CN100335738C - 可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头。现有技术的‘水力钻头’用压力油作切换工作状态的动力，结构复杂，不能反复切换，不能在已有的钻孔中进行水力割缝作业。本发明在钻头壳体内腔安装钻芯、复位弹簧、压力调节阀，壳体尾部安装含有导流孔的定位压头，钻芯与壳体的内腔滑动配合，壳体与钻芯上设有导流通道，钻芯与压力调节阀配合使用。本发明以高压水为工作介质，压力水作为工作状态切换的动力，不仅简化了钻头的构造，而且具有反复切换工作状态的功能，可在已有的钻孔中进行水力冲孔与水射流割缝作业，使高压水射流技术在钻井领域中得到广泛的推广应用。

Description

可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头

技术领域：

本发明属于采矿钻进领域，涉及一种采用高压水射流技术，对地下、地面各种岩矿层实施大孔径水平、垂直和拐弯钻进和割缝的水力钻头。

背景技术：

为了提高岩体的渗透性，可以在钻孔中对岩体进行割缝，使岩体破裂，以增加岩体中的裂隙数量。高压水射流技术是发展起来的一门新技术，其特点是通过高压水射流的能量高度集中，对矿岩层实施高效率的破岩与切割等。目前，采用高压水射流技术的水力钻头的作业方式比较单一，主要用于水射流钻孔。CN1451839A公开了一种“可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头”，虽然可以进行水射流钻孔和水射流割缝两种作业，但是钻头工作状态的转换必须由另外提供的压力油作为切换动力，不但结构复杂，并且不具备反复切换的功能。同时，由于水射流在地层中的钻孔技术尚不成熟，CN1451839A公开的“水力钻头”，其钻孔的工作效率要比机械切削式钻孔低，因此，目前未能得到广泛的推广。另外，在许多特殊条件下，例如煤矿的瓦斯钻孔抽放作业中，为了提高工作效率、充分利用已有的钻孔，需要在现有钻孔的基础上进行水力冲孔与水力割缝。由于上述“水力钻头”不能在已有的钻孔中进行水力割缝作业，因此，使高压水射流技术难以在钻进领域中得到进一步的推广。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头，它以高压水作为工作介质，同时压力水作为钻头工作状态切换的动力，不仅简化了钻头的构造，而且具有反复切换工作状态的功能，可实现在已有的钻孔中，采用水射流技术进行水力冲孔与水射流割缝作业，使高压水射流技术在钻进领域中得到广泛的推广应用。

本发明是通过以下技术方案来实现其发明目的的：

一种可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头，包括；壳体、与壳体顶端连接的喷头。所述的壳体内腔依次安装有钻芯、复位弹簧、压力调节阀，钻芯为三个直径不同的台阶轴，其大直径轴段与壳体的内腔滑动配合，并沿轴线设有导流通道及垂直导流孔，小直径轴段与压力调节阀的内孔滑动配合，复位弹簧套装在台阶轴的中段，壳体上设有水平导流通道及垂直导流通道，壳体尾部安装含有导流孔的定位压头，定位压头的导流孔直径应小于钻芯端头的外径，确保钻芯只能在安装孔中移动。

所述的壳体与喷头之间、壳体内腔与压力调节阀之间、壳体与定位压头之间设有O型密封圈。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

由于在钻头壳体内腔设置了含有导流通道、变直径的台阶式钻芯，钻芯复位压缩弹簧，以及与钻芯滑动配合的压力调节阀，使得钻芯能在压力水的驱动下，沿壳体内腔来回运动。加之，壳体上设有水平导流通道及垂直导流通道，当中低压水流工作时，水的压力小于弹簧的压缩力，钻芯的导流通道和壳体的水平导流通道连通，壳体上的垂直导流通道封闭，钻头处于冲孔状态；当水流的压力增大后，水的压力大于复位弹簧的压缩力，钻芯被水压推动，钻芯的导流通道和壳体的水平导流通道封闭，壳体上的垂直导流通道打开，钻头处于水射流割缝状态。从而实现了用钻头的工作介质-压力水作为切换冲孔、割缝工作状态的动力，不仅具有反复切换工作状态的功能，而且简化了钻头的构造。可以在已有的钻孔中，采用水射流技术进行水力冲孔与水射流割缝作业，使高压水射流技术在钻进领域中得到广泛的应用。

下面结合附图，通过较佳实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明：

图1是一种可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头的结构示意图；

图2是钻头处于水力割缝状态时的结构示意图。

具体实施方式：

如图1、2所示，一种可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头，包括；壳体2、与壳体顶端连接的喷头6。所述的壳体内腔依次安装有钻芯3、复位弹簧4、压力调节阀5。钻芯3为三个直径不同的台阶轴式结构，其大直径轴段与壳体2的内腔滑动配合，并沿轴线设有导流通道10及垂直导流孔11，小直径轴段与压力调节阀5的内孔滑动配合，复位弹簧4套装在台阶轴的中段，壳体2上设有水平导流通道9及垂直导流通道12，壳体2尾部安装含有导流孔14的定位压头1。

所述的定位压头1，其导流孔14的直径小于钻芯端头的外径。

所述的壳体2与喷头6之间、壳体内腔与压力调节阀5之间、壳体2与定位压头1之间设有O型密封圈7、8、13。

由于工作介质的压力较高(至少在5～30MPa之间)，水压作用在钻芯端面的力会达到上百公斤，无法选择适合于工作的复位弹簧。为此，本发明将钻芯设计为不同直径的台阶状圆柱体，缩小了作用面积，减小了水流在钻芯上的压力，从而可选用压缩弹簧作为钻芯的复位件。

本发明的工作过程：

将钻头安装在连续钢管末端，连续钢管中充满一定压力的水，并将可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头通过连续钢管送入钻孔中。当水流的压力较小时(5～30MPa)，压力小于复位弹簧4的推力，钻芯3上水流导流通道10和钻头壳体的水平导流通道9畅通，垂直导流通道12被关闭，钻头处于水力冲孔状态(图1)，及时清理钻孔中钻头前方的钻屑，使钻头能顺利送入钻孔孔底。当需要进行割缝作业时，提高连续钢管中水流的压力(30～70MPa)，由于水流的压力大于复位弹簧4的推力，钻芯3在水流压力的作用下移动，关闭水力冲孔的垂直导流孔11，同时，打开水射流割缝的垂直导流通道12，钻头处于水力割缝状态(图2)，完成割缝作业。

Claims (3)

1、一种可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头，包括：壳体(2)，与壳体顶端连接的喷头(6)，其特征在于：所述的壳体内腔安装有钻芯(3)、复位弹簧(4)、压力调节阀(5)，钻芯(3)为三个直径不同的台阶轴，其大直径轴段与壳体(2)的内腔滑动配合，并沿轴线设有导流通道(10)及垂直导流孔(11)，小直径轴段与压力调节阀(5)的内孔滑动配合，复位弹簧(4)套装在台阶轴的中段，壳体(2)上设有水平导流通道(9)及垂直导流通道(12)，壳体(2)后部安装含有导流孔(14)的定位压头(1)。

2、按照权利要求1所述的高压水射流钻头，其特征在于：所述的定位压头(1)，其导流孔(14)的直径小于钻芯端头的外径。

3、按照权利要求1所述的高压水射流钻头，其特征在于：所述的壳体(2)与喷头(6)之间、壳体内腔与压力调节阀(5)之间、壳体(2)与定位压头(1)之间设有O型密封圈(7、8、13)。

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