CN110130832A - 一种离心式跟管钻具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻具，特别是一种离心式跟管钻具及其制造方法，属于钻井装置技术领域；该装置包括传动轴、开孔器以及扩孔块，该扩孔块至少具有2个，扩孔块上设置有弧形槽，传动轴的顶部设置有弧形块，以便弧形块装配于弧形槽上，该弧形块的弧形一端位于传动轴的中心，该扩孔块通过弧形槽以及弧形块实现扩张/收缩；本发明解决了传统的跟管钻具在使用过程中若要更换则需要更换这个钻具的问题，通过分体式结构的设计能够有效的提高钻具的实用性，并且可根据开孔器的磨损情况更换开孔器即可的效果，从而有效的降低了钻具的维护成本，也能够提高钻具的维护效率。

Description

一种离心式跟管钻具及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钻具，特别是一种离心式跟管钻具及其制造方法，属于钻井装置技术领域。

背景技术

目前的同心或偏心跟管钻具，都是根据不同的地质情况选择不同的钻具，同时现有的跟管钻具在钻进的过程中扭矩力过大、扩孔片容易折断，使的钻具的可靠性降低，还没有一种跟管钻具能做到强度高，扭矩小，适用于不同的地质结构条件的钻孔施工；同时，普通钻具在流沙层钻进过程中，由于钻具气孔与冲击器气孔相通，添加钻杆、套管、关气时，孔内的流沙反流到冲击器内，造成冲击器不工作，影响施工进度。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种离心式跟管钻具,该离心式跟管钻具具备实用性强，可只需要更换开孔器，解决因磨损而更换整个装置的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种离心式跟管钻具，包括传动轴、开孔器以及扩孔块；

其中，该扩孔块至少具有2个，扩孔块上设置有弧形槽，传动轴的顶部设置有弧形块，以便弧形块装配于弧形槽上，该弧形块的弧形一端位于传动轴的中心，该扩孔块通过弧形槽以及弧形块实现扩张/收缩；

所述开孔器侧面还设置有用于装配扩孔块的装配孔，传动轴可装配于开孔器的轴孔内，并通过弧形槽以及弧形块以实现扩孔块在装配孔内的滑动。

本发明的一种离心式跟管式钻具通过分体式的结构设计，使转动轴与开孔器形成两个独立的结构设计，而在跟管钻井工艺中，由于长期使用，开孔器会造成比较严重的磨损，在在磨损过渡不能使用的情况下只有更换整个钻具，而本设计有效的解决了该问题，只需要更换开孔器即可完成钻具的更换，有效的降低了钻具的成本。

进一步的，所述传动轴的下部设置有多个用于装配定位的导向槽，开孔器内侧壁的上部设置有与导向槽匹配的导向条。该方式能够有效辅助传动轴与开孔器之间的装配。

进一步的，该导向槽的上方还设置限位槽，该限位槽的宽度大于导向槽的宽度，传动轴装配于开孔器内后通过转动使导向槽的底边与导向条的底边配合实现限位。该设计方式能够实现装配的限位，保证其稳定性。

进一步的，所述导向槽侧边还设置有定位槽，该定位槽的一端连通导向槽，且该定位槽的顶部侧边低于限位槽的底边，该限位槽与定位槽连通，导向槽内通过设置弧形键装配于定位槽内并移至导向槽的位置以使实现装配定位。该方式的设计能够有效的解决了传统采用销子定位受力面积小的问题，更具备稳定性。

进一步的，该弧形键沿圆周方向的长度比导向槽的宽度长以实现弧形键安装效果，开孔器侧壁对应的位置上设置有用于弧形键装配在定位槽内移动的销孔。

进一步的，还包括用于避免弧形键滑动的占位销，占位销通过销孔装配于定位槽内以实现弧形键的定位，并通过膨胀销装配于销孔内。该方式能够有效保证弧形键的装配定位效果。

进一步的，该传动轴底部设置有出气孔，该传动轴的顶部还设置有进气孔，该进气孔与出气孔连通形成气道，开孔器的底部还设置有多个喷气孔，通过扩孔块的伸缩以控制喷气孔的开启/闭合，从而实现出气孔的气体通过喷气孔喷出以及限制外部环境的高压气体或液体反流。该方式的设计能够有效的保证进气以及防止气体或液体反流的问题。

