CN101298831B - 钻进方向可调的高压气射流钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻进方向可调的高压气射流钻具，包括钻杆，其特征在于：钻头通过轴承配合连接在钻杆前段的端部；在钻杆前段的外面套有一钻进方向调节装置，在钻杆后段的外面套有多副钻具进退装置；在钻进方向调节装置的前端设有与钻杆内孔的前端相通的排渣口；在多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的外面设有与钻头内设有的环形气道及多条弧形气道相通的超高压气体输送管和高压气体输送管。具有以下优点：在钻进过程中只有钻头转动，而钻杆不转动，扭矩损失小，不仅效率高，而且可增加钻进深度；钻进过程中可以根据需要调整钻头的方向；对环境污染小，不会造成水资源的消费。
Description
技术领域
本发明涉及钻探机具，具体涉及适用于煤层及岩层钻探的钻进方向可调的高压气射流钻具。
背景技术
现有的钻机大多采用机械传动方式带动钻杆旋转，连接在钻杆前端的钻头上固定安装有硬质合金块，依靠旋转的硬质合金块实现钻进。这种机械传动方式的钻机在钻进深度较浅时，传递扭矩损失不太明显。随着钻进深度的逐渐增加、钻杆的逐渐加长，传递扭矩损失也随之逐渐增大，钻头磨损也逐渐严重。CN1227445C公告了名称为“水射流连续推进的定向钻机”的发明专利，该钻机由缠绕机构、连续钢管、钢管推进机构、钢管校直机构、水射流钻头、随钻测斜仪、方向控制系统、高压水泵、油泵等组成，不仅解决了高压水射流钻长孔的连续推进、钻进方向可控的技术难题，而且具有施工效率高、钻孔质量、设备安全可靠的优点。但存在排出的泥水不便处理的问题。
发明目的
本发明的目的是提供一种钻进方向可调的高压气射流钻具，它钻进深度长、效率高，钻进方向可调，钻头使用寿命长，排出的钻屑易于处理，有利于环境保护。
本发明所述的钻进方向可调的高压气射流钻具，包括钻杆，其特征在于：钻头通过轴承配合连接在钻杆前段的端部；在钻杆前段的外面套有一钻进方向 调节装置，在钻杆后段的外面套有多副钻具进退装置；在钻进方向调节装置的前端设有与钻杆内孔的前端相通的排渣口，钻杆内孔的后端与一抽风机相连；
在多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的外面设有超高压气体输送管和高压气体输送管，在多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的里面设有气体输送管；超高压气体输送管的出口端与钻头内设有的环形气道及多条弧形气道相通、进口端与第一气体压缩机相连，输入的超高压气体驱动钻头旋转切割煤层及岩层；高压气体输送管的出口端与钻进方向调节装置相通、进口端与第二气体压缩机相连，输入的高压气体驱动钻进方向调节装置工作，以调整钻进方向；气体输送管的出口端与多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的内腔相通，进口端与第三气体压缩机相连，输入的气体将钻具进退装置和钻进方向调节装置内的煤渣清除；
在多副钻具进退装置内设有前进高压液体输送管和后退高压液体输送管，两输送管的出口端分别与多副钻具进退装置相连、进口端分别与一液体加压泵相连，输送的高压液体驱动钻具进退装置前进或者后退。
由于本钻具钻进时，钻头由高压气体通过多条弧形气道使其转动，而钻杆不转动，钻杆的内孔作为排渣通道，所以不仅扭矩损失小、效率高，而且排出的渣由抽风机抽出，易于处理，对环境污染很小。
