CN107420028A - 一种冲击钻及冲击钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的冲击钻及冲击钻机，冲击钻的外筒下端安装有钻头，泥浆从所述钻头的空隙中进入所述外筒内，各所述螺旋隔板的外边缘固定在所述外筒内壁上并沿所述外筒轴线方向延伸。在实际使用过程中，首先让冲击钻进行转动，然后带动冲击钻进行竖直方向的冲击运动，当冲击钻在土地中进行转动时，螺旋隔板随之转动，从而将土壤中的泥土和岩屑不断通过螺旋隔板输送至外界，从而解决了现有技术中冲击钻只有单纯的竖直运动方式时钻进效果差的缺陷。同时，由于螺旋隔板的转动，可以将岩屑等中间物质源源不断的输送出去，因此在冲击钻的工作过程中不用停止，有效地提高了钻进效率。

Description

一种冲击钻及冲击钻机

技术领域

本发明涉及冲击钻技术领域，具体涉及一种具有螺旋台阶提料装置的重力冲击钻及冲击钻机。

背景技术

钻井是指利用机械设备或人力从地面将地层钻成孔眼，在钻井过程中，钻机是钻井工作中必不可少的一个设备，钻机通常包括钻头和卷扬机等，根据钻进方法的不同，钻机通常可以分为冲击钻机和回转钻机。

回转钻机主要利用旋转的方式，将钻头深入地下，钻头的外表面成型有螺旋，在钻头下降过程中，泥土通过螺旋不断地被输送至地表。回转钻机具有钻进效率高、钻孔深度大的优点，因此在平原地区被广泛使用。但是，旋转钻孔由于钻头的整体与泥土相接触，因此该方式对钻头的损耗极大，在山地等硬岩地层区域，采用回转钻机需要经常更换钻头，导致施工进度缓慢，施工成本较高。因此，在硬岩地层区域往往会采用冲击钻机，冲击钻机需要反复地升起和降落冲击钻头，靠冲击钻头不断的向下冲击地层进行破岩。

现代冲击钻进工艺中，广泛采用了泥浆，在钻进作业中，泥浆填充在钻孔中，可以防止塌孔并将岩屑悬浮在泥浆中。其中悬浮岩屑能够防止岩屑很快沉入孔底，防止埋钻事故；同时现有技术中，也已经利用泥浆悬浮岩屑的功能进行岩屑清理的工作。然而，由于冲击钻机在工作中不断地往复通过泥浆液，搅动了泥浆，使得被破碎的岩屑在一定的层面上均匀地分布在泥浆中，但存在分布密度自下而上逐渐稀疏的规律。当泥浆中的岩屑浓度提高后会使得泥浆对冲击钻头的下落产生较大的阻力，降低冲击钻头对岩层的冲击力。

现有技术的解决方式是在钻进预定作业时间后，提起冲击钻，再进行岩屑清理的工作。由于在岩屑清理过程中需要停止钻进工作，因此这样的方式钻进效率较低。

另一方面，现有冲击钻主要是竖直向下撞击井底，这种撞击方式往往起到夯实的作用，而搅动岩屑的作用较弱，特别是当岩屑较多的时候，反复击打松散的沉积岩屑，使得钻进效果明显下降。在遇到某些特定的岩石纹理时，仅仅单一方向的撞击难以达到突破的效果。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中冲击钻撞击方向单一导致的钻进效果差的问题；进一步地解决岩屑清理过程中需要停止钻进工作，导致钻进效率较低的缺陷。

为此，本发明提供一种冲击钻，包括：外筒，其下端安装有钻头，泥浆从所述钻头的空隙中进入所述外筒内；螺旋隔板，在所述外筒内设置至少一组，各所述螺旋隔板的外边缘固定在所述外筒内壁上并沿所述外筒轴线方向延伸。

所述螺旋隔板为至少两组，且沿所述外筒的周向间隔分布。

所述螺旋隔板自所述外筒的底端延伸至所述外筒的顶部位置处。

沿所述螺旋隔板的上表面间隔设置若干组接料板，所述接料板与所述螺旋隔板之间形成接料空间，所述接料空间用以在所述冲击钻头运动过程中收集并存放泥浆中的岩屑。

所述接料空间具有泥浆泄流通道。

所述泄流通道包括成型在所述螺旋隔板和/或所述接料板上的泄流通孔，所述泄流通孔用以对进入所述接料空间中的泥浆进行泄流。

所述外筒内部设有圆柱形芯体，所述螺旋隔板的内边缘固定在所述芯体上，泥浆通过所述芯体与所述外筒内壁之间的流体通道进入所述接料空间中。

所述芯体朝向所述钻头的一端成型有用以减少流体阻力的过渡部。

所述过渡部为向着所述钻头一侧径向逐渐缩小的锥形或流线型。

所述钻头包括由环形外筒及由所述环形外筒向中心延伸的数个等角度间隔设置的辐梁构成的刀架及安装在刀架底面上的刀头；在相邻两所述辐梁之间的空间内，分别在靠近所述外筒中心处及靠近所述外筒的内壁上安装有若干组沿所述外筒轴向交错相间设置的提料斗，所述提料斗用以收集所述流体通道中的岩屑；在上下相邻的提料斗之间留有供泥浆流过的通道

