CN110397404A - 一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，包括外壳主体；外壳主体内部布置主传动轴和次传动轴；普通掘进钻头通过连接头与外壳主体连接；普通掘进钻头中空部分形成高压水出水道；连接头为轴向中空结构，中空部分形成主轴行程道，连接头通过主轴行程道与主传动轴连接；主传动轴的前端布置有主级弹簧；次传动轴的前端布置有次级弹簧；外壳主体内中空部分形成高压水进水道；主传动轴靠近次传动轴的一端两侧设置有斜向刀槽；切槽刀片通过固定销设置在斜向刀槽内。使用液压的方式实现切槽刀片的伸出与回收。与现有技术相比，提高了切槽的效率和稳定性，减少了切槽过程的时间和人力成本。

Description

一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置

技术领域

本发明涉及一种水力压裂所用的径向切槽装置，具体涉及一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置。

背景技术

水力压裂起源于石油领域，该技术通过在目标岩体内注入高压水的方式人为地制造裂纹，从而提高储层的渗透性。近年来，水力压裂技术逐渐被引入到煤矿领域，主要用于提高瓦斯抽采效率和增强煤岩体可冒落性。通过水力压裂制造出的裂纹称为水力裂纹。水力裂纹分为两种形态，即轴向水力裂纹和径向水力裂纹。轴向水力裂纹常见于石油开采领域，煤矿领域大部分使用的是径向水力裂纹。类似于制造轴向水力裂纹时所使用的射孔技术，径向水力压裂之前通常在压裂孔内部开凿一系列人造径向切槽作为水力裂纹的起裂弱面，达到降低起裂压力和促进水力裂纹以径向形态起裂的目的。

现有技术中，常用的切槽装置是我国早期由波兰引进的。该装置采用机械旋转的方式，利用当切槽装置顶部接触到压裂孔底部时所伸出的切槽刀片，在压裂孔内部进行径向切槽。专利公开号为CN105952384A、名称为“水力压裂正交组合双刃切槽钻头”的专利对这一常用切槽装置进行了改进，在装置内部加入了一组与初始切槽刀片正交的双刃切槽刀片，实现一次切割过程同时制造两个径向切槽的目的。现有的常用切槽装置和专利公开号为CN105952384A、名称为“水力压裂正交组合双刃切槽钻头”的专利所公开的改进后的切槽装置存在以下两个主要缺陷。切槽刀片的伸出依赖于切槽装置顶部与压裂孔底部之间的物理接触，现场操作中，尤其是长距离压裂孔条件下，切槽装置顶部往往在没有推进至预设切槽位置时就已与压裂孔孔壁接触，使切槽刀片过早伸出，阻碍切槽装置推进至预设切槽位置。此外，当需要在压裂孔内制造多个径向切槽时，不得不在完成第一次切槽工序后，退出钻杆并将切槽装置更换为普通钻头，重新推杆掘进至下一预设切槽位置时，再次退杆将掘进钻头更换为切槽装置，随后推杆进行下一次切槽工序。以上繁琐操作的反复实施，增加了时间、人力成本，多次推杆过程加大了切槽刀片过早伸开造成卡孔的可能性。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，解决现有切槽装置推进时容易卡孔和切槽时需反复退出、推进钻杆及更换钻头的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，包括外壳主体、切槽刀片、固定销、普通掘进钻头；所述的外壳主体的主体内部沿切槽装置轴线方向前后布置主传动轴和次传动轴；所述的主传动轴与次传动轴通过位于主传动轴尾部的次轴行程道连接；所述的普通掘进钻头通过连接头与外壳主体连接；所述的普通掘进钻头的一侧连接有连接头；所述的普通掘进钻头为轴向中空结构，中空部分形成高压水出水道；所述的连接头为轴向中空结构，中空部分形成主轴行程道，连接头通过主轴行程道与主传动轴连接；所述的主传动轴的前端布置有主级弹簧；所述的次传动轴的前端布置有次级弹簧；所述的次级弹簧与外壳主体之间布置有密封的“O”密封圈；所述的外壳主体的一侧外壳尾部内为轴向中空结构，中空部分形成高压水进水道；所述的主传动轴靠近次传动轴的一端两侧设置有斜向刀槽所述的切槽刀片通过固定销设置在斜向刀槽内。

进一步的，所述的高压水进水道和高压水出水道的直径均大于导水道的直径。

进一步的，所述普通掘进钻头通过连接头与外壳主体螺纹连接。

进一步的，所述的外壳主体与外壳尾部用螺纹连接，外壳尾部通过钻杆与钻机和高压水泵连接。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供了一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，采用液压的方式，利用切槽装置内部的各级弹簧和各级传动轴，通过调整高压水泵注水流量，实现切槽刀片的伸出与回收。该发明的有益效果是：

1）避免了切槽刀片在切槽装置推进至预设切槽位置过程中过早伸出造成卡孔的现象；

2）无需在切槽过程中反复退出、推进钻杆及更换掘进钻头，实现钻孔和切槽工序的一体化施工。与现有技术相比，本发明提高了切槽效率和切槽稳定性，减小了切槽工序耗费的时间和人力成本。该发明装置结构简单、使用方便且成本低廉，具有很好的推广和应用价值。