进一步的，该传动轴上还设置有用于与开孔器端面配合的装配限位块，该装配限位块与开孔器端面硬配合以实现装配限位以及实现密封和传递冲击。

进一步的，所述扩孔块为三块，三块扩孔块在闭合状态下底面组成完整的平面，弧形块为三个，并且弧形块弧形的另一端延伸至传动轴的侧壁。

一种离心式跟管钻具的制造方法，包括以下步骤：

a、开孔器，在开孔器的内侧壁上部加工导向条，在开孔器的底部开设用于装配扩孔块的装配孔以及用于弧形键移动的销孔；

b、扩孔块，在扩孔块的内侧开设弧形槽，并将扩孔块装配于开孔器的装配孔内并处于收缩的状态；

c、传动轴，在传动轴的外侧壁下部加工导向槽，在传动轴的底部加工多个弧形块，该弧形块以传动轴的中心位置向外延伸以实现弧形块装配于弧形槽内以控制扩孔快的扩张/收缩，在导向槽的顶部沿圆周方向设置限位槽以保证传动轴的转动，同时在导向槽上部沿圆周方向开设定位槽用于装配弧形键，以及开设气道，该气道由传动轴顶部中部的进气孔连通底部出气孔连通加工而成；

d、装配，开孔器的孔朝上，扩孔块分别从开孔器端面的孔放进去，滑动至装配孔，三块扩孔块装入扩孔块过后，使其在回收位置，然后将弧形块装配至中心轴的定位槽上，后将其插入开孔器的孔中，此时中心轴上的弧形块至于扩孔块的弧形槽内。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种离心式跟管钻具解决了传统的跟管钻具在使用过程中若要更换则需要更换这个钻具的问题，通过分体式结构的设计能够有效的提高钻具的实用性，并且可根据开孔器的磨损情况更换开孔器即可的效果，从而有效的降低了钻具的维护成本，也能够提高钻具的维护效率；

2、本设计结合分体式结构的设计以及扩孔块的设计能够有效的解决深孔、地下水反压反泥沙进入钻具或冲击器造成孔内事故的问题，当钻具扩孔正常钻进时，与常规钻具一样，可通过钻具底部气孔吹出渣土，同时还有效的解决了钻具内渣土吹排不尽的问题。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明装配后扩孔块伸展结构示意图；

图3是本发明装配后扩孔块收缩结构示意图；

图4是扩孔块装配在开孔器的装配孔内伸展状态的俯视图；

图5是扩孔块装配在开孔器的装配孔内收缩状态的俯视图；

图6是传动轴俯视图的结构示意图；

图7是传动轴仰视图的结构示意图；

图8是开孔器俯视图的结构示意图；

图9是开孔器的结构示意图；

图10是扩孔器的结构示意图；

图11是本发明扩孔块装配在传动轴上的结构示意图；

图12是本发明应用的截面示意图；

图13是本发明冲销用于拆卸的结构示意图。

图中标记：1-传动轴、11-弧形块、12-导向槽、13-限位槽、14-定位槽、15-限位块、16-弧形面、2-开孔器、21-装配孔、22-导向条、23-销孔、3-扩孔块、31-弧形槽、4-弧形键、5-占位销、6-进气孔、7-出气孔、8-喷气孔、9-膨胀销、10-冲销。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种离心式跟管钻具，如图1至图11所示，包括传动轴1、开孔器2以及扩孔块3；