所述提料斗分别由设置在所述外筒中心处的两所述辐梁之间的斜板及设置在所述外筒的内壁上斜板构成；各所述斜板相对于所述外筒轴向倾斜40度。

最下端处的所述提料斗由沿着所述辐梁延伸的两块斜板构成。

所述外筒的侧壁上成型有若干组侧壁通孔，所述侧壁通孔的位置与所述接料空间的位置不重合设置。

在外筒的下端部的外壁上周向相间地设置有一圈刀头。

在外筒上端沿周向相间地设置有一圈刀头。

本发明同时提供一种冲击钻机，包括卷扬机，以及所述的冲击钻。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的冲击钻，外筒下端安装有钻头，泥浆从所述钻头的空隙中进入所述外筒内，各所述螺旋隔板的外边缘固定在所述外筒内壁上并沿所述外筒轴线方向延伸。

在实际使用过程中，首先让冲击钻进行转动，然后带动冲击钻进行竖直方向的冲击运动，当冲击钻在土地中进行转动时，螺旋隔板随之转动，从而将土壤中的泥土和岩屑不断通过螺旋隔板输送至外界，从而解决了现有技术中冲击钻只有单纯的竖直运动方式时钻进效果差的缺陷。同时，由于螺旋隔板的转动，可以将岩屑等中间物质源源不断的输送出去，因此在冲击钻的工作过程中不用停止，有效地提高了钻进效率。

2.本发明提供的冲击钻，沿所述螺旋隔板的上表面间隔设置若干组接料板，所述接料板与所述螺旋隔板之间形成接料空间，所述接料空间用以在所述冲击钻头运动过程中收集并存放泥浆中的岩屑，从而有效地防止泥浆中的岩屑阻碍冲击钻的正常运行、甚至造成“埋钻”情况的发生。

3.本发明提供的冲击钻，所述接料空间具有泥浆泄流通道。通过泄流通道，可以将接料空间中液态泥浆及时的排出，从而减小冲击钻在运行过程中所受到的载荷。

4.本发明提供的冲击钻，所述过渡部为向着所述钻头一侧径向逐渐缩小的锥形或流线型。通过锥形或流线型的钻头，有利于泥浆或岩屑顺利地进入通过外筒底端进入接料空间中。

5.本发明提供的冲击钻，所述钻头包括由环形外筒及由所述环形外筒向中心延伸的数个等角度间隔设置的辐梁构成的刀架及安装在刀架底面上的刀头，通过等角度间隔设置辐梁，可以使刀头矩阵覆盖在一个整圆的范围内，从而避免了冲击钻在冲击过程时，土壤中部分被冲击、其它部分未收到冲击，影响冲击钻正常下落的缺陷。

6.本发明提供的冲击钻，在外筒的下端部的外壁上周向相间地设置有一圈刀头。通过在外壁上设置刀头，可以在冲击钻下落过程中对钻孔的内壁进行打磨，有利于位置整个钻孔的尺寸，防止随着钻孔深度的增加、钻孔直径减小的情况发生。

7.本发明同时提供一种冲击钻机，包括冲击钻和卷扬机，冲击钻机的钻头采用转动和竖直方向混合运动的方式，类似于传统的冲击钻机和回转钻机的混合模式，可以有效的加强钻进效果。

同时冲击钻中设置螺旋隔板，可以将岩屑等中间物质源源不断的输送出去，因此在冲击钻的工作过程中不用停止，有效地提高了钻进效率。

此外，沿所述螺旋隔板的上表面间隔设置若干组接料板，所述接料板与所述螺旋隔板之间形成接料空间，所述接料空间用以在所述冲击钻头运动过程中收集并存放泥浆中的岩屑，从而有效地防止泥浆中的岩屑阻碍冲击钻的正常运行、甚至造成“埋钻”情况的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的所述冲击钻的结构示意图；

图2为本发明提供的所述冲击钻中所述接料板的结构示意图；

图3为本发明提供的所述冲击钻中所述接辐梁与所述刀头之间的安装示意图；

附图标记说明：

1-外筒；2-钻头；3-螺旋隔板；4-接料板；5-接料空间；7-泄流通孔；8-芯体；81-过渡部；21-辐梁；22-刀头；11-提料斗；12-侧壁通孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种冲击钻，如图1所示，包括：外筒1，其下端安装有钻头2，泥浆从所述钻头的空隙中进入所述外筒1内；螺旋隔板3，在所述外筒1内设置至少一组，各所述螺旋隔板3的外边缘固定在所述外筒1内壁上并沿所述外筒1轴线方向延伸。

