CN104481411A - 多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头 - Google Patents

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张连军
张海宾
王春利
朱善超
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/54Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of the rotary drag type, e.g. fork-type bits
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
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    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/60Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • E21B10/602Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids the bit being a rotary drag type bit with blades

Abstract

本发明涉及一种适用于复杂地质构造在钻进过程中可对钻头进行润滑及冷却,自动扩孔,钻进效率高,寿命长,适用性强的多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头。多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头包括了一个特殊的合金冠部,增加了金刚石复合片,可有效缓解钢体的磨损程度,确保孔径大小一致,不出现缩孔现象。所述钻头高压水射流辅助钻进效率提高大有益处,且水射流成孔直径比常规机械旋切钻进成孔直径大,局部地区软煤层孔径可增大20-30倍。所述钻头可在压裂破碎区,塌孔区,堵孔区,瓦斯积聚区,和有煤炮,喷孔的区域外切割缝水流通通过钻进到工艺要求的区域结合产品特点进行其他钻孔施工工艺,一体化完成省时省力。

Description

多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头
技术领域
[0001] 本发明属于煤炭钻探工程,矿山开采,地质钻探等技术设备领域,主要用于煤矿井下,瓦斯抽采孔,探放水孔,注浆孔等施工中所涉及多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头。
背景技术
[0002] 钻头广泛应用于地质勘探、采矿等领域,主要用于煤矿井下瓦斯抽采孔,探放水孔,注浆孔等施工中,直接与岩石或煤层接触,通过旋转切削,冲压等作用破碎岩石或煤层的工具。现代煤炭工程中广泛使用的钻头主要有金刚石钻头,金刚石复合片$00钻头,硬质合金钻头,锚杆钻头。当今,金刚石钻头、金刚石复合片$00钻头和硬质合金钻头已发展到相当高的水平,但仍存在一些不可克服的问题。一是怕复杂地质构造,对岩层硬度的变化对钻头的钻进效率和成孔率大大折扣。二是怕划眼和扩眼,对钻头损坏巨大,影响钻头寿命。三是正常钻进中对钻头体的材料易磨损,成孔孔径不足,中间钻具不能顺利钻进、退出,钻孔堵孔,塌孔成为废孔。
[0003] 金刚石钻头是一种采用粉末治金的方法将金刚石镶焊在钻头体上的磨削型钻头,不同的钻产类型,唇面形状,胎体配方保证了钻头在适应地层中始终保持高效率,长寿命的钻进性能,多做成大直径,取芯钻头,其中制造成本高,配套钻具也要求大直径,排粉工作量大,排粉需要更大流量泵配套使用。焊接质量成为制约钻头使用寿命的主要因素之一,钻头圆周面与钻孔壁岩石接触时间长,面积大,需要有较大的径向旋转力,保证动力足够的情况下才能保证钻进效率。
[0004] 金刚石复合片钻头是一种以人造金刚石复合片作为切削齿的切削型钻头,破煤岩形式为刮削式,在地质勘探、采矿等领域广泛应用,在煤炭工程中使用的比例极大。在理想工作条件下,钻头钻进时各主要切削齿的运动轨迹为相对固定的同心圆球带,而且各切削齿受力与冲击各有差导,重复工作量大,效率末达到最佳。该类型钻头适用于软,中硬完整地层的钻进,不宜在破碎裂隙,强硬岩层或强研磨性地层使用。使用中出现以下不足:(1)易出现掉齿,崩齿,烧坏,磨损过度,出现打不进,效率低下。⑵排粉量大,泵量要求足,退钻时钻头直径与钻杆直径差值形成环缝隙,退钻时积累钻肩易抱死钻头,易丢失。