其中，该扩孔块3至少具有2个，扩孔块3上设置有弧形槽31，传动轴1的顶部设置有弧形块11，以便弧形块装配于弧形槽上，该弧形块的弧形一端位于传动轴的中心，该扩孔块3通过弧形槽31以及弧形块11实现扩张/收缩；

所述开孔器侧面还设置有用于装配扩孔块3的装配孔21，传动轴可装配于开孔器的轴孔内，并通过弧形槽31以及弧形块11以实现扩孔块在装配孔内的滑动。

本实施例中，通过弧形槽31以及弧形块11与弧形槽31的设计能够有效实现扩孔块的扩张/收缩，由于弧形块、弧形槽31的设计，使扩孔块收到向内/向外的力，使扩孔块能够在弧形块上实现沿弧形块的弧形运动，由于弧形方向的设计，使扩孔块相对传动轴中心位置的距离产生变化，从而有效的实现扩孔块的张合。另外，传动轴与开孔器为可拆结构的设计，从而实现该两个结构为独立的装置，通过该设计以实现钻孔磨损较大的情况下能够有效的实现钻具磨损仅需更换开孔器的效果。

在上述具体实施方式的设计原则上，为了保证传动轴与开孔器装配使能够更好的定位，在另一具体实施方式中，所述传动轴1的下部设置有多个用于装配定位的导向槽12，开孔器2内侧壁的上部设置有与导向槽匹配的导向条22。通过该方式的设计能够有效的使传动轴更加精准的装配到开孔器内并与扩孔块进行配合。

基于装配结构的设计，在其中一具体实施方式中，该导向槽12的上方还设置限位槽13，该限位槽的宽度大于导向槽的宽度，传动轴装配于开孔器内后通过转动使导向槽的底边与导向条的底边配合实现限位。具体操作中，通过传动轴转动使导向条与导向槽产生错位，该限位槽13的底部与导向条的底部相配合以实现限位装配。具体的，该限位槽13的底部面与导向条底部面的间距不超过1.5mm。另外，在具体的设计中，该弧形块的弧形所在圆心相对于弧形的位置与限位槽13宽度延长方向相对导向槽的位置均为同一方向，通过该设计以实现传动轴在转动过程中实现扩孔块的张开。更具体的，以图为例，由下往上看，该限位槽的延长方向为逆时针方向，该弧形块的弧形所在圆心位于弧形的逆时针方向一侧。这当中，限位槽13的底面与导向槽的顶面齐平。

作为更加具体的设计，在其中一具体实施方式中，所述导向槽侧边还设置有定位槽14，该定位槽的一端连通导向槽，且该定位槽的顶部侧边低于限位槽的底边，该限位槽与定位槽连通，导向槽内通过设置弧形键4装配于定位槽内并移至导向槽的位置以使实现装配定位。作为更加具体的设计，该定位槽开设的深度相对于定位槽深度更深。该定位槽有导向槽的一侧沿圆周方向延伸至导向槽的另一侧位置。

结合上述具体实施方式的设计中，在另一具体实施方式中，该弧形键4沿圆周方向的长度比导向槽的宽度长以实现弧形键安装效果，开孔器2侧壁对应的位置上设置有用于弧形键在定位槽内移动的销孔23。本实施例中，在实际装配中，该弧形键4先装配于定位槽内，装配好后将传动轴装配在开孔器内，装配到位后，通过销孔23的设计能够有弧形键在定位槽内的移动，以实现限位的效果，或者是需要取出传动轴时借助该销孔的设计来实现移动从而使导向条和导向槽能够顺畅的匹配。

上述具体实施方式中，在没有弧形键的设计基础上，该传动轴转动后导向槽的侧壁顶部端面与导向条的底部端面配合，保持钻具的整体性，而作为弧形键和定位槽的设计能够有效保证扩孔块在回收后依然保持整个跟管钻具的整体性，不会出现提动传动轴与开孔器脱落的情况。

