CN108331545A - 冲击钻具及冲击钻的岩屑清除系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种冲击钻具及冲击钻的岩屑清除系统，其中冲击钻具包括钻头，具有轴向的第一流通通道；钻筒，连接在钻头上方，具有筒壁及由筒壁围成的内腔；单向拦阻机构，允许泥浆及岩屑的混合物从钻头的第一流通通道进入钻筒的内腔中，并保持岩屑在内腔中；钻筒的筒壁上高于且靠近单向拦阻机构处设有排屑通道，排屑通道上设有使其导通及阻断的遮挡结构。泥浆及岩屑的混合物从钻头的第一流通通道经过单向拦阻机构后进入钻筒的内腔中，岩屑保持在内腔中，在内腔装满岩屑后将钻筒提升到井口，将遮挡结构打开，使排屑通道导通，岩屑轻松从排屑通道排出，操作简单方便，岩屑的清除效率高，并提高了钻井的效率。
Description
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种冲击钻具及冲击钻的岩屑清除系统。
背景技术
利用机械设备或人力从地面将地层钻成孔眼的工作称为钻井。钻机是钻井工作中必不可少的一个设备，通常包括钻具和卷扬机等，根据钻进方法的不同，钻机通常可以分为冲击钻机、回转钻机和复合钻机等。
冲击钻机应用于冲击钻进。冲击钻进需要反复地升起和降落冲击钻具，靠冲击钻具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。
中国专利文献CN205172427U公开了一种打井设备，包括挂钩、空心钻桶和空心钻头，挂钩设置在空心钻桶顶端，空心钻头安装在空心钻桶底部，所述的空心钻桶桶内设置有单向阀；且空心钻桶的桶外下部固定有多个扩孔器，多个扩孔器在空心钻桶桶外圆周均布固定。工作过程中，空心钻头冲切土体；在钻渣的阻力作用下，空心钻桶内的单向阀自动向上打开，渣土进入空心钻桶内，同时扩孔器在空心钻桶的带动下实现扩孔；再开动卷扬机电源提起空心钻桶，单向阀在渣土、泥浆及自重作用下关闭；然后将空心钻桶平放在地上，将卷扬机挂钩挂在扩孔器上，吊起空心钻桶，将空心钻桶内的渣土和泥浆倒出，完成一个工作循环。
该现有技术在将空心钻桶内的岩屑清出时的操作过于繁复耗时，因而对钻井的效率产生严重的不利影响。
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的冲击钻具清除岩屑繁复耗时的缺陷，从而提供一种钻井效率较高的冲击钻具及冲击钻的岩屑清除系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种冲击钻具，包括：
钻头，具有轴向的第一流通通道；
钻筒，连接在所述钻头上方，具有筒壁及由所述筒壁围成的内腔；
单向拦阻机构，允许泥浆及岩屑的混合物从所述钻头的所述第一流通通道进入所述钻筒的所述内腔中，并保持岩屑在所述内腔中；
所述钻筒的所述筒壁上高于且靠近所述单向拦阻机构处设有排屑通道，所述排屑通道上设有使其导通及阻断的遮挡结构。
所述遮挡结构为可滑动设置在所述筒壁上的卸料门。
所述卸料门具有与所述筒壁相适应的弧形。
所述筒壁上还成型有阻挡所述岩屑的排浆通道。
所述排浆通道为多个均匀分布在所述筒壁上的孔眼。
所述单向拦阻机构包括下壳体以及设置在所述下壳体内的球体，所述下壳体中部具有单向入口，所述球体的直径大于所述单向入口的截面的最小尺度。
所述单向拦阻机构还具有上壳体，所述上壳体留有适合所述混合物流出而阻挡所述球体的第二流通通道。
所述上壳体为十字型结构。
所述筒壁的外侧面设有螺旋导板。
所述螺旋导板上设有接料斗。
所述螺旋导板和/或接料斗上成型有泄流孔。
本发明还提供一种冲击钻的岩屑清除系统，包括
如上所述的冲击钻具；
所述遮挡结构的启闭机构，设置在井口上。