在实际使用过程中，首先让冲击钻进行转动，然后带动冲击钻进行竖直方向的冲击运动，当冲击钻在土地中进行转动时，螺旋隔板3随之转动，从而将土壤中的泥土和岩屑不断通过螺旋隔板3输送至外界，从而解决了现有技术中冲击钻只有单纯的竖直运动方式时钻进效果差的缺陷。同时，由于螺旋隔板3的转动，可以将岩屑等中间物质源源不断的输送出去，因此在冲击钻的工作过程中不用停止，有效地提高了钻进效率。

本实施例中，所述螺旋隔板3为至少两组，且沿所述外筒1的周向间隔分布。所述螺旋隔板3自所述外筒1的底端延伸至所述外筒的顶部位置处。

本实施例中，沿所述螺旋隔板3的上表面间隔设置若干组接料板4，所述接料板4与所述螺旋隔板3之间形成接料空间5，所述接料空间5用以在所述冲击钻头运动过程中收集并存放泥浆中的岩屑，从而有效地防止泥浆中的岩屑阻碍冲击钻的正常运行、甚至造成“埋钻”情况的发生。

同时，所述接料空间5具有泥浆泄流通道(图中未标出)。如图2所示，所述泄流通道包括成型在所述螺旋隔板3和/或所述接料板4上的泄流通孔7，所述泄流通孔7用以对进入所述接料空间5中的泥浆进行泄流。通过泄流通道，可以将接料空间5中液态泥浆及时的排出，从而减小冲击钻在运行过程中所受到的载荷。

本实施例中，所述外筒1内部设有圆柱形芯体8，所述螺旋隔板3的内边缘固定在所述芯体8上，泥浆通过所述芯体8与所述外筒1内壁之间的流体通道进入所述接料空间5中。

同时，由图1所示，所述芯体8朝向所述钻头的一端成型有用以减少流体阻力的过渡部81，所述过渡部81为向着所述钻头一侧径向逐渐缩小的锥形或流线型。通过锥形或流线型的钻头，有利于泥浆或岩屑顺利地进入通过外筒1底端进入接料空间5中。

本实施例中，所述钻头包括由环形外筒1及由所述环形外筒1向中心延伸的数个等角度间隔设置的辐梁21构成的刀架及安装在刀架底面上的刀头22，通过等角度间隔设置辐梁21，可以使刀头矩阵覆盖在一个整圆的范围、即360度的范围内，从而避免了冲击钻在冲击过程时，土壤中部分被冲击、其它部分未收到冲击，影响冲击钻正常下落的缺陷。

本实施例中，在相邻两所述辐梁21之间的空间内，分别在靠近所述外筒1中心处及靠近所述外筒1的内壁上安装有若干组沿所述外筒1轴向交错相间设置的提料斗11，所述提料斗11用以收集所述流体通道中的岩屑。

在所述冲击钻的上下运动过程中，沿高度方向设置的多个提料斗11可以用来收集在泥浆不同高度位置上的岩屑。冲击钻向上运动时，位于下方的提料斗11将岩屑向上抬升，然后冲击钻向下运动，位于上方的提料斗11此时接放刚刚由下方的提料斗11抬升的岩屑，如此反复，将位于钻孔下方的岩屑不断向上提升，最终运出。

本实施例中，所述提料斗11分别由设置在所述外筒1中心处的两所述辐梁21之间的斜板及设置在所述外筒1的内壁上斜板构成。同时，最下端处的所述提料斗11由沿着所述辐梁21延伸的两块斜板构成。

具体地，所述斜板相对于所述外筒1的轴向倾斜一定角度设置，角度的数值根据所述外筒中的物料流动空间来决定，当外筒内部空间狭窄时需要将角度设置得小一些，而当外筒内空间宽敞时可以将角度变得大一些。

本实施例中，所述外筒1的侧壁上成型有若干组侧壁通孔12，所述侧壁通孔12的位置与所述接料空间5的位置不重合设置。

侧壁通孔12的作用与泄流通孔7的作用相似，都是为了将外筒1中的液态泥浆排出至钻孔中，从而减小冲击钻在运动过程中收到的载荷。

本实施例中，在外筒1的下端部的外壁上周向相间地设置有一圈刀头。通过在外壁上设置刀头，可以在冲击钻下落过程中对钻孔的内壁进行打磨，有利于位置整个钻孔的尺寸，防止随着钻孔深度的增加、钻孔直径减小的情况发生。

