CN106761420A - 一种喷射式活翼扩孔钻具及其制作方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷射式活翼扩孔钻具及其制作方法和使用方法，属于扩孔钻具领域。本发明的扩孔钻具，包括钻头体，钻头体的上端设有公接头，钻头体的下端镶嵌有先导切削具，钻头体的外周均匀固定有3～4组翼板座，翼板座上可拆卸地固定有扩孔翼板，扩孔翼板上镶嵌有扩孔切削具，钻头体上位于每个翼板座的下方均设有一个连通钻头体内腔且喷口垂直朝下的喷咀，钻头体内腔的下部设有隔水板，隔水板上设有多个均匀分布的喷水孔。本发明利用冲洗液发挥水力碎岩作用，提高扩孔效率；并且扩孔翼板磨损后可及时更换，无需更换整个钻具，使钻具成本降低30～60％；同时钻具导向好，工作平稳，扩孔质量好；还有，钻具的制作和使用均更加简单方便。

Description

一种喷射式活翼扩孔钻具及其制作方法和使用方法

技术领域

本发明涉及一种扩孔钻具，更具体地说，涉及一种喷射式活翼扩孔钻具及其制作方法和使用方法，主要用于地质勘察、供水管井等工程领域。

背景技术

对于地质勘察、供水管井等工程领域的钻孔，钻进的地层主要是沉积岩(泥岩、页岩、砂岩、板岩、石灰岩等)及第三纪、第四纪沉积土层，钻孔深度50～300m。由于此类工程孔的设计最终钻孔直径较大不能一次成孔，需要预先钻进先导孔(钻孔外径)，然后经1～2次扩孔才能达到设计的钻孔直径。扩孔往往采用普通翼板式扩孔钻头，即在钻头体外侧直接焊接3～4个扩孔翼板(翼板上镶嵌硬质合金片)，扩孔翼板工作负荷大，磨损较快，要频繁更换钻头，致使扩孔效率低，钻头使用成本高。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有扩孔钻具存在扩孔效率低、钻头使用成本高等不足，提供一种喷射式活翼扩孔钻具及其制作方法和使用方法，采用本发明的技术方案，利用冲洗液高速射流软化或碎裂扩孔孔壁的岩石，发挥水力碎岩作用，同时完成扩孔翼板的清洗，保证扩孔翼板有效扩孔，提高扩孔效率，在同等条件下可提高扩孔效率20～30％；并且扩孔翼板磨损后可及时更换，无需更换整个钻具，使钻具成本降低30～60％；同时利用钻具前部的先导部分进行导向，钻具导向好，工作平稳，扩孔质量好；还有，钻具的制作和使用均更加简单方便。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具，包括钻头体，所述的钻头体的上端设有公接头，所述的钻头体的下端镶嵌有先导切削具，所述的钻头体的外周均匀固定有3～4组翼板座，所述的翼板座上可拆卸地固定有扩孔翼板，所述的扩孔翼板上镶嵌有扩孔切削具，所述的钻头体上位于每个翼板座的下方均设有一个连通钻头体内腔且喷口垂直朝下的喷咀，所述的钻头体内腔的下部设有隔水板，所述的隔水板上设有多个均匀分布的喷水孔。