[0005] 硬质合金钻头是将硬质合金切削齿焊接到钻头体上的一钟钻头,切削齿的种类、钻头体结构等,可根据所钻地层或煤层情况进行调整,具有结构简单,使用成本低,本煤层钻进效率高,适用于软岩或煤层钻进。对中硬岩层钻不进,破岩效率低,中心钻进能力不高,钻肩易进入钻头钻杆中,不适用于湿式打钻,磨损量大,成孔直径变化大。
发明内容
[0006] 本发明设计一种广泛适用于复杂地质构造在钻进过程中可对钻头进行润滑及冷却,自动完成扩孔,钻进效率高,寿命长,适用性强的多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头。
[0007] 为实现本发明目的,采用技术方案如下:多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头改制成新型钻头体与接头体分体组装式结构,其特征在于:
新型?IX:钻头包括了一个特殊的合金冠部,在原有的内凹多翼无芯钻头设计基础上,保持了原有外圆周平行排布六片金刚石复合片在三个翼板上,每个翼板上有两片,内凹有两个支柱,其上各有一片金刚石复合片。这是一种外圆周复合片旋切,内部复合片破碎的两层钻进结构。另外增加了每个翼板上第二层有半片金刚石复合片,这样总数量就多了一片半,在与孔壁接触钻进过程中,是增加的三个半片在与孔壁接触切肩,可有效缓解钢体的磨损程度,确保孔径大小一致,不出现缩孔现象。
[0008] 新型钻头在水眼位置从翼板前端圆周改到了翼板后部,内设芯型合金喷嘴。
[0009] 合金喷嘴连接到金刚石复合片?IX:钻头专用水道,专用水道连接环型水槽,环型水槽连接到连接体出水孔。
[0010] 新型?IX:钻头翼板外圆周上设有六条硬质合金条状保径,每块翼板上两条,放置在金刚石复合片钻头钢体外圆周。
[0011] 新型?IX:钻头内圆周设导向套,内设导向环,连接到连接体,连接体前端设置钢套阀座,钢套阀座连接到密封锥阀芯,密封锥阀芯连接到蝶形弹簧。蝶形弹簧,密封锥阀芯,钢套阀座都设计在连接体孔内。
[0012] 所述连接体连接为外接正六边形,正六边形接圆柱段连接中间设两层密封沟槽,密封沟槽内设0型密封圈和聚四氟乙烯挡圈各两只。两层密封沟槽中间有4-6个出水联通孔。
[0013] 所述?IX:钻头与连接体连接为正六边形,并带有内外导向套。连接体后端螺纹连接配套钻杆体接头。
[0014] 所述钻头与连接体在两个工作状态间切换,打钻压紧时供低压水状态,高压通道水道关闭。复位时供高压水状态,高压通道水道打开。
[0015] 有益效果:本发明专利的多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头能适用于岩层硬度变华等复杂地质构造的钻孔环境,在钻进高率完成后,可以在退钻过程中进行割缝作业,自动完成扩孔,保护钻头钢体,减少磨损,提高寿命,成孔孔径不缩孔,成孔率高,钻具进退自如,清理堵孔,导通塌孔等作用。
[0016] 所述钻头更具有增加打钻效率,在退钻作业时可切可割,可冲,可压。水射流体通过高压喷嘴喷出水柱,水柱冲击到煤岩壁形成径向旋转的反作用切向力,大大减小了动力需求,保证动力足够的同时,提高工作效率。
[0017] 所述钻头喷嘴位置调整到翼板后部,可减少钻头体原有水眼的加工,省去一道加工工艺,同时喷嘴出水更好起到冷却,润滑钻头的作用。避免了磨损过度,确保打的进,而且相当于提尚钻头的寿命。
[0018] 所述钻头喷嘴出水后有助于顺畅排粉,增大环缝隙,提供主动的运移流场,减小抱钻,丢钻的机会。
[0019] 所述钻头高压水射流辅助钻头对中硬岩层钻进效率提高大有益处,且水射流有利于提高破岩的速度,成孔直径比常规机械旋切钻进成孔直径大,局部地区软煤层孔径可增大20-30倍。
[0020] 所述钻头可在压裂破碎区,塌孔区,堵孔区,瓦斯积聚区,和有煤炮,喷孔的区域外切割缝水流通通过钻进到工艺要求的区域结合产品特点进行其他钻孔施工工艺,无需单独钻孔后撤钻再次送入割缝位置进行割缝多步聚复杂工艺,一体化完成省时省力。
附图说明
[0021]图1为本发明专利多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头的主视图。