所述遮挡结构为可竖向滑动设置在所述筒壁上的卸料门；所述启闭机构包括在高于井口的位置设置的在抵接位置与脱离位置之间往复移动的致动部件；在所述抵接位置所述致动部件与所述卸料门连接以打开所述卸料门导通所述排屑通道，在脱离位置所述致动部件脱开所述卸料门使所述卸料门在偏压力的作用下关闭以阻断所述排屑通道。
所述致动部件与卸料筒成型为一体；所述致动部件与所述卸料门抵接处位于所述卸料筒靠近所述卸料门一端的顶部。
所述致动部件高于井口的高度大于或等于所述排屑通道高度，并适于抵住所述卸料门的下方。
所述启闭机构包括一个底座，所述卸料筒摆动地设置在所述底座上；一个启闭驱动器驱动下所述致动部件在抵接位置与脱离位置之间往复移动。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的冲击钻具，泥浆及岩屑的混合物从钻头的第一流通通道经过单向拦阻机构后进入钻筒的内腔中，岩屑保持在内腔中，在内腔装满岩屑后将钻筒提升到井口，将遮挡结构打开，使排屑通道导通，岩屑轻松从排屑通道排出，操作简单方便，岩屑的清除效率高，并提高了钻井的效率。
2.本发明提供的冲击钻具，所述遮挡结构为可滑动设置在所述筒壁上的卸料门，可节省安装及使用空间。
3.本发明提供的冲击钻具，所述卸料门具有与所述筒壁相适应的弧形，这样设置可避免钻筒在井内运动时卸料门与井壁之间发生干涉。
4.本发明提供的冲击钻具，所述筒壁上还成型有阻挡所述岩屑的排浆通道，泥浆经钻头的第一流通通道进入钻筒的内腔中后经排浆通道排出，保证了钻井的效率。
5.本发明提供的冲击钻具，所述排浆通道为多个均匀分布在所述筒壁上的孔眼，结构简单、方便加工。
6.本发明提供的冲击钻具，所述单向拦阻机构包括下壳体以及设置在所述下壳体内的球体，所述下壳体中部具有适合所述混合物进入所述下壳体并使所述球体浮起的单向入口，可使泥浆及岩屑的混合物经所述单向入口进入所述下壳体中。
7.本发明提供的冲击钻具，所述上壳体留有适合所述混合物流出而阻挡所述球体的第二流通通道，这样设置可使进入单向阻拦机构的泥浆及岩屑的混合物快速经第二流通通道流出。
8.本发明提供的冲击钻具，所述上壳体为十字型结构，可对球体单向阀的运行控制，保留泥浆及岩屑的混合物向上流动的空间。
9.本发明提供的冲击钻具，所述筒壁的外侧面设有螺旋导板，这样在钻筒旋转时，筒壁外侧的泥浆及岩屑的混合物经螺旋导板源源不断的输送到钻筒上方，进入钻筒内，提升了除屑效率。
10.本发明提供的冲击钻具，所述螺旋导板上设有接料斗，接料斗用以收集并存放岩屑，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，在钻筒被提升至井口后将接料斗中的岩屑倒出，操作方便，提升了除屑效率。
11.本发明提供的冲击钻具，所述螺旋导板和/或接料斗上成型有泄流孔，可以将泥浆及时的排出，从而减小冲击钻具在运行过程中所受到的载荷。
12.本发明提供的冲击钻的岩屑清除系统，所述遮挡结构为可竖向滑动设置在所述筒壁上的卸料门；所述启闭机构包括在高于井口的位置设置的在抵接位置与脱离位置之间往复移动的致动部件；在所述抵接位置所述致动部件与所述卸料门连接以打开所述卸料门导通所述排屑通道，在脱离位置所述致动部件脱开所述卸料门使所述卸料门在偏压力的作用下关闭以阻断所述排屑通道，这样设置方便卸料门的开启与关闭。
13.本发明提供的冲击钻的岩屑清除系统，所述致动部件与卸料筒成型为一体；所述致动部件与所述卸料门抵接处位于所述卸料筒靠近所述卸料门一端的顶部，结构简单，所述致动部件与所述卸料门抵接后岩屑进入卸料筒内，这样设置可防止岩屑再次进入井内，清除岩屑效率高。
14.本发明提供的冲击钻的岩屑清除系统，所述启闭机构包括一个底座，所述卸料筒摆动地设置在所述底座上；一个启闭驱动器驱动下所述致动部件在抵接位置与脱离位置之间往复移动，自动化操作清除岩屑效率高。