所述的钻进方向可调的高压气射流钻具，其钻杆的后段由多节两端部设有螺纹的万向调整管连接组成。钻杆的后段采用万向调整管连接的方式组成，便于调整对位，方便安装。
所述的钻进方向可调的高压气射流钻具，其钻进方向调节装置包括钻杆前段套筒及设在其外面的卡槽、设在钻杆前段套筒内的方向调整机构；该方向调 整机构由滑动环、沿滑动环径向等距离设置的三个气压千斤顶、三根分别与三个气压千斤顶连通的高压气体支管、与三根高压气体支管连通的高压气体分配环组成；高压气体分配环与嵌入卡槽的高压气体输送管连通；在每根高压气体支管上均设有防爆电磁控制阀，与三个防爆电磁控制阀连接的电缆沿卡槽引出与方向调整控制器连接；滑动环和高压气体分配环套在钻杆前段的外面，三个气压千斤顶端部的支撑块分别从钻杆前段套筒上的三条槽口伸出与钻孔壁接触。通过方向调整控制器分别控制三个防爆电磁控制阀的开启或关闭，调整三个气压千斤顶，即可调整钻进方向。
所述的钻进方向可调的高压气射流钻具，其钻具进退装置包括钻杆后段套筒及设在其上的卡槽、前进高压液体输送通道和后退高压液体输送通道、连接钻杆后段套筒一端的套筒环、还包括设在钻杆后段套筒内的钻具前进机构和钻具后退机构；
钻具前进机构设在钻杆后段套筒的前部，由前进滑动环、前进高压液体分配环、设在该两环之间的三个前进液压千斤顶、三根一端铰接在前进滑动环上的前进臂、三只分别铰接在三个前进臂另一端上的前进脚掌、三根连接在三只前进脚掌和前进高压液体分配环上的前进脚掌回位弹簧组成，前进滑动环和前进高压液体分配环套在钻杆后段的外面，前进高压液体分配环与前进高压液体输送管连通，三根前进臂及三只前进脚掌分别从钻杆后段套筒上的三条槽口伸出与钻孔壁接触；
钻具后退机构设在钻杆后段套筒的后部，由后退滑动环、后退高压液体分配环、设在该两环之间的三个后退液压千斤顶、三根一端铰接在后退滑动环上的后退臂、三只分别铰接在三个后退臂另一端上的后退脚掌、三根连接在三只 后退脚掌和后退高压液体分配环上的后退脚掌回位弹簧组成，后退滑动环和后退高压液体分配环套在钻杆后段的外面，后退高压液体分配环与后退高压液体输送管连通，三根后退臂及三只后退脚掌分别从钻杆后段套筒上的三条槽口伸出与钻孔壁接触。
本发明与现有技术相比具有以下优点：在钻进过程中只有钻头转动，而钻杆不转动，扭矩损失小，不仅效率高，而且可增加钻进深度；钻进过程中可以根据需要调整钻头的倾角和方向；排出的钻屑易于处理，对环境污染小；采用气射流切割，气体来源不受限制，不会造成水资源的消费。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是钻头与钻杆前段配合连接的示意图。
图3是一节钻杆后段的示意图。
图4是钻进方向控制装置的方向调整机构的示意图。
图5是钻具进退装置的钻具前进机构和钻具后退机构的示意图。
具体实施方式
参见图1和图3，本发明所述的高压气射流钻具，其钻头2通过轴承3配合连接在钻杆1前段的端部；钻进方向调节装置4套在钻杆前段的外面，多副钻具进退装置5套在钻杆后段的外面，钻杆的后段由多节两端部设有螺纹的万向调整管连接组成；设在钻进方向调节装置4的前端的排渣口6与钻杆内孔的前端相通，钻杆内孔的后端与一抽风机相连；超高压气体输送管7、高压气体输送管8设在多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的外面，气体输送管9设在多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的里面；
参见图2，超高压气体输送管7的出口端与钻头2内设有的环形气道2-1及多条弧形气道2-2相通、进口端与第一气体压缩机相连；