[0022]图2为本发明专利多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头的左视图。
[0023]图3为本发明专利多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头的剖视图
图4为本发明专利钻头压紧时低压水供水状态,高压通送关闭。
[0024] 图5为本发明专利钻头复位时高压水供水状态,高压通送打开。
[0025] 图中:1-金刚石复合片,2-加强型金刚石复合片,3-新型钻头体4-合金喷嘴,5-硬质合金保径,6-水道,7-导向环,8-钢套阀座,9-密封锥阀芯,10-0型密封圈,11 -聚四氟乙烯挡圈,12-蝶形弹簧,13-连接体。
具体实施方式
[0026] 如图所示:多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头改制成新型?IX:钻头体3与接头体13分体组装式结构,其特征在于:新型钻头3包括了一个特殊的合金冠部,在原有的内凹多翼无芯钻头设计基础上,保持了原有外圆周平行排布六片金刚石复合片2在三个翼板上,每个翼板上有两片,内凹有两个支柱,其上各有一片金刚石复合片。这是一种外圆周复合片旋切,内部复合片破碎的两层钻进结构。增设了每个翼板上第二层有半片金刚石复合片1,这样总数量就多了一片半,在与孔壁接触钻进过程中,是增加的三个半片在与孔壁接触切肩,可有效缓解钢体的磨损程度,确保孔径大小一致,不出现缩孔现象。
[0027] 新型钻头3在水眼位置从翼板前端圆周改到了翼板后部,内设芯型合金喷嘴4。
[0028] 合金喷嘴4连接到金刚石复合片钻头3专用水道6,专用水道6连接环型水槽,环型水槽连接到连接体13出水孔。
[0029] 新型钻头3翼板外圆周上设有六条硬质合金条状保径5,每块翼板上两条,放置在金刚石复合片钻头3钢体外圆周。
[0030] 新型钻头3内圆周设导向套,内设导向环7,连接到连接体13,连接体13前端设置钢套阀座8,钢套阀座8连接到密封锥阀芯9,密封锥阀芯9连接到蝶形弹簧12。蝶形弹簧12共计十六片成对放置上下各一单片,密封锥阀芯9,钢套阀座8都设计在连接体13孔内。
[0031] 所述连接体3内密封锥阀芯9与钢套阀座8通过预压的蝶形弹簧12连接,克服了工作介质压力较同10-30^¾之间,水压作用在钢套阀座8的力会有上百公斤,通过蝶形弹簧强大的复位能力,来为高低压切换进行复位。
[0032] 所述连接体13连接为外接正六边形,正六边形接圆柱段连接中间设两层密封沟槽,密封沟槽内设0型密封圈10和聚四氟乙烯挡圈11各两只。两层密封沟槽中间有4-6个出水联通孔。
[0033] 所述钻头3与连接体13连接为正六边形,并带有内外导向套。连接体后端螺纹连接配套钻杆体接头。
[0034] 所述钻头3与连接体13在两个工作状态间切换,打钻压紧时供低压水状态,高压通道水道关闭。复位时供高压水状态,高压通道水道打开。
[0035] 有益效果:本发明专利的多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头能适用于岩层硬度变华等复杂地质构造的钻孔环境,在钻进高率完成后,可以在退钻过程中进行割缝作业,自动完成扩孔,保护钻头钢体,减少磨损,提高寿命,成孔孔径不缩孔,成孔率高,钻具进退自如,清理堵孔,导通塌孔等作用。
[0036] 所述钻头更具有增加打钻效率,在退钻作业时可切可割,可冲,可压。水射流体通过高压喷嘴喷出水柱,水柱冲击到煤岩壁形成径向旋转的反作用切向力,大大减小了动力需求,保证动力足够的同时,提高工作效率。
[0037] 所述钻头喷嘴位置调整到翼板后部,可减少钻头体原有水眼的加工,省去一道加工工艺,同时喷嘴出水更好起到冷却,润滑钻头的作用。避免了磨损过度,确保打的进,而且相当于提尚钻头的寿命。
[0038] 所述钻头喷嘴出水后有助于顺畅排粉,增大环缝隙,提供主动的运移流场,减小抱钻,丢钻的机会。
[0039] 所述钻头高压水射流辅助钻头对中硬岩层钻进效率提高大有益处,且水射流有利于提高破岩的速度,成孔直径比常规机械旋切钻进成孔直径大,局部地区软煤层孔径可增大20-30倍。
[0040] 综上所述钻头可在压裂破碎区,塌孔区,堵孔区,瓦斯积聚区,和有煤炮,喷孔的区域外切割缝水流通通过钻进到工艺要求的区域结合产品特点进行其他钻孔施工工艺,无需单独钻孔后撤钻再次送入割缝位置进行割缝多步聚复杂工艺,多作用一体化完成省时省力。