更进一步地，所述的扩孔切削具在钻头体上分布的最大外径D2为先导切削具在钻头体上分布的外径D1的2～2.5倍。

更进一步地，所述的先导切削具在钻头体上分布的外径D1为所述的扩孔切削具在钻头体上分布的最大外径D2为所述的钻头体的有效高度H为600～800mm。

更进一步地，所述的翼板座焊接在钻头体上，翼板座的中间设有夹缝，所述的扩孔翼板安装于该夹缝内，并用螺栓固定。

更进一步地，所述的扩孔翼板的下部为倾角30°～45°的斜面。

更进一步地，所述的隔水板距钻头体下端面30～50mm。

更进一步地，所述的扩孔切削具为片状或柱状硬质合金切削具，所述的先导切削具为柱状硬质合金切削具。

本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的制作方法，包括以下步骤：

(a)制作外径为壁厚为10～16mm，有效高度为600～800mm的钻头体，并在钻头体的上端设置用于连接钻杆柱的公接头，在钻头体的底面镶嵌先导切削具；

(b)在钻头体的外周壁上均匀焊接3～4组中间设有夹缝的翼板座，并在翼板座的侧面开设螺栓孔；

(c)在翼板座的夹缝内设置侧边镶嵌有扩孔切削具的扩孔翼板，并用螺栓将扩孔翼板与翼板座固定连接；

(d)在钻头体上靠近每个翼板座底部的位置各设置一个连通钻头体内腔且喷口垂直朝下的喷咀；

(e)在钻头体内腔的下部焊接具有多个均匀分布喷水孔的隔水板。

更进一步地，步骤(c)中所述的扩孔切削具在钻头体上分布的最大外径D2为先导切削具在钻头体上分布的外径D1的2～2.5倍。

本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的使用方法，具体如下：

(A)通过公接头和钻杆接头将钻杆柱与钻头体连接，使钻杆柱内孔与钻头体内腔相连通；

(B)将钻头体前部置于先导孔内以导正钻具，开启泵送冲洗液，冲洗液经钻杆柱内孔流入钻头体内腔分流，一部分冲洗液经喷咀高速喷向扩孔翼板底侧，另一部分冲洗液经隔水板上的喷水孔流向钻头体底部，冲洗液合流后携带岩屑经钻具与扩孔孔壁的环状间隙返回地面；

(C)控制钻具回转转速为60～150r/min，冲洗液泵量为150～600L/min，喷咀流速为20～80m/s，钻压依靠钻具自重，进行钻进扩孔。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具，其钻头体下部设有先导切削具，镶嵌有扩孔切削具的扩孔翼板可拆卸地固定在翼板座上，且每个翼板座的下方均设有一个连通钻头体内腔且喷口垂直朝下的喷咀，钻头体内腔的下部设有具有多个均匀分布喷水孔的隔水板，利用喷咀及喷水孔使冲洗液高速射流软化或碎裂扩孔孔壁的岩石，发挥水力碎岩作用，同时完成扩孔翼板的清洗，保证扩孔翼板有效扩孔，提高扩孔效率，在同等条件下可提高扩孔效率20～30％；并且扩孔翼板磨损后可及时更换，无需更换整个钻具，使钻具成本降低30～60％；同时利用钻具前部的先导部分进行导向，钻具导向好，工作平稳，扩孔质量好；

(2)本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具，其扩孔切削具在钻头体上分布的最大外径D2为先导切削具在钻头体上分布的外径D1的2～2.5倍，扩孔翼板的下部为倾角30°～45°的斜面，扩孔工作更加轻松高效，降低扩孔切削具的磨损；

(3)本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具，其翼板座焊接在钻头体上，翼板座的中间设有夹缝，扩孔翼板安装于该夹缝内，并用螺栓固定，扩孔翼板与翼板座连接结构简单，拆装方便，便于扩孔翼板快速更换；

(4)本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具，其隔水板距钻头体下端面30～50mm，保证水流高速喷射，有效软化和碎裂岩土；

(5)本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的制作方法，该方法简单方便，制作效率高，钻具质量稳定可靠，可根据具体工程需要灵活制作；

(6)本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的使用方法，操作简单方便，钻进扩孔效率高，扩孔质量好。

附图说明

图1为本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的结构示意图；

图2为本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的工作状态示意图。

示意图中的标号说明：

1、公接头；2、钻头体；3、翼板座；4、扩孔翼板；5、扩孔切削具；6、喷咀；7、螺栓；8、喷水孔；9、隔水板；10、先导切削具；11、钻杆柱；12、钻杆接头；13、扩孔孔壁；14、扩孔台阶；15、先导孔。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