参见图4，钻进方向调节装置4包括钻杆前段套筒4-1及设在其外面的卡槽4-2、设在钻杆前段套筒内的方向调整机构；方向调整机构由滑动环4-3、沿滑动环径向等距离设置的三个气压千斤顶4-4、三根分别与三个气压千斤顶连通的高压气体支管4-5、与三根高压气体支管连通的高压气体分配环4-6组成；高压气体分配环与嵌入卡槽4-2的高压气体输送管8连通；在每根高压气体支管上均设有防爆电磁控制阀4-7，与三个防爆电磁控制阀连接的电缆沿卡槽4-2引出与方向调整控制器连接；滑动环4-3和高压气体分配环4-6套在钻杆1前段的外面，三个气压千斤顶端部的支撑块4-9分别从钻杆前段套筒4-1上的三条槽口4-8伸出与钻孔壁接触。高压气体输送管的出口端与钻进方向调节装置4相通、进口端与第二气体压缩机相连；气体输送管的出口端与钻具进退装置和钻进方向调节装置的内腔相通，进口端与第三气体压缩机相连。
参见图5，将前进高压液体输送管10和后退高压液体输送管11设在在多副钻具进退装置内，两输送管的出口端分别与多副钻具进退装置相连、进口端分别与液体加压泵相连。钻具进退装置5包括钻杆后段套筒5-1及设在其上的卡槽5-2、前进高压液体输送通道和后退高压液体输送通道、连接钻杆后段套筒一端的套筒环5-3；钻具前进机构和钻具后退机构装在钻杆后段套筒内；
由前进滑动环5—4、前进高压液体分配环5—5、设在该两环之间的三个前进液压千斤顶5—6、三根一端铰接在前进滑动环上的前进臂5—7、三只分别铰接在三个前进臂另一端上的前进脚掌5—8、三根连接在三只前进脚掌和前进高压液体分配环上的前进脚掌回位弹簧5—9组成的钻具前进机构装在钻杆后段套 筒内的前部，前进滑动环和前进高压液体分配环套在钻杆后段的外面，前进高压液体分配环与前进高压液体输送管10连通，三根前进臂及三只前进脚掌分别从钻杆后段套筒5—1上的三条槽口5—10伸出与钻孔壁接触。钻具前进时，液体加压泵输出的高压液体经前进高压液体输送管输送到各钻具进退装置的钻具前进机构的前进高压液体分配环，驱动三个前进液压千斤顶工作，前进高压液体分配环与钻杆后段套筒一端的套筒环紧靠，使三根前进臂撑开，其一端上的前进脚掌与钻孔壁贴紧，将钻具进退装置向前推移一段距离；然后，使三个前进液压千斤顶卸压，三根前进臂收回，其一端上的前进脚掌与钻孔壁脱离接触。如此周而复始，将钻具向前推进。
由后退滑动环5—11、后退高压液体分配环5—12、设在该两环之间的三个后退液压千斤顶5—13、三根一端铰接在后退滑动环上的后退臂5—14、三只分别铰接在三个后退臂另一端上的后退脚掌5—15、三根连接在三只后退脚掌和后退高压液体分配环上的后退脚掌回位弹簧5—16组成的钻具后退机构装在钻杆后段套筒内的后部，后退滑动环和后退高压液体分配环套在钻杆后段的外面，后退高压液体分配环与后退高压液体输送管11连通，三根后退臂及三只后退脚掌分别从钻杆后段套筒5—1上的三条槽口5—10伸出与钻孔壁接触。钻具后退时，液体加压泵输出的高压液体经后退高压液体输送管输送到各钻具进退装置的钻具后退机构的后退高压液体分配环，驱动三个后退液压千斤顶工作，后退高压液体分配环与钻杆后段套筒另一端内的台阶紧靠，使三根后退臂撑开，其一端上的后退脚掌与钻孔壁贴紧，将钻具进退装置向后推移一段距离；然后，使三个后退液压千斤顶卸压，三根后退臂收回，其一端上的后退脚掌与钻孔壁脱离接触。如此周而复始，将钻具向后推出。
Claims (4)
1.钻进方向可调的高压气射流钻具，包括钻杆(1)，其特征在于：钻头(2)通过轴承(3)配合连接在钻杆前段的端部；在钻杆前段的外面套有一钻进方向调节装置(4)，在钻杆后段的外面套有多副钻具进退装置(5)；在钻进方向调节装置的前端设有与钻杆内孔的前端相通的排渣口(6)，钻杆内孔的后端与一抽风机相连；