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为本发明的实施例1中提供的冲击钻的岩屑清除系统的结构示意图；
图2为图1所示的冲击钻的岩屑清除系统的冲击钻具的仰视图；
图3为图1所示的冲击钻的单向拦阻机构的俯视图。
附图标记说明：
1-钻头； 2-钻筒； 3-下壳体；
4-球体； 5-上壳体； 6-卸料门；
7-致动部件； 8-卸料筒； 9-第一流通通道。
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。
实施例1
如图1-3所示，本冲击钻的岩屑清除系统的一种具体实施方式。包括具有轴向的第一流通通道9的钻头1，连接在所述钻头1上方、具有筒壁及由所述筒壁围成的内腔的钻筒2，允许泥浆及岩屑的混合物从所述钻头1的所述第一流通通道9进入所述钻筒2的所述内腔中、并保持岩屑在所述内腔中的单向拦阻机构，设置在所述钻筒2的所述筒壁上高于且靠近所述单向拦阻机构处的可使岩屑排出的排屑通道，使所述排屑通道导通及阻断的遮挡结构，以及设置在井口上、将遮挡结构开启及关闭的启闭机构。在本实施方式中，所述遮挡结构为可竖向滑动设置在所述筒壁上且具有与所述筒壁相适应的弧形的卸料门6，所述筒壁上均匀分布有多个孔眼，该孔眼为使泥浆排出并阻挡所述岩屑的排浆通道，所述单向拦阻机构的下壳体3的中部具有适合泥浆及岩屑的混合物自下而上进入所述下壳体3并使设置在所述下壳体3内的球体4浮起而使所述混合物源源不断进入所述下壳体3内的单向入口，所述下壳体3的上方还连接有十字型结构的上壳体5，所述上壳体5留有适合所述混合物流出而阻挡所述球体4的第二流通通道，可对球体4单向阀的运行控制，保留泥浆及岩屑的混合物向上流动的空间。所述启闭机构包括在高于井口的位置设置的在抵接位置与脱离位置之间往复移动的致动部件7，所述致动部件7高于井口的高度大于或等于所述排屑通道高度，并适于抵住所述卸料门6的下方，在所述抵接位置所述致动部件7与所述卸料门6连接以打开所述卸料门6导通所述排屑通道，在脱离位置所述致动部件7脱开所述卸料门6使所述卸料门6在偏压力的作用下关闭以阻断所述排屑通道，所述致动部件7与所述卸料门6抵接处位于所述卸料筒8靠近所述卸料门6一端的顶部，这样设置使岩屑从排屑通道出来后进入卸料筒8内，可防止岩屑再次进入井内，清除岩屑效率高。在本实施方式中，所述卸料筒8摆动地设置在底座上，启闭驱动器驱动所述致动部件7在抵接位置与脱离位置之间往复移动。
在本实施方式中，所述筒壁的外侧面设有螺旋导板，所述螺旋导板上设有接料斗，所述螺旋导板和接料斗上成型有泄流孔，可使筒壁外侧的泥浆及岩屑的混合物经螺旋导板源源不断的输送到钻筒2上方，接料斗用以收集并存放岩屑，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，泄流孔，可以将泥浆及时的排出，从而减小冲击钻具在运行过程中所受到的载荷，进一步提升了除屑效率。
在使用时，钻筒2旋转带动钻头1旋转，泥浆及岩屑的混合物从钻头1的第一流通通道9进入钻筒2的内腔中，经单向拦阻机构的下壳体3的单向入口进入下壳体3内，混合物使下壳体3内的球体4浮起而保持单向入口导通的状态，使混合物不断进入下壳体3内，混合物经过球体4与下壳体3、上壳体5之间的间隙后经上壳体5上的第二流通通道流出，球体4不能从第二流通通道中脱出，混合物进入上壳体5上方后，泥浆从排浆通道中排出，保留岩屑在内腔中，当岩屑在内腔中储满或达到一定量后，将钻筒2提起到井口上方，开启启闭驱动器，启闭驱动器驱动致动部件7从脱离位置移动到抵接位置，并施加给卸料筒8偏压力使卸料筒8的入口偏移到卸料门6的下方，致动部件7抵住卸料门6的下方，这时将钻筒2下降一定高度，使排屑通道导通，岩屑经排屑通道流出，进入卸料筒8内，岩屑经卸料筒8的底端卸到承接岩屑的平台上，除屑完成后，启闭驱动器驱动致动部件7从抵接位置移动到脱离位置处，卸料门6在自身重力下将排屑通道阻断，卸料筒8失去偏压力恢复至原来状态。