结合图1所示的喷射式活翼扩孔钻具的结构示意图，本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具，包括钻头体2，该钻头体2内部具有内腔，钻头体2的外径可设计为壁厚为10～16mm，有效高度H为600～800mm，钻头体2的上端设有公接头1，用于连接钻杆，钻头体2的下端镶嵌有先导切削具10，用于先导孔扫孔保径，钻头体2的外周均匀固定有3～4组翼板座3，翼板座3的高度为200～300mm，宽度为50～150mm，总厚度为40～60mm，翼板座3上可拆卸地固定有扩孔翼板4，扩孔翼板4总高度为300～500mm，宽度为55～185mm，厚度为20mm，扩孔翼板4上镶嵌有扩孔切削具5，用以碎岩扩孔。安装后，扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1的2～2.5倍，具体地，先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1为扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为扩孔翼板4的下部为倾角30°～45°的斜面，保证扩孔工作更加轻松高效，降低扩孔切削具的磨损。钻头体2上位于每个翼板座3的下方均设有一个连通钻头体2内腔且喷口垂直朝下的喷咀6，具体地，喷咀6为一直角弯形水管，喷咀6的内径喷咀6的喷口垂直朝下，安装后，喷咀6外侧直角喷口的中心线与翼板座3的中心线相一致最佳。钻头体2内腔的下部设有隔水板9，隔水板9上设有多个均匀分布的喷水孔8，具体地，喷水孔8设置5个，其中4个沿隔水板9的圆周设置，1个设于隔水板9的中间，喷水孔8的直径为隔水板9的外径与钻头体2内腔的内径相匹配，隔水板9的厚度为10mm，与钻头体2内壁焊接在一起，且隔水板9距钻头体2下端面30～50mm最佳，保证水流高速喷射，有效软化和碎裂岩土。

接续图1所示，上述的翼板座3焊接在钻头体2上，翼板座3的中间设有夹缝，每个翼板座3可由两块厚度为10～20mm的钢板组成，两块钢板中间留有夹缝，夹缝宽度为20mm，且翼板座3的侧面开有孔径为的螺栓孔，扩孔翼板4安装于该夹缝内，并用螺栓7固定，螺栓7采用两组较佳，螺栓7的直径可为在本发明中，扩孔切削具5为片状或柱状硬质合金切削具，先导切削具10为柱状硬质合金切削具。

本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具，主要用于地质勘察、供水管井等工程领域的扩孔钻进施工，利用喷咀6及喷水孔8使冲洗液高速射流软化或碎裂扩孔孔壁13的岩石，发挥水力碎岩作用，同时完成扩孔翼板4的清洗，保证扩孔翼板4有效扩孔，提高扩孔效率，在同等条件下可提高扩孔效率20～30％；并且扩孔翼板4磨损后可及时更换，无需更换整个钻具，使钻具成本降低30～60％；同时利用钻具前部的先导部分进行导向，钻具导向好，工作平稳，扩孔质量好。

参见图1所示，本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的制作方法，包括以下步骤：

(a)制作外径为壁厚为10～16mm，有效高度H为600～800mm的钻头体2，并在钻头体2的上端设置用于连接钻杆柱11的公接头1，用于连接钻杆，在钻头体2的底面镶嵌先导切削具10，用于先导孔扫孔保径；

(b)在钻头体2的外周壁上均匀焊接3～4组中间设有夹缝的翼板座3，并在翼板座3的侧面开设螺栓孔，该螺栓孔设置两个最佳，可以使扩孔翼板4与翼板座3固定更加牢固；翼板座3的高度可设计为200～300mm，宽度为50～150mm，总厚度为40～60mm；翼板座3可由两块厚度为10～20mm的钢板组成，两块钢板中间留有夹缝，夹缝宽度为20mm；

(c)在翼板座3的夹缝内设置侧边镶嵌有扩孔切削具5的扩孔翼板4，并用螺栓7将扩孔翼板4与翼板座3固定连接；扩孔翼板4总高度可设计为300～500mm，宽度为55～185mm，厚度为20mm；螺栓7的直径可为螺栓孔的孔径可为扩孔翼板4安装后，扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1的2～2.5倍，具体地，先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1为扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为扩孔翼板4的下部还设有倾角30°～45°的斜面；