为了进一步确保弧形键在定位槽内的稳定性，避免自己的松动，在另一具体实施方式中，还包括用于避免弧形键滑动的占位销5，占位销通过销孔装配于定位槽内以实现弧形键的定位，并通过膨胀销9装配于销孔内。而该占位销5的数量一般为两个。从而能够有效的使占位销和弧形键相对填入到定位槽内，即使有轻微的摆动，也不影响弧形键的限位作用。在占位销装配好，为了保证装配的效果，采用膨胀销钉对销孔进行密封。具体的设计，该定位槽与限位槽以导向槽为基准，沿圆周相反的方向延伸。具体的，该占位销为2颗钢球。

基于上述具体实施方式的设计原则上，在其中一具体实施方式中，该传动轴底部设置有出气孔7，该传动轴的顶部还设置有进气孔6，该进气孔与出气孔连通形成气道，开孔器的底部还设置有多个喷气孔8，通过扩孔块的伸缩以控制喷气孔的开启/闭合，从而实现出气孔的气体通过喷气孔喷出以及限制外部环境的高压气体或液体反流。该设计中，由于扩孔块可滑动的设计，尤其是在收缩的情况，该扩孔块会对第二出气孔进行阻挡，能够有效的避免外部环境的高压气体或液体反流。

而在装配中，作为更加具体的设计，在另一具体实施方式中，该传动轴1上还设置有用于与开孔器端面配合的装配限位块15，该装配限位块与开孔器端面硬配合以实现装配限位以及实现密封和传递冲击。从附图中能够明确的看出，该限位块15为圆柱体，该限位块的底面与开孔器的顶面配合。在装配后，限位块的底面与开孔器的顶面相接触，传动轴下方的弧形块位于扩孔块的弧形槽内。

在扩孔块的结构的设计上，在其中一具体实施方式中，所述扩孔块为三块，三块扩孔块在闭合状态下底面组成完整的平面，弧形块为三个，并且弧形块弧形的另一端延伸至传动轴的侧壁。作为更加具体的，为了进一步的实现其工作，在此特别说明，如附图所示，该3块扩孔块为圆周阵列分布。具体的，该扩孔块的主要形状为具有顶部平面，以及倾斜设置的过渡面，外侧的弧面，而该扩孔块的内侧设置有弧形槽，该弧形槽的弧形长度小于弧形块的弧形长度以实现滑动的效果。作为更加具体的，该扩孔块上还设置有贯穿扩孔块的气孔，该气孔的一端位于弧形槽内，另一端位于扩孔块的底面。

作为更加具体的设计，该扩孔块的外侧和开孔器的底面均设置有硬质合金块。作为更加具体的设计，该传动轴为一体成型，采用车加工实现其结构的成型。

更加具体的，由于扩孔块的数量设计，因此弧形块的设计为3个，另外，出气孔7的数量也为3个，每个出气孔分别位于相邻的两个弧形块之间并靠近传动轴的中心位置。当然，作为设计上的应用，该弧形块可以为4个、5个或者6个。具体的设计方式为圆周阵列分布。而在具体的设计上，该扩孔块上还设置有提高装配效果的弧形面16。

基于上述具体实施方式的设计原则上，作为具体的应用当中，如图12所示，该开孔器2外周围设置有与管体匹配的卡台。从图中可以得出，管体的结构与钻具的结构设计相匹配。该设计方式结合以上的设计方案，该设计方案可在任何地层中都能顺利打开和回收。

另外，为了便于钻具的拆卸，如图13所示，该开孔器2以及转动轴设置有与销孔同轴线的通孔便于装配冲销10。在扩孔块为收缩状态时，冲销可穿过钻具，因此可将占位销从销孔取出。