在上述实施方式中，所述致动部件7可以与卸料筒8成型为一体，致动部件7在受到启闭驱动器驱动时与卸料筒8一起在抵接位置与脱离位置之间移动。
所述排浆通道的孔眼可以为三角形、圆形、矩形等任意形状，只要能使泥浆排出而阻挡岩屑即可。
所述遮挡结构可以沿筒壁外侧周向滑动地设置在筒壁上。
所述遮挡结构还可以通过铰接轴转动的设置在筒壁上的排屑通道外侧。
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)
1.一种冲击钻具，包括：
钻头，具有轴向的第一流通通道；
钻筒，连接在所述钻头上方，具有筒壁及由所述筒壁围成的内腔；
单向拦阻机构，允许泥浆及岩屑的混合物从所述钻头的所述第一流通通道进入所述钻筒的所述内腔中，并保持岩屑在所述内腔中；
其特征在于，所述钻筒的所述筒壁上高于且靠近所述单向拦阻机构处设有排屑通道，所述排屑通道上设有使其导通及阻断的遮挡结构。
2.根据权利要求1所述的冲击钻具，其特征在于，所述遮挡结构为可滑动设置在所述筒壁上的卸料门。
3.根据权利要求2所述的冲击钻具，其特征在于，所述卸料门具有与所述筒壁相适应的弧形。
4.根据权利要求1-3任一项所述的冲击钻具，其特征在于，所述筒壁上还成型有阻挡所述岩屑的排浆通道。
5.根据权利要求4所述的冲击钻具，其特征在于，所述排浆通道为多个均匀分布在所述筒壁上的孔眼。
6.根据权利要求1-5任一项所述的冲击钻具，其特征在于，所述单向拦阻机构包括下壳体以及设置在所述下壳体内的球体，所述下壳体中部具有适合所述混合物进入所述下壳体并使所述球体浮起的单向入口。
7.根据权利要求6所述的冲击钻具，其特征在于，所述单向拦阻机构还具有上壳体，所述上壳体留有适合所述混合物流出而阻挡所述球体的第二流通通道。
8.根据权利要求7所述的冲击钻具，其特征在于，所述上壳体为十字型结构。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的冲击钻具，其特征在于，所述筒壁的外侧面设有螺旋导板。
10.根据权利要求9所述的冲击钻具，其特征在于，所述螺旋导板上设有接料斗。
11.根据权利要求10所述的冲击钻具，其特征在于，所述螺旋导板和/或接料斗上成型有泄流孔。
12.一种冲击钻的岩屑清除系统，其特征在于，包括
如权利要求1-11任一项所述的冲击钻具；
所述遮挡结构的启闭机构，设置在井口上。
13.根据权利要求12所述的冲击钻的岩屑清除系统，其特征在于，所述遮挡结构为可竖向滑动设置在所述筒壁上的卸料门；所述启闭机构包括在高于井口的位置设置的在抵接位置与脱离位置之间往复移动的致动部件；在所述抵接位置所述致动部件与所述卸料门连接以打开所述卸料门导通所述排屑通道，在脱离位置所述致动部件脱开所述卸料门使所述卸料门在偏压力的作用下关闭以阻断所述排屑通道。
14.根据权利要求13所述的冲击钻的岩屑清除系统，其特征在于，所述致动部件与卸料筒成型为一体；所述致动部件与所述卸料门抵接处位于所述卸料筒靠近所述卸料门一端的顶部。
15.根据权利要求14所述的冲击钻的岩屑清除系统，其特征在于，所述致动部件高于井口的高度大于或等于所述排屑通道高度，并适于抵住所述卸料门的下方。
16.根据权利要求13或14所述的冲击钻的岩屑清除系统，其特征在于，所述启闭机构包括一个底座，所述卸料筒摆动地设置在所述底座上；一个启闭驱动器驱动下所述致动部件在抵接位置与脱离位置之间往复移动。
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