(d)在钻头体2上靠近每个翼板座3底部的位置各设置一个连通钻头体2内腔且喷口垂直朝下的喷咀6；具体地，喷咀6为一直角弯形水管，喷咀6的内径喷咀6的喷口垂直朝下，安装后，喷咀6外侧直角喷口的中心线与翼板座3的中心线相一致最佳；

(e)在钻头体2内腔的下部焊接具有多个均匀分布喷水孔8的隔水板9，具体地，喷水孔8设置5个，其中4个沿隔水板9的圆周设置，1个设于隔水板9的中间，喷水孔8的直径为隔水板9的外径与钻头体2内腔的内径相匹配，隔水板9的厚度为10mm，且隔水板9距钻头体2下端面30～50mm最佳，保证水流高速喷射，有效软化和碎裂岩土。

本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的制作方法，该方法简单方便，制作效率高，钻具质量稳定可靠，可根据具体工程需要灵活制作。

结合图2所示的喷射式活翼扩孔钻具的使用状态示意图，本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的使用方法，具体如下：

(A)通过公接头1和钻杆接头12将钻杆柱11与钻头体2连接，使钻杆柱11内孔与钻头体2内腔相连通；

(B)将钻头体2前部置于先导孔15内以导正钻具，开启泵送冲洗液，冲洗液经钻杆柱11内孔流入钻头体2内腔分流，因被隔水板9阻挡冲洗液压力上升，一部分冲洗液经喷咀6高速喷向扩孔翼板4底侧，高速射流可软化(或碎裂)扩孔孔壁的岩石，发挥水力碎岩的作用，同时完成对扩孔翼板的清洗，另一部分冲洗液经隔水板9上的喷水孔8流向钻头体2底部，冲洗液合流后携带岩屑经钻具与扩孔孔壁13的环状间隙返回地面；

(C)控制钻具的钻进规程参数为：回转转速60～150r/min，冲洗液泵量150～600L/min，喷咀流速20～80m/s，钻压依靠钻具自重，进行钻进扩孔，在扩孔翼板4下部的斜面作用下，扩孔过程中先形成扩孔台阶14，以使扩孔更加稳定顺畅，降低扩孔切削具的磨损。

本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具的使用方法，操作简单方便，钻进扩孔效率高，扩孔质量好。使用时，如果扩孔翼板4磨损严重，可及时更换新的扩孔翼板4；如果扩孔翼板4上的硬质合金扩孔切削具5磨损严重或掉落，可及时修补；对于喷咀6，如有损坏，可以及时更换。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

某工程勘察孔设计最终钻孔直径钻进地层主要是第四纪及风化沉积岩(泥岩、页岩、砂岩等)，钻孔深度50m。采用2次成孔，预先钻进先导孔15，先导孔15钻孔外径然后经1次扩孔达到设计的钻孔直径扩孔钻进采用上述喷射式活翼扩孔钻具，钻具结构组成及制作方法如下：

(a)制作外径为壁厚为10mm，有效高度H为600mm的钻头体2，并在钻头体2的上端设置用于连接钻杆柱11的公接头1，用于连接钻杆，钻杆柱11的外径为在钻头体2的底面镶嵌先导切削具10，用于先导孔扫孔保径；

(b)在钻头体2的外周壁上均匀焊接3组中间设有夹缝的翼板座3，并在翼板座3的侧面开设螺栓孔，该螺栓孔设置两个最佳，可以使扩孔翼板4与翼板座3固定更加牢固；翼板座3的高度为200mm，宽度为50mm，总厚度为40mm；翼板座3由两块厚度为10mm的钢板组成，两块钢板中间留有夹缝，夹缝宽度为20mm；