本实施例中，在外筒1上端沿周向相间地设置有一圈刀头。

实施例2

本实施例提供一种冲击钻机，包括卷扬机，以及实施例1中所述的冲击钻。本实施例中的冲击钻机的钻头采用转动和竖直方向混合运动的方式，类似于传统的冲击钻机和回转钻机的混合模式，可以有效的加强钻进效果。同时冲击钻中设置螺旋隔板3，可以将岩屑等中间物质源源不断的输送出去，因此在冲击钻的工作过程中不用停止，有效地提高了钻进效率。此外，沿所述螺旋隔板3的上表面间隔设置若干组接料板4，所述接料板4与所述螺旋隔板3之间形成接料空间5，所述接料空间5用以在所述冲击钻头运动过程中收集并存放泥浆中的岩屑，从而有效地防止泥浆中的岩屑阻碍冲击钻的正常运行、甚至造成“埋钻”情况的发生。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (16)

1.一种冲击钻，其特征在于，包括：

外筒(1)，其下端安装有钻头(2)，泥浆从所述钻头(2)的空隙中进入所述外筒(1)内；

螺旋隔板(3)，在所述外筒(1)内设置至少一组，各所述螺旋隔板(3)的外边缘固定在所述外筒(1)内壁上并沿所述外筒(1)轴线方向延伸。

2.根据权利要求1所述的冲击钻，其特征在于，所述螺旋隔板(3)为至少两组，且沿所述外筒(1)的周向间隔分布。

3.根据权利要求2所述的冲击钻，其特征在于，所述螺旋隔板(3)自所述外筒(1)的底端延伸至所述外筒的顶部位置处。

4.根据权利要求1-3任一所述的冲击钻，其特征在于，沿所述螺旋隔板(3)的上表面间隔设置若干组接料板(4)，所述接料板(4)与所述螺旋隔板(3)之间形成接料空间(5)，所述接料空间(5)用以在所述冲击钻头(2)运动过程中收集并存放泥浆中的岩屑。

5.根据权利要求4所述的冲击钻，其特征在于，所述接料空间(5)具有泥浆泄流通道。

6.根据权利要求5所述的冲击钻，其特征在于，所述泄流通道包括成型在所述螺旋隔板(3)和/或所述接料板(4)上的泄流通孔(7)，所述泄流通孔(7)用以对进入所述接料空间(5)中的泥浆进行泄流。

7.根据权利要求1-3,5-6任一项所述的冲击钻，其特征在于，所述外筒(1)内部设有圆柱形芯体(8)，所述螺旋隔板(3)的内边缘固定在所述芯体(8)上，泥浆通过所述芯体(8)与所述外筒(1)内壁之间的流体通道进入所述接料空间(5)中。

8.根据权利要求7所述的冲击钻，其特征在于，所述芯体(8)朝向所述钻头(2)的一端成型有用以减少流体阻力的过渡部(81)。

9.根据权利要求8所述的冲击钻，其特征在于，所述过渡部(81)为向着所述钻头(2)一侧径向逐渐缩小的锥形或流线型。

10.根据权利要求1-3,8-9任一所述的冲击钻，其特征在于，所述钻头(2)包括由环形外筒(1)及由所述环形外筒(1)向中心延伸的数个等角度间隔设置的辐梁(21)构成的刀架及安装在刀架底面上的刀头(22)；在相邻两所述辐梁(21)之间的空间内，分别在靠近所述外筒(1)中心处及靠近所述外筒(1)的内壁上安装有若干组沿所述外筒(1)轴向交错相间设置的提料斗(11)，所述提料斗(11)用以收集所述流体通道中的岩屑，在上下相邻的提料斗(11)之间留有供泥浆流过的通道。

11.根据权利要求10所述的冲击钻，其特征在于，所述提料斗(11)分别由设置在所述外筒(1)中心处的两所述辐梁(21)之间的斜板及设置在所述外筒(1)的内壁上斜板构成。

12.根据权利要求11所述的冲击钻，其特征在于，最下端处的所述提料斗(11)由沿着所述辐梁(21)延伸的两块斜板构成。

13.根据权利要求12所述的冲击钻，其特征在于，所述外筒(1)的侧壁上成型有若干组侧壁通孔(12)，所述侧壁通孔(12)的位置与所述接料空间(5)的位置不重合设置。

14.根据权利要求1-3,5-6,11-13任一所述的冲击钻，其特征在于，在外筒(1)的下端部的外壁上周向相间地设置有一圈刀头。

15.根据权利要求14所述的冲击钻，其特征在于，在外筒(1)上端沿周向相间地设置有一圈刀头。

16.一种冲击钻机，其特征在于，包括卷扬机，以及权利要求1-15中任一所述的冲击钻。