作为具体的描述，尤其是为了便于理解，上述具体实施方式中所描述的位置关系是以跟管钻具工作形态下进行的描述，从附图的结构而言，其示意的结构与描述的方向为相互倒置的。

基于上述的实施方式设计上，在本实施例中，作为其装配以及使用，将制作成型的传动轴通过导向槽和导向条装配进入到开孔器的轴孔内，该轴孔是以开孔器为侧壁，并且具有底部侧壁的设计，该开孔器侧壁开设有装配孔，扩孔块预先装配于装配孔内并以收缩的状态为初始状态，传动轴装配进入到开孔器之前预先装配弧形键，传动后装配到开孔器内，并且是弧形块适配到户弧形槽内，逆时针转动传动轴，使扩孔块伸展出开孔器的装配孔，通过销孔调整弧形键的位置，并加入占位销进行定位，再由膨胀销封住销孔，由于弧形块与弧形槽的装配到极限位置，从而实现带动开孔器的转动。在运行过程中，通过进气孔进气并由出气孔出气，在展开状态时，可由喷气孔将气体吹出，有效实现钻孔的效果。而在一定的情况下，为了避免高压气体或液体反流，顺时针转动传动轴，实现扩孔块的收缩，收缩后可关闭喷气孔，有效的避免了高压气体或液体反流。同时，可以上提传动轴，由于装配间隙以及弧形键的限位，实现微量提升，可使从出气孔出来的气体向上吹动，有效清理跟管钻具内的杂质。这当中，一定要注意的是扩孔块伸展后，扩孔块最大的伸展量的情况不遮住喷气孔，收缩后关闭喷气孔。

实施例2

一种离心式跟管钻具的方法，包括以下步骤：

a、开孔器，在开孔器的内侧壁上部加工导向条，在开孔器的底部开设用于装配扩孔块的装配孔以及用于弧形键移动的销孔；

b、扩孔块，在扩孔块的内侧开设弧形槽，并将扩孔块装配于开孔器的装配孔内并处于收缩的状态；

c、传动轴，在传动轴的外侧壁下部加工导向槽，在传动轴的底部加工多个弧形块，该弧形块以传动轴的中心位置向外延伸以实现弧形块装配于弧形槽内以控制扩孔快的扩张/收缩，在导向槽的顶部沿圆周方向设置限位槽以保证传动轴的转动，同时在导向槽上部沿圆周方向开设定位槽用于装配弧形键，以及开设气道，该气道由传动轴顶部中部的进气孔连通底部出气孔连通加工而成；

d、装配，开孔器的孔朝上，扩孔块分别从开孔器端面的孔放进去，滑动至装配孔，三块扩孔块装入扩孔块过后，使其在回收位置(图5)，然后将弧形块装配至中心轴的定位槽上，后将其插入开孔器的孔中，此时中心轴上的弧形块至于扩孔块的弧形槽内。

基于上述具体实施方式中，所述步骤d中，还包括：将传动轴上的定位槽内装配弧形键，并放置于导向槽的一侧，将传动轴通过导向槽与导向条的配合装配进入到装配了扩孔块的开孔器的轴孔内，使弧形块与扩孔块的弧形槽匹配，转动传动轴，通过销孔调整弧形键的位置移至导向槽内，并通过销孔加入占位销，并以膨胀销封孔。

基于上述具体实施方式中，还包括步骤e、钻具的拆卸，钻具收回状态下，将一根直径小于拆卸孔的冲销将占位销和膨胀销冲出后，将弧形键滑动至另一侧，后提出中心轴去除扩孔块。

综上所述，本发明的一种离心式跟管钻具解决了传统的跟管钻具在使用过程中若要更换则需要更换这个钻具的问题，通过分体式结构的设计能够有效的提高钻具的实用性，并且可根据开孔器的磨损情况更换开孔器即可的效果，从而有效的降低了钻具的维护成本，也能够提高钻具的维护效率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种离心式跟管钻具，其特征在于：包括传动轴(1)、开孔器(2)以及扩孔块(3)；

其中，该扩孔块(3)至少具有2个，扩孔块(3)上设置有弧形槽(31)，传动轴(1)的顶部设置有弧形块(11)，以便弧形块装配于弧形槽上，该弧形块的弧形一端位于传动轴的中心，该扩孔块(3)通过弧形槽(31)以及弧形块(11)实现扩张/收缩；