(c)在翼板座3的夹缝内设置侧边镶嵌有扩孔切削具5的扩孔翼板4，并用螺栓7将扩孔翼板4与翼板座3固定连接；扩孔翼板4总高度可设计为300mm，宽度为55mm，厚度为20mm；螺栓7的直径为螺栓孔的孔径为扩孔翼板4安装后，扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1的2倍，具体地，先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1为扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为扩孔翼板4的下部还设有倾角30°的斜面；

(d)在钻头体2上靠近每个翼板座3底部的位置各设置一个连通钻头体2内腔且喷口垂直朝下的喷咀6；具体地，喷咀6为一直角弯形水管，喷咀6的内径喷咀6的喷口垂直朝下，安装后，喷咀6外侧直角喷口中心线圆周直径为与翼板座3的中心线相一致；

(e)在钻头体2内腔的下部焊接具有多个均匀分布喷水孔8的隔水板9，具体地，喷水孔8设置5个，其中4个沿隔水板9的圆周设置，1个设于隔水板9的中间，喷水孔8的直径为隔水板9的外径为与钻头体2内腔的内径相匹配，隔水板9的厚度为10mm，且隔水板9距钻头体2下端面30mm，保证水流高速喷射，有效软化和碎裂岩土。

具体使用方法如下：

(A)通过公接头1和钻杆接头12将钻杆柱11与钻头体2连接，使钻杆柱11内孔与钻头体2内腔相连通；

(B)将钻头体2前部置于先导孔15内以导正钻具，开启泵送冲洗液，冲洗液经钻杆柱11内孔流入钻头体2内腔分流，因被隔水板9阻挡冲洗液压力上升，一部分冲洗液经喷咀6高速喷向扩孔翼板4底侧，高速射流可软化(或碎裂)扩孔孔壁的岩石，发挥水力碎岩的作用，同时完成对扩孔翼板的清洗，另一部分冲洗液经隔水板9上的喷水孔8流向钻头体2底部，冲洗液合流后携带岩屑经钻具与扩孔孔壁13的环状间隙返回地面；

(C)控制钻具的钻进规程参数为：回转转速150r/min，冲洗液泵量150L/min，喷咀流速20m/s，钻压依靠钻具自重，进行钻进扩孔。

扩孔钻进总时间为4h，扩孔翼板4未发生磨损，也没有发生扩孔翼板4上的硬质合金扩孔切削具5磨损严重或掉落现象。与使用普通三翼扩孔钻头相比，该喷射式活翼扩孔钻具扩孔效率提高了20％，钻具成本降低了40％，钻孔质量优良。

实施例2

某供水管井设计最终钻孔直径钻进地层主要是第四纪、第三纪及沉积岩(泥岩、页岩、板岩、砂岩等)，岩石上部风化，中部较完整，下部为裂隙砂岩(含水破碎带)。钻孔深度300m。采用2次成孔，预先钻进先导孔15，先导孔15钻孔外径然后经1次扩孔达到设计的钻孔直径扩孔钻进采用上述喷射式活翼扩孔钻具，钻具结构组成及制作方法如下：

(a)制作外径为壁厚为16mm，有效高度H为800mm的钻头体2，并在钻头体2的上端设置用于连接钻杆柱11的公接头1，用于连接钻杆，钻杆柱11的外径为在钻头体2的底面镶嵌先导切削具10，用于先导孔扫孔保径；

(b)在钻头体2的外周壁上均匀焊接4组中间设有夹缝的翼板座3，并在翼板座3的侧面开设螺栓孔，该螺栓孔设置两个最佳，可以使扩孔翼板4与翼板座3固定更加牢固；翼板座3的高度为300mm，宽度为150mm，总厚度为60mm；翼板座3由两块厚度为20mm的钢板组成，两块钢板中间留有夹缝，夹缝宽度为20mm；

(c)在翼板座3的夹缝内设置侧边镶嵌有扩孔切削具5的扩孔翼板4，并用螺栓7将扩孔翼板4与翼板座3固定连接；扩孔翼板4总高度可设计为500mm，宽度为185mm，厚度为20mm；螺栓7的直径为螺栓孔的孔径为扩孔翼板4安装后，扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1的2.48倍，具体地，先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1为扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为扩孔翼板4的下部还设有倾角45°的斜面；