附图说明

图1为本发明所述切槽装置在切槽刀片伸出状态下的外部结构示意图；

图2为本发明所述切槽装置在切槽刀片回收状态下的外部结构示意图；

图3为本发明所述切槽装置内部主传动轴的外部结构示意图；

图4为图3的B-B剖面图；

图5为本发明所槽装置内部次传动轴的外部结构示意图。

图中：1、连接头，2、外壳主体，3、主级弹簧，4、主传动轴，5、切槽刀片，6、固定销，7、O型密封圈，8、次级弹簧，9、次传动轴，10、外壳尾部，11、次轴行程道，12、主轴行程道，13、普通掘进钻头，14、高压水进水道，15、高压水出水道，16、导水道，17、斜向刀槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明要解决的技术问题是：1）在切槽装置推进至预设切槽位置过程中切槽刀片不会过早伸开阻碍切槽装置的推进；2）在正常钻孔掘进工序结束后无需反复退杆更换切槽装置即可在压裂孔内制造出多个径向切槽。

针对上述问题，本专利提出一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，将钻孔和切槽两道工序合二为一，实现一体化施工。

如图2、图3、图4和图5所示，一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，包括外壳主体2、切槽刀片5、固定销6、普通掘进钻头13；所述的外壳主体2的主体内部沿切槽装置轴线方向前后布置主传动轴4和次传动轴9；所述的主传动轴4与次传动轴9通过位于主传动轴4尾部的次轴行程道11连接；所述的普通掘进钻头13通过连接头1与外壳主体2连接；所述的普通掘进钻头13的一侧连接有连接头1；所述的普通掘进钻头13为轴向中空结构，中空部分形成高压水出水道15；所述的连接头1为轴向中空结构，中空部分形成主轴行程道12，连接头通过主轴行程道12与主传动轴4连接；所述的主传动轴4的前端布置有主级弹簧3；所述的次传动轴9的前端布置有次级弹簧8；所述的次级弹簧8与外壳主体2之间布置有密封的O型密封圈7；所述的外壳主体2的一侧外壳尾部10内为轴向中空结构，中空部分形成高压水进水道14；所述的主传动轴4靠近次传动轴9的一端两侧设置有斜向刀槽17所述的切槽刀片5通过固定销6设置在斜向刀槽17内。

所述的高压水进水道14和高压水出水道15的直径均大于导水道16的直径，使高压水的压力能够有效的作用于次传动轴9，进而带动切槽装置内部构件运动，确保切槽刀片5伸出切槽装置，结合钻杆的旋转，利用逐渐伸出的切槽刀片5在钻孔内部进行径向切槽。

所述普通掘进钻头13通过连接头1与外壳主体2螺纹连接。

所述的外壳主体2与外壳尾部10用螺纹连接，外壳尾部10通过钻杆与钻机和高压水泵连接。

所述的斜向刀槽17共有两个，分别开在主传动轴4端部两侧。

如图1所示，使用时，切槽装置尾部的外壳尾端10使用螺纹连接方式顺序连接钻杆、钻机和高压水泵。正常掘进时，该切槽装置和钻杆内部采用常压水供液，此时切槽装置内部各级弹簧处于初始非变形状态，切槽刀片5回收于切槽装置内部，开动钻机利用置于切槽装置一侧的普通掘进钻头13进行钻孔掘进。钻孔掘进至预设切槽位置时，增大高压水泵供水流量，提高钻杆和切槽装置内水压。高压水推动切槽装置内部次级传动轴9沿切槽装置轴线向切槽装置顶部运动，压缩位于次级传动轴9前端的8次级弹簧，进一步推动主传动轴4，通过压缩位于主传动轴4前端的主级弹簧3，将切槽刀片5逐渐伸出。结合钻杆的旋转，利用逐渐伸出的切槽刀片5在钻孔内部进行切槽。

切槽完毕后，降低高压水泵供水流量，减小钻杆和切槽装置内水压，使压缩状态下的主级弹簧3和次级弹簧8复原到初始非变形状态，并带动主传动轴4和次传动轴9沿切槽装置轴线向切槽装置底部运动，将切槽刀片5回收至切槽装置内部。重复以上工序，将钻孔掘进至下一个预设切槽位置，进行下一次切槽处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，包括外壳主体（2）、切槽刀片（5）、固定销（6）、普通掘进钻头（13）；其特征在于，所述的外壳主体（2）的主体内部沿切槽装置轴线方向前后布置主传动轴（4）和次传动轴（9）；所述的主传动轴（4）与次传动轴（9）通过位于主传动轴（4）尾部的次轴行程道（11）连接；所述的普通掘进钻头（13）通过连接头（1）与外壳主体（2）连接；所述的普通掘进钻头（13）的一侧连接有连接头（1）；所述的普通掘进钻头（13）为轴向中空结构，中空部分形成高压水出水道（15）；所述的连接头（1）为轴向中空结构，中空部分形成主轴行程道（12），连接头通过主轴行程道（12）与主传动轴（4）连接；所述的主传动轴（4）的前端布置有主级弹簧（3）；所述的次传动轴（9）的前端布置有次级弹簧（8）；所述的次级弹簧（8）与外壳主体（2）之间布置有密封的O型密封圈（7）；所述的外壳主体（2）的一侧外壳尾部（10）内为轴向中空结构，中空部分形成高压水进水道（14）；所述的主传动轴（4）靠近次传动轴（9）的一端两侧设置有斜向刀槽（17）所述的切槽刀片（5）通过固定销（6）设置在斜向刀槽（17）内。

2.根据权利要求1所述的一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，其特征在于，所述的高压水进水道（14）和高压水出水道（15）的直径均大于导水道（16）的直径。

3.根据权利要求1所述的一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，其特征在于，所述普通掘进钻头（13）通过连接头（1）与外壳主体（2）螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，其特征在于，所述的外壳主体（2）与外壳尾部（10）用螺纹连接，外壳尾部（10）通过钻杆与钻机和高压水泵连接。

5.根据权利要求1所述的一种液压机械结合式钻割一体化径向切槽装置，其特征在于，所述的斜向刀槽（17）共有两个，分别开在主传动轴（4）端部两侧。