局部扩径双翼扩孔钻头的研制.pdf

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1、48探矿工程(岩土钻掘工程)2014年第41卷第3期局部扩径双翼扩孔钻头的研制刘克林，张志罡，王晓琴(河南省煤田地质局四队，河南平顶山467000)摘要：在研究应用于煤层气掏穴井的局部扩径扩孔钻头的基础上，成功研制PS-150／700D型局部扩径双翼扩孔钻头。介绍了新型扩孔钻头的结构、射流作用力计算、设计要点和主要技术参数。试验结果表明，该钻头结构合理，使用安全可靠，能满足煤层气掏穴井的施_【需要。关键词：局部扩径；扩孔钻头；煤层气井中图分类号：P634．41文献标识码：A文章编号：1672—7428

2、(2014)03—0048—04DevelopmentofLocalDiameterExpansionDoubleWingsReamingBit／LIU一lin．ZHANGZhi—gang．WANGXiao—qin(The4thTeam，CoalfieldGeologyBureauofHenanProvince，PingdingshanHenan467000，China)Abstract：BasedontheresearchonlocaldiameterexpansionreamingbitforCB

3、Mwellwithlocaldiameterexpansion，PS一150／700Dlocaldiameterexpansiondoublewingsreamingbitissuccessfullydeveloped．Thepaperintroducesthisnewreamingbitaboutitsstructure，jetforcecalculation，designpointsandmaintechnicalparanleters．Thetestresultsshowthatthedrill

4、bitisreasonableinstructure，safeandreliableinuse，cansatisfytheconstructionneedofCBMwellwithlocaldiameterexpansion．Keywords：localdiameterexpansion；reamingbit；CBMwell1概述局部扩径是指采用钻掘手段将本已存在的钻孔井眼，原位扩大为直径更大的孔眼的过程。该项技术始于20世纪初的油气钻井。应用该技术的基本意图是解决孔眼缩径、井壁坍塌等钻进难题。随着煤

5、层气开发的进展，局部扩径技术逐步进入煤层气掏穴井的施工领域。与油气钻井不同，煤层气掏穴井要求在垂直钻孔的目的煤层段，利用机械的方法形成一个远远大于原钻孔直径的洞穴。局部扩径扩孔钻头是应用于局部扩径钻进的关键工具，分为固定刀翼和活动刀翼两大类型。由于固定刀翼扩孔钻头扩孔直径变化范围小，不符合煤层气掏穴井施工的要求。目前应用于煤层气掏穴井施工的均为活动刀翼扩孑L钻头，主要有靠活塞与连杆图I机械造穴32具推动刀翼打开的机械造穴工具(如图1所示)和靠回收，无法起钻的事故；单翼扩孔掏穴钻头在掏穴钻钻井液喷射反作

6、用力推动刀翼打开的单翼扩孔掏穴进中，稳定性差，遇煤层夹矸石易造成刀翼提前损钻头(如图2所示)两种形式。其中，国内煤层气掏坏，不能正常使用(如图3所示)。穴井施工中应用较为广泛的为单翼扩孔掏穴钻头。在总结应用经验的基础上，我们研制成功了Ps随着在煤层气掏穴井施工中的大量应用，机械造穴工具和单翼扩孔掏穴钻头表现出一些应用上的一150／700D型局部扩径双翼扩孔钻头，初步现场试验证明，利用此钻头掏穴扩孑L稳定性好，安全性好，缺陷。机械掏穴工具由于结构上的原因，会因为完全适合煤层气掏穴井施需要。钻井液中岩屑粘

7、卡芯轴，造成掏穴扩孔后刀翼不能收稿日期：2013—06—04；修匈日期：2014—02—08作者简介：刘克林(1963一)，男(汉族)，河南盂津人，河南省煤田地质局四队高级llI程帅、'F-~HI环I何限公司总经，钻探上程号业从事煤田地质勘探技术管理工作，河南省平顶山市矿]二路185号，lk1970@126．com。50探矿工程(岩土钻掘丁程)2014年第41卷第3期3射流作用力计算式中：——水枪反作用力，kg；p——水的密度，1000射流作用f流是扩孔刀翼展开过程中最主kg／m；S——喷¨断面面积，

8、m；JP——水枪喷『]处要的动力。埘于F刳流的推算，可以借用消防水枪反水压，m(1MPa=100111水柱)。作用力的推算方法。3．2钻头刀翼打开时的钻压计算3．1水枪反作用力计算结合水枪反作用力推算，得到单个刀翼在打根据牛顿力学定律，水枪反作用力大小：开过程中的钻压为：F=ma(3)F地坯f=2pSPk—Fn(10)式中：——反作用力，N；m——质量，kg；0——加速式巾：F——单翼钻压，kg；p——钻井液的密度，度，m／s。1000kg／m；s——一