(d)在钻头体2上靠近每个翼板座3底部的位置各设置一个连通钻头体2内腔且喷口垂直朝下的喷咀6；具体地，喷咀6为一直角弯形水管，喷咀6的内径喷咀6的喷口垂直朝下，安装后，喷咀6外侧直角喷口中心线圆周直径为与翼板座3的中心线相一致；

(e)在钻头体2内腔的下部焊接具有多个均匀分布喷水孔8的隔水板9，具体地，喷水孔8设置5个，其中4个沿隔水板9的圆周设置，1个设于隔水板9的中间，喷水孔8的直径为隔水板9的外径为与钻头体2内腔的内径相匹配，隔水板9的厚度为10mm，且隔水板9距钻头体2下端面50mm，保证水流高速喷射，有效软化和碎裂岩土。

具体使用方法如下：

(A)通过公接头1和钻杆接头12将钻杆柱11与钻头体2连接，使钻杆柱11内孔与钻头体2内腔相连通；

(B)将钻头体2前部置于先导孔15内以导正钻具，开启泵送冲洗液，冲洗液经钻杆柱11内孔流入钻头体2内腔分流，因被隔水板9阻挡冲洗液压力上升，一部分冲洗液经喷咀6高速喷向扩孔翼板4底侧，高速射流可软化(或碎裂)扩孔孔壁的岩石，发挥水力碎岩的作用，同时完成对扩孔翼板的清洗，另一部分冲洗液经隔水板9上的喷水孔8流向钻头体2底部，冲洗液合流后携带岩屑经钻具与扩孔孔壁13的环状间隙返回地面；

(C)控制钻具的钻进规程参数为：回转转速60r/min，冲洗液泵量600L/min，喷咀流速80m/s，钻压依靠钻具自重，进行钻进扩孔。

扩孔钻进总时间为47h，扩孔至195m孔深时，提出钻具，发现2块扩孔翼板4磨损较严重，及时更换了2块新的扩孔翼板4；扩孔至245m孔深时，再次提出钻具，发现另外2块未更换过的扩孔翼板4上的硬质合金扩孔切削具5磨损严重(局部发生掉落)，及时修补扩孔翼板4上的硬质合金扩孔切削具5。与使用普通四翼扩孔钻头相比，该喷射式活翼扩孔钻具扩孔效率提高了25％，钻具成本降低了45％，钻孔质量优良。

实施例3

某供水管井设计最终钻孔直径钻进地层主要是第四纪、第三纪及沉积岩(泥岩、板岩、砂岩等)，岩石上部风化，下部为裂隙砂岩(含水破碎带)。钻孔深度200m。采用2次成孔，预先钻进先导孔15，先导孔15的钻孔外径然后经1次扩孔达到设计的钻孔直径扩孔钻进采用上述喷射式活翼扩孔钻具，钻具结构组成及制作方法如下：

(a)制作外径为壁厚为12mm，有效高度H为700mm的钻头体2，并在钻头体2的上端设置用于连接钻杆柱11的公接头1，用于连接钻杆，钻杆柱11的外径为在钻头体2的底面镶嵌先导切削具10，用于先导孔扫孔保径；

(b)在钻头体2的外周壁上均匀焊接4组中间设有夹缝的翼板座3，并在翼板座3的侧面开设螺栓孔，该螺栓孔设置两个最佳，可以使扩孔翼板4与翼板座3固定更加牢固；翼板座3的高度为270mm，宽度为125mm，总厚度为50mm；翼板座3由两块厚度为15mm的钢板组成，两块钢板中间留有夹缝，夹缝宽度为20mm；

(c)在翼板座3的夹缝内设置侧边镶嵌有扩孔切削具5的扩孔翼板4，并用螺栓7将扩孔翼板4与翼板座3固定连接；扩孔翼板4总高度设计为400mm，宽度为125mm，厚度为20mm；螺栓7的直径为螺栓孔的孔径为扩孔翼板4安装后，扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1的2.25倍，具体地，先导切削具10在钻头体2上分布的外径D1为扩孔切削具5在钻头体2上分布的最大外径D2为扩孔翼板4的下部还设有倾角35°的斜面；