所述开孔器侧面还设置有用于装配扩孔块(3)的装配孔(21)，传动轴可装配于开孔器的轴孔内，并通过弧形槽(31)以及弧形块(11)以实现扩孔块在装配孔内的滑动。

2.如权利要求1所述的一种离心式跟管钻具，其特征在于：所述传动轴(1)的下部设置有多个用于装配定位的导向槽(12)，开孔器(2)内侧壁的上部设置有与导向槽匹配的导向条(22)。

3.如权利要求2所述的一种离心式跟管钻具，其特征在于：该其导向槽(12)的上方还设置限位槽(13)，该限位槽的宽度大于导向槽的宽度，传动轴装配于开孔器内后通过转动使导向槽的底边与导向条的底边配合实现限位。

4.如权利要求2所述的一种离心式跟管钻具，其特征在于：所述导向槽侧边还设置有定位槽(14)，该定位槽的一端连通导向槽，且该定位槽的顶部侧边低于限位槽的底边，该限位槽与定位槽连通，导向槽内通过设置弧形键(4)装配于定位槽内并移至导向槽的位置以使实现装配定位。

5.如权利要求4所述的一种离心式跟管钻具，其特征在于：该弧形键(4)沿圆周方向的长度比导向槽的宽度长以实现弧形键安装效果，开孔器(2)侧壁对应的位置上设置有用于弧形键装配在定位槽内移动的销孔(23)。

6.如权利要求4或5所述的一种离心式跟管钻具，其特征在于：还包括用于避免弧形键滑动的占位销(5)，占位销通过销孔装配于定位槽内以实现弧形键的定位，并通过膨胀销(9)装配于销孔内实现密封装配。

7.如权利要求1所述的一种离心式跟管钻具，该传动轴底部设置有出气孔(7)，该传动轴的顶部还设置有进气孔(6)，该进气孔与出气孔连通形成气道，开孔器的底部还设置有多个喷气孔(8)，通过扩孔块的伸缩以控制喷气孔的开启/闭合，从而实现出气孔的气体通过喷气孔喷出以及限制外部环境的高压气体或液体反流。

8.如权利要求1所述的一种离心式跟管钻具，其特征在于：该传动轴(1)上还设置有用于与开孔器端面配合的装配限位块(15)，该装配限位块与开孔器端面硬配合以实现装配限位以及实现密封和传递冲击。

9.如权利要求1所述的一种离心式跟管钻具，其特征在于：所述扩孔块为三块，三块扩孔块在闭合状态下底面组成完整的平面，弧形块为三个，并且弧形块弧形的另一端延伸至传动轴的侧壁。

10.一种离心式跟管钻具的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、开孔器，在开孔器的内侧壁上部加工导向条，在开孔器的底部开设用于装配扩孔块的装配孔以及用于弧形键移动的销孔；

b、扩孔块，在扩孔块的内侧开设弧形槽，并将扩孔块装配于开孔器的装配孔内并处于收缩的状态；

c、传动轴，在传动轴的外侧壁下部加工导向槽，在传动轴的底部加工多个弧形块，该弧形块以传动轴的中心位置向外延伸以实现弧形块装配于弧形槽内以控制扩孔快的扩张/收缩，在导向槽的顶部沿圆周方向设置限位槽以保证传动轴的转动，同时在导向槽上部沿圆周方向开设定位槽用于装配弧形键，以及开设气道，该气道由传动轴顶部中部的进气孔连通底部出气孔连通加工而成；

d、装配，开孔器的孔朝上，扩孔块分别从开孔器端面的孔放进去，滑动至装配孔，三块扩孔块装入扩孔块过后，使其在回收位置，然后将弧形块装配至中心轴的定位槽上，后将其插入开孔器的孔中，此时中心轴上的弧形块至于扩孔块的弧形槽内。