Claims (15)

1.多用途配合旋切径向自旋转割缝式内凹多翼无芯钻头改制成新型?00钻头体3与接头体13分体组装式结构,其特征在于:新型?IX:钻头3包括了一个特殊的合金冠部,在原有的内凹多翼无芯钻头设计基础上,保持了原有外圆周平行排布六片金刚石复合片2在三个翼板上,每个翼板上有两片,内凹有两个支柱,其上各有一片金刚石复合片。
2.这是一种外圆周复合片旋切,内部复合片破碎的两层钻进结构。
3.增设了每个翼板上第二层有半片金刚石复合片1,这样总数量就多了一片半,在与孔壁接触钻进过程中,是增加的三个半片在与孔壁接触切肩,可有效缓解钢体的磨损程度,确保孔径大小一致,不出现缩孔现象。
4.新型?IX:钻头3在水眼位置从翼板前端圆周改到了翼板后部,内设芯型合金喷嘴4。
5.合金喷嘴4连接到金刚石复合片钻头3专用水道6,专用水道6连接环型水槽,环型水槽连接到连接体13出水孔。
6.新型钻头3翼板外圆周上设有六条硬质合金条状保径5,每块翼板上两条,放置在金刚石复合片钻头3钢体外圆周。
7.新型?IX:钻头3内圆周设导向套,内设导向环7,连接到连接体13,连接体13前端设置钢套阀座8,钢套阀座8连接到密封锥阀芯9,密封锥阀芯9连接到蝶形弹簧12。
8.蝶形弹簧12共计十六片成对放置上下各一单片,密封锥阀芯9,钢套阀座8都设计在连接体13孔内。
9.所述连接体3内密封锥阀芯9与钢套阀座8通过预压的蝶形弹簧12连接,克服了工作介质压力较同10-30^¾之间,水压作用在钢套阀座8的力会有上百公斤,通过蝶形弹簧强大的复位能力,来为高低压切换进行复位。
10.所述连接体13连接为外接正六边形,正六边形接圆柱段连接中间设两层密封沟槽,密封沟槽内设0型密封圈10和聚四氟乙烯挡圈11各两只。
11.两层密封沟槽中间有4-6个出水联通孔。
12.所述钻头3与连接体13连接为正六边形,并带有内外导向套。
13.连接体后端螺纹连接配套钻杆体接头。
14.所述?IX:钻头3与连接体13在两个工作状态间切换,打钻压紧时供低压水状态,高压通道水道关闭。
15.复位时供高压水状态,高压通道水道打开。
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