(d)在钻头体2上靠近每个翼板座3底部的位置各设置一个连通钻头体2内腔且喷口垂直朝下的喷咀6；具体地，喷咀6为一直角弯形水管，喷咀6的内径喷咀6的喷口垂直朝下，安装后，喷咀6外侧直角喷口中心线圆周直径为与翼板座3的中心线相一致；

(e)在钻头体2内腔的下部焊接具有多个均匀分布喷水孔8的隔水板9，具体地，喷水孔8设置5个，其中4个沿隔水板9的圆周设置，1个设于隔水板9的中间，喷水孔8的直径为隔水板9的外径为与钻头体2内腔的内径相匹配，隔水板9的厚度为10mm，且隔水板9距钻头体2下端面40mm，保证水流高速喷射，有效软化和碎裂岩土。

具体使用方法如下：

(A)通过公接头1和钻杆接头12将钻杆柱11与钻头体2连接，使钻杆柱11内孔与钻头体2内腔相连通；

(B)将钻头体2前部置于先导孔15内以导正钻具，开启泵送冲洗液，冲洗液经钻杆柱11内孔流入钻头体2内腔分流，因被隔水板9阻挡冲洗液压力上升，一部分冲洗液经喷咀6高速喷向扩孔翼板4底侧，高速射流可软化(或碎裂)扩孔孔壁的岩石，发挥水力碎岩的作用，同时完成对扩孔翼板的清洗，另一部分冲洗液经隔水板9上的喷水孔8流向钻头体2底部，冲洗液合流后携带岩屑经钻具与扩孔孔壁13的环状间隙返回地面；

(C)控制钻具的钻进规程参数为：回转转速90r/min，冲洗液泵量400L/min，喷咀流速50m/s，钻压依靠钻具自重，进行钻进扩孔。

扩孔钻进总时间为35h，扩孔至98m孔深时，提出钻具，发现1块扩孔翼板4磨损较严重，及时更换了1块新的扩孔翼板4；扩孔至146m孔深时，再次提出钻具，发现另有2块未更换过的扩孔翼板4上的硬质合金扩孔切削具5磨损严重(局部发生掉落)，及时修补扩孔翼板上4的硬质合金扩孔切削具5。与使用普通四翼扩孔钻头相比，该喷射式活翼扩孔钻具扩孔效率提高了30％，钻头成本降低了60％，钻孔质量优良。

本发明的一种喷射式活翼扩孔钻具及其制作方法和使用方法，其是在普通翼板式扩孔钻具基础上，先将翼板座固定在钻头体上，再将扩孔翼板用螺栓固定在翼板座上。靠近每个翼板座左下侧的钻头体上设置一个喷咀，并在钻头体的下部设置隔水板(沿隔水板圆周设置多个喷水孔)。在扩孔翼板左侧部及钻头体底面均镶嵌硬质合金块切削具，用以碎岩扩孔。扩孔钻进时，钻头体下部进入先导孔中以导正钻具，泵送的冲洗液经钻杆柱内孔进入钻头体内腔(因被隔水板阻挡压力上升)，然后经喷咀高速喷向扩孔翼板底侧，高速射流可软化(或碎裂)扩孔孔壁的岩石，发挥水力碎岩的作用，同时完成对扩孔翼板的清洗，保证扩孔翼板的有效扩孔。与普通翼板扩孔钻具相比，扩孔质量好，在同等条件下可提高扩孔效率20～30％；扩孔翼板磨损后又可及时更换，使钻头成本降低30～60％。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种喷射式活翼扩孔钻具，包括钻头体(2)，所述的钻头体(2)的上端设有公接头(1)，所述的钻头体(2)的下端镶嵌有先导切削具(10)，其特征在于：所述的钻头体(2)的外周均匀固定有3～4组翼板座(3)，所述的翼板座(3)上可拆卸地固定有扩孔翼板(4)，所述的扩孔翼板(4)上镶嵌有扩孔切削具(5)，所述的钻头体(2)上位于每个翼板座(3)的下方均设有一个连通钻头体(2)内腔且喷口垂直朝下的喷咀(6)，所述的钻头体(2)内腔的下部设有隔水板(9)，所述的隔水板(9)上设有多个均匀分布的喷水孔(8)。

