021]以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆進(jìn)方法，其特征在于:包括以下步驟； ①.在待施工地點取煤樣或巖樣，通過實驗室試驗、理論計算評估鉆孔收縮比dc;鉆孔收縮比d。為鉆孔孔壁變形最大位移Up與鉆孔未收縮時半徑r的比值； ②.根據(jù)施工地點軟煤巖的鉆孔收縮比dc設(shè)計鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑CU，當(dāng)鉆孔收縮比O< K20%時，鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑Cl1設(shè)計為1.5r(l-dc)?1.8r(l-dc);當(dāng)鉆孔收縮比20%<dc < 40%時，鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑di設(shè)計為1.7r(l-dc)?2.lr(l-dc)；當(dāng)鉆孔收縮比40%<dc < 60%時，鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑di設(shè)計為1.8r(l-dc)?2.5r(l-dc)；當(dāng)鉆孔收縮比dc>60%時，鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑di設(shè)計為1.9r(Ι-d。)?1.8r； ③.根據(jù)施工地點煤層的鉆孔收縮比d。設(shè)計鉆桿表面凸起高度或凹槽深度；當(dāng)鉆孔收縮比O ScU 20%時，鉆桿表面凸起高度設(shè)置為O mm?5 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比20 <dc< 40%時，鉆桿表面凸起高度設(shè)置為3 mm?8 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比40<Κ 60%時，鉆桿表面凸起高度設(shè)置為5 mm?11 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比dc>60%時，鉆桿表面凸起高度設(shè)置為5mm?15 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比O < dc < 50%時，鉆桿表面凹槽深度設(shè)置為O mm?3 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比dc>50%時，鉆桿表面凹槽深度設(shè)置為3 mm?5 mm范圍內(nèi)； ④.根據(jù)施工地點煤層的鉆孔收縮比dc設(shè)計鉆桿表面凸起或凹槽之間間距，當(dāng)鉆孔收縮比O < K 20%時，鉆桿表面凸起或凹槽之間間距設(shè)置為10 mm?40 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比20<dc< 40%時，鉆桿表面凸起或凹槽之間間距設(shè)置為20 mm?50 mm范圍內(nèi)；當(dāng)鉆孔收縮比40<cU 100%時，鉆桿表面凸起或凹槽之間間距設(shè)置為40 mm?80 mm范圍內(nèi)； ⑤.根據(jù)施工地點煤層的鉆孔收縮比dc設(shè)計鉆進(jìn)速度；當(dāng)鉆孔收縮比O< K 20%時，鉆進(jìn)速度設(shè)計為0.8 m/min?I m/min;當(dāng)鉆孔收縮比20<dc < 40%時，鉆進(jìn)速度設(shè)計為0.6 m/min?0.8 m/min;當(dāng)鉆孔收縮比40<K 60%時，鉆進(jìn)速度設(shè)計為0.4 m/min?0.6 m/min；當(dāng)鉆孔收縮比60<dc < 100%時，鉆進(jìn)速度設(shè)計為0.2 m/min?0.4 m/min； ⑥.根據(jù)施工地點煤層地質(zhì)條件，確定鉆孔施工直徑、鉆孔之間間距、鉆孔距離頂?shù)装寰嚯x、鉆孔傾角、方位角，并依據(jù)步驟①?⑤，確定鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑CU、鉆桿表面凸起高度或凹槽深度、鉆桿表面凸起或凹槽之間間距、鉆進(jìn)速度，并確定降阻散熱仿生鉆桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。2.用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆桿，采用如權(quán)利要求1所述的用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆進(jìn)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括同軸向順次連接的凹連接件、桿體和凸連接件，凹連接件、桿體和凸連接件內(nèi)部沿軸向方向具有貫通的空腔，其特征在于:桿體、凸連接件及凹連接件的外圓周表面或者桿體及凸連接件的外圓周表面或者桿體及凹連接件的外圓周表面或者桿體的外圓周表面均勻設(shè)置有仿生結(jié)構(gòu)，仿生結(jié)構(gòu)為凹槽和/或凸起。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆桿，其特征在于:相鄰的兩個凹槽、相鄰的兩個凸起或者相鄰的凹槽及凸起之間的距離為1mm?80 mm。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆桿，其特征在于:凹槽的深度為 Omm ?5 mm η5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆桿，其特征在于:凸起的高度為Omm?I5 mm0
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆進(jìn)方法及鉆桿，根據(jù)煤層地質(zhì)條件，依據(jù)用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆進(jìn)方法，評估鉆孔收縮比<i>d</i>c并確定鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑<i>d</i>1、鉆桿表面凸形或凹形結(jié)構(gòu)高度、鉆桿表面凸形或凹形結(jié)構(gòu)之間間距和鉆進(jìn)速度，用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆桿，包括桿體、凸連接件、凹連接件，鉆桿表面設(shè)置凸形或凹形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明針對軟煤巖鉆進(jìn)困難的技術(shù)難題，考慮煤層地質(zhì)條件，發(fā)明了用于軟煤巖降阻散熱仿生鉆進(jìn)方法及鉆桿，鉆進(jìn)過程中，應(yīng)用降阻散熱仿生鉆桿施工鉆孔，實現(xiàn)低阻、低溫一體化鉆進(jìn)工藝體系，可有效改善軟弱煤巖地層的鉆進(jìn)效果。
【IPC分類】E21B7/00, E21B17/00
【公開號】CN105464589
【申請?zhí)枴緾N201610012740
【發(fā)明人】王永龍, 孫玉寧, 王振鋒, 宋維賓
【申請人】河南理工大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月11日