在多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的外面设有超高压气体输送管(7)和高压气体输送管(8)，在多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的里面设有气体输送管(9)；超高压气体输送管的出口端与钻头(2)内设有的环形气道(2-1)及多条弧形气道(2-2)相通、进口端与第一气体压缩机相连；高压气体输送管的出口端与钻进方向调节装置相通、进口端与第二气体压缩机相连；气体输送管的出口端与多副钻具进退装置和钻进方向调节装置的内腔相通，进口端与第三气体压缩机相连；
在多副钻具进退装置内设有前进高压液体输送管(10)和后退高压液体输送管(11)，两输送管的出口端分别与多副钻具进退装置相连、进口端分别与一液体加压泵相连。
2.根据权利要求1所述的钻进方向可调的高压气射流钻具，其特征在于：钻杆(1)的后段由多节两端部设有螺纹的万向调整管连接组成。
3.根据权利要求1或2所述的钻进方向可调的高压气射流钻具，其特征在于：钻进方向调节装置(4)包括钻杆前段套筒(4-1)及设在其外面的卡槽(4-2)、设在钻杆前段套筒内的方向调整机构；该方向调整机构由滑动环(4-3)、沿滑动环径向等距离设置的三个气压千斤顶(4-4)、三根分别与三个气压千斤顶连通的高压气体支管(4-5)、与三根高压气体支管连通的高压气体分配环(4-6)组成；高压气体分配环与嵌入卡槽(4-2)的高压气体输送管(8)连通；在每根高压气体支管上均设有防爆电磁控制阀(4-7)，与三个防爆电磁控制阀连接的电缆沿卡槽(4-2)引出与方向调整控制器连接；滑动环(4-3)和高压气体分配环(4-6)套在钻杆(1)前段的外面，三个气压千斤顶端部的支撑块(4-9)分别从钻杆前段套筒(4-1)上的三条槽口(4-8)伸出与钻孔壁接触。
4.根据权利要求1或2所述的钻进方向可调的高压气射流钻具，其特征在于：钻具进退装置(5)包括钻杆后段套筒(5-1)及设在其上的卡槽(5-2)、前进高压液体输送通道和后退高压液体输送通道、连接钻杆后段套筒一端的套筒环(5-3)、还包括设在钻杆后段套筒内的钻具前进机构和钻具后退机构；
钻具前进机构设在钻杆后段套筒的前部，由前进滑动环(5-4)、前进高压液体分配环(5-5)、设在该两环之间的三个前进液压千斤顶(5-6)、三根一端铰接在前进滑动环上的前进臂(5-7)、三只分别铰接在三个前进臂另一端上的前进脚掌(5-8)、三根连接在三只前进脚掌和前进高压液体分配环上的前进脚掌回位弹簧(5-9)组成，前进滑动环和前进高压液体分配环套在钻杆(1)后段的外面，前进高压液体分配环与前进高压液体输送管(10)连通，三根前进臂及三只前进脚掌分别从钻杆后段套筒(5-1)上的三条槽口(5-10)伸出与钻孔壁接触；
钻具后退机构设在钻杆后段套筒的后部，由后退滑动环(5-11)、后退高压液体分配环(5-12)、设在该两环之间的三个后退液压千斤顶(5-13)、三根一端铰接在后退滑动环上的后退臂(5-14)、三只分别铰接在三个后退臂另一端上的后退脚掌(5-15)、三根连接在三只后退脚掌和后退高压液体分配环上的后退脚掌回位弹簧(5-16)组成，后退滑动环和后退高压液体分配环套在钻杆(1)后段的外面，后退高压液体分配环与后退高压液体输送管(11)连通，三根后退臂及三只后退脚掌分别从钻杆后段套筒(5-1)上的三条槽口(5-10)伸出与钻孔壁接触。
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