2.根据权利要求1所述的一种喷射式活翼扩孔钻具，其特征在于：所述的扩孔切削具(5)在钻头体(2)上分布的最大外径D2为先导切削具(10)在钻头体(2)上分布的外径D1的2～2.5倍。

3.根据权利要求2所述的一种喷射式活翼扩孔钻具，其特征在于：所述的先导切削具(10)在钻头体(2)上分布的外径D1为所述的扩孔切削具(5)在钻头体(2)上分布的最大外径D2为所述的钻头体(2)的有效高度H为600～800mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种喷射式活翼扩孔钻具，其特征在于：所述的翼板座(3)焊接在钻头体(2)上，翼板座(3)的中间设有夹缝，所述的扩孔翼板(4)安装于该夹缝内，并用螺栓(7)固定。

5.根据权利要求4所述的一种喷射式活翼扩孔钻具，其特征在于：所述的扩孔翼板(4)的下部为倾角30°～45°的斜面。

6.根据权利要求5所述的一种喷射式活翼扩孔钻具，其特征在于：所述的隔水板(9)距钻头体(2)下端面30～50mm。

7.根据权利要求6所述的一种喷射式活翼扩孔钻具，其特征在于：所述的扩孔切削具(5)为片状或柱状硬质合金切削具，所述的先导切削具(10)为柱状硬质合金切削具。

8.一种喷射式活翼扩孔钻具的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)制作外径为壁厚为10～16mm，有效高度为600～800mm的钻头体(2)，并在钻头体(2)的上端设置用于连接钻杆柱(11)的公接头(1)，在钻头体(2)的底面镶嵌先导切削具(10)；

(b)在钻头体(2)的外周壁上均匀焊接3～4组中间设有夹缝的翼板座(3)，并在翼板座(3)的侧面开设螺栓孔；

(c)在翼板座(3)的夹缝内设置侧边镶嵌有扩孔切削具(5)的扩孔翼板(4)，并用螺栓7将扩孔翼板(4)与翼板座(3)固定连接；

(d)在钻头体(2)上靠近每个翼板座(3)底部的位置各设置一个连通钻头体(2)内腔且喷口垂直朝下的喷咀(6)；

(e)在钻头体(2)内腔的下部焊接具有多个均匀分布喷水孔(8)的隔水板(9)。

9.根据权利要求8所述的一种喷射式活翼扩孔钻具的制作方法，其特征在于：步骤(c)中所述的扩孔切削具(5)在钻头体(2)上分布的最大外径D2为先导切削具(10)在钻头体(2)上分布的外径D1的2～2.5倍。

10.一种权利要求1至7任意一项所述的喷射式活翼扩孔钻具的使用方法，其特征在于：

(A)通过公接头(1)和钻杆接头(12)将钻杆柱(11)与钻头体(2)连接，使钻杆柱(11)内孔与钻头体(2)内腔相连通；

(B)将钻头体(2)前部置于先导孔(15)内以导正钻具，开启泵送冲洗液，冲洗液经钻杆柱(11)内孔流入钻头体(2)内腔分流，一部分冲洗液经喷咀(6)高速喷向扩孔翼板(4)底侧，另一部分冲洗液经隔水板(9)上的喷水孔(8)流向钻头体(2)底部，冲洗液合流后携带岩屑经钻具与扩孔孔壁(13)的环状间隙返回地面；

(C)控制钻具回转转速为60～150r/min，冲洗液泵量为150～600L/min，喷咀流速为20～80m/s，钻压依靠钻具自重，进行钻进扩孔。