CN110410010A - 一种气动冲击扩孔器及扩孔施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气动冲击扩孔器及扩孔施工工艺,包括上接头、上端盖、芯轴、外缸、冲锤和钻头,上接头采用转换扣型上接头,上接头与芯轴连接,上端盖通过螺纹连接芯轴和外缸,外缸内依次套装有支撑套和衬套,冲锤套装在衬套、外缸和间隔套内部,钻头通过花键套固定安装在外缸内部,钻头远离上接头一端设置有扶正接头,扶正接头上设置多个导气孔和导液孔;本发明一种气动冲击扩孔器及扩孔施工工艺,该种气动冲击扩孔器与捆绑式冲击扩孔器相比,结构更简单,没有焊接部件,整体上更耐冲击,工作更可靠;该种气动冲击扩孔器因其冲锤的有效冲击质量要比捆绑式冲击扩孔器的大很多,所以能达到更大的冲击功,破岩效率也会高很多。
Description
技术领域
本发明涉及扩孔器技术领域,特别涉及一种气动冲击扩孔器及扩孔施工工艺。
背景技术
在水平定向穿越铺管施工过程中,扩孔器用于先导孔施工完成后的扩孔施工。现有用于岩石地层的扩孔器有:捆绑式冲击扩孔器、牙轮扩孔器、滚刀扩孔器,采用这些扩孔器进行水平定向穿越铺管施工存在一定的缺陷。
(1)捆绑式冲击扩孔器是用数个常规潜孔冲击器及钻头捆绑在芯轴上来实现大直径扩孔功能的,存在着如下缺点:1).捆绑结构复杂,可靠性低;2).钻头不可避免地产生偏磨现象。因为这些缺陷的存在,捆绑式冲击扩孔器并没有在市场得到推广应用。
(2)现有的牙轮扩孔器、滚刀扩孔器等,在硬岩扩孔钻进中钻进效率低,并且要使用大量的高配比泥浆,施工成本高。
(3)现有的扩孔施工工艺均采用泥浆排屑,要想有效排出钻孔内的岩屑,必须大量使用高配比泥浆,将会增大泥浆的使用成本。而且即使用了高配比泥浆,仍然有较大颗粒的岩屑存留于孔内,需要钻头进行二次破碎,影响了扩孔钻进效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种气动冲击扩孔器及扩孔施工工艺,可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种气动冲击扩孔器,扩孔器通过钻杆连接钻机,包括上接头、上端盖、芯轴、外缸、冲锤和钻头,所述上接头采用转换扣型上接头,所述上接头与送气端连接,所述上接头与芯轴连接,所述芯轴位于外缸的中心轴上,所述上端盖通过螺纹连接芯轴和外缸,所述外缸内依次套装有支撑套和衬套,所述冲锤套装在衬套、外缸和间隔套内部,所述衬套和间隔套分别位于冲锤的两端,所述钻头通过花键套固定安装在外缸内部,且所述钻头位于外缸内远离上接头一端,所述钻头远离上接头一端设置有扶正接头,所述扶正接头连接于芯轴远离上接头一端,所述扶正接头在使用时与送液端的钻杆相连接,所述扶正接头靠近芯轴一端的内部设置有弹簧,所述花键套通过螺纹与外缸连接。
优选的,所述花键套位于外缸内部一端设置有挡套,所述挡套用于防止钻头从外缸内脱出,所述挡套为两个半圆形结构,所述挡套上套装有O型圈,所述O型圈用于防止两个半圆形的挡套脱开。
优选的,所述上端盖与支撑套和外缸接触一端设置有减震垫,所述减震垫用于减小冲锤冲击时对外缸、上端盖和芯轴的冲击力。
优选的,所述芯轴靠近扶正接头一端开设有中心孔,所述中心孔内安装有止逆阀,所述止逆阀的外表面与中心孔内壁接触一端套装有密封圈。
优选的,所述扶正接头上开设有多个导气孔和导液孔。
一种气动冲击扩孔器钻杆内排屑扩孔工艺,包括如下步骤:
S1、在扩孔器的芯轴或者扶正接头上设置多个导气孔和导液孔,导气孔作为压缩空气从送气端钻杆通过扩孔器内部后进入钻孔的通道,导液孔作为泥浆、清水或泡沫液从送液端通过钻杆进入钻孔内的通道;
S2、先导孔施工完成后,取下导向钻头,将扩孔器的送液端连接到之前连接导向钻头的钻杆上,送气端钻杆再通过旋转接头和高压胶管与空压机相连;
S3、通过空压机从送气端钻杆输入压缩空气,压缩空气通过扩孔器后被导向芯轴,经过止逆阀、导气孔进入钻孔,经过钻头的工作面冷却钻头并冲洗掉岩屑后,携带孔内液体和部分岩屑上返到地面的沉淀池中;
S4、在钻进一段时间后,孔内没有排出的岩屑集聚得比较多,此时推动钻杆使扩孔器离开工作面,冲锤停止冲击工作,压缩空气通往芯轴的释放通道被打开,大量的压缩空气经过止逆阀、导气孔进入钻孔内,将孔内集聚的岩屑高速地带出钻孔到达地面的沉淀池中,此过程称之为清孔,清孔前及清孔过程中,通过送液端钻杆向孔内输送泥浆、清水或泡沫液,这些液体便与压缩空气相混合形成携带能力更强的气液混合物,提高清孔效果,正常钻进与清孔交替作业,从而完成扩孔工作。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1)该气动冲击扩孔器与捆绑式冲击扩孔器相比,结构更简单,没有焊接部件,整体上更耐冲击,工作更可靠;相同扩孔直径的扩孔器相比,本发明的气动冲击扩孔器因其有效冲击质量(冲锤)要比捆绑式冲击扩孔器的大很多,所以能达到更大的冲击功,破岩效率也会高很多。
2)由于气动潜孔锤的钻进速度比牙轮钻头和滚刀钻头的钻进速度要高很多,本发明中的气动冲击扩孔器就是利用气动潜孔锤的冲击破岩原理,因此其扩孔破岩效率也将比牙轮扩孔钻头和滚刀扩孔钻头提高很多。
3)使用该气动冲击扩孔器进行扩孔施工时,因为压缩空气与泥浆、清水或泡沫液能同时导入到钻孔内,在钻孔内能形成不同种类的冲洗液,可以根据不同工况进行调配,进而获得最好的冲洗孔底和携带岩屑的效果,较大的岩屑也能被携带出来,这样一方面减少钻头重复破碎的机率,从而提高扩孔效率,另一方面孔内相对干净有利于后续顺利拖管施工。
附图说明
图1为本发明所述一种气动冲击扩孔器示意图;
图2为图1的A处放大图;
图3为本发明所述一种气动冲击扩孔器钻杆内排屑扩孔工艺示意图;
图4为图3的B处放大图。
图中:1、上接头;2、上端盖;3、支撑套;4、衬套;5、外缸;6、冲锤;7、芯轴;8、间隔套;9、挡套;10、止逆阀;11、弹簧;12、花键套;13、钻头;14、扶正接头;15、减震垫;16、O型圈;17、密封圈;18、导气孔;19、导液孔。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
实施例1
如图1-2所示,一种气动冲击扩孔器,扩孔器通过钻杆连接钻机,包括上接头1、上端盖2、芯轴7、外缸5、冲锤6和钻头13,上接头1采用转换扣型上接头1,上接头1与送气端连接,上接头1与芯轴7连接,芯轴7位于外缸5的中心轴上,上端盖2通过螺纹连接芯轴7和外缸5,外缸5内依次套装有支撑套3和衬套4,冲锤6套装在衬套4、外缸5和间隔套8内部,衬套4和间隔套8分别位于冲锤6的两端,钻头13通过花键套12固定安装在外缸5内部,且钻头13位于外缸5内远离上接头1一端,钻头13远离上接头1一端设置有扶正接头14,扶正接头14连接于芯轴7远离上接头1一端,扶正接头14在使用时与送液端的钻杆相连接,扶正接头14靠近芯轴7一端的内部设置有弹簧11,花键套12通过螺纹与外缸5连接。
由于气动潜孔锤的钻进速度比牙轮钻头13和滚刀钻头13的钻进速度要高很多,该种气动冲击扩孔器是利用气动潜孔锤的冲击破岩原理,因此其扩孔破岩效率也将比牙轮扩孔钻头13和滚刀扩孔钻头13提高很多。
如图1-2所示,花键套12位于外缸5内部一端设置有挡套9,挡套9用于防止钻头13从外缸5内脱出,挡套9为两个半圆形结构,挡套9上套装有O型圈16,O型圈16用于防止两个半圆形的挡套9脱开。
如图1-2所示,上端盖2与支撑套3和外缸5接触一端设置有减震垫15,减震垫15用于减小冲锤6冲击时对外缸5、上端盖2和芯轴7的冲击力。
如图1-2所示,芯轴7靠近扶正接头14一端开设有中心孔,中心孔内安装有止逆阀10,止逆阀10的外表面与中心孔内壁接触一端套装有密封圈17。
如图1-2所示,扶正接头14上开设有多个导气孔18和导液孔19。
通过采用上述技术方案,与传统的捆绑式冲击扩孔器相比,该种气动冲击扩孔器结构更简单,没有焊接部件,整体上更耐冲击,工作更可靠;与相同扩孔直径的扩孔器相比,该种气动冲击扩孔器因其有效冲击质量要比捆绑式冲击扩孔器的大很多,所以能达到更大的冲击功,破岩效率也会高很多。
实施例2
如图3-4所示,一种气动冲击扩孔器钻杆内排屑扩孔工艺,主要采用实施例1中所述一种气动冲击扩孔器实现钻杆内排屑扩孔工艺,具体实施过程如下:
在扩孔器的芯轴7或者扶正接头14上设置多个导气孔18和导液孔19,作为气液进入钻孔内的通道;气动冲击扩孔器(简称扩孔器)用于先导孔施工完成后的扩孔施工,先导孔施工完成后,取下导向钻头,将该扩孔器的送液端连接到之前连接导向钻头的钻杆上,送气端也连接上钻杆,送气端钻杆再通过旋转接头和高压胶管与空压机相连。钻机拉紧钻杆使钻头13贴紧钻孔的工作面,启动空压机送气,扩孔器开始冲击扩孔工作。压缩空气在经过扩孔器作功后被导向芯轴,经过止逆阀10、导气孔18进入钻孔,经过钻头13的工作面冷却钻头13并冲洗掉岩屑后,携带孔内液体和部分岩屑经过扩孔器与孔壁间隙、钻杆与孔壁间隙到达送气端地面的沉淀池中。
在钻进一段时间后,孔内没有排出的部分岩屑集聚得比较多,此时推动钻杆使扩孔器离开工作面,冲锤停止冲击工作,压缩空气通往芯轴的释放通道被打开,大量的压缩空气经过止逆阀10、导气孔18进入钻孔内,将孔内集聚的岩屑高速地带出钻孔到达地面的沉淀池中,此过程称之为清孔。清孔前及清孔过程中,通过送液端钻杆向孔内输送泥浆、清水或泡沫液,这些液体便与压缩空气相混合形成携带能力更强的气液混合物,提高清孔效果。
上述实施例中:
上接头1可以是不同的结构形式,可以是多翼扶正器的形式,也可以不用上接头1而直接让钻杆与芯轴7连接。
扶正接头14的内孔可以打通,导气孔18与导液孔19可以合为一组同时过气和过液;导气孔18与导液孔19也可以加工在芯轴上,或其它与芯轴连接的零件上。
钻头13可以做成各种形式,也可以加工风道与扩孔器内部相通用于通过压缩空气。
可以将上接头1外径做到与钻头13的外径相近,扶正接头直径缩小,可以外加翼板,压缩空气或气液混合物携带岩屑从送液端钻杆与孔壁间返至地面。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种气动冲击扩孔器,扩孔器通过钻杆连接钻机,包括上接头(1)、上端盖(2)、芯轴(7)、外缸(5)、冲锤(6)和钻头(13),其特征在于,所述上接头(1)采用转换扣型上接头(1),所述上接头(1)与送气端连接,所述上接头(1)与芯轴(7)连接,所述芯轴(7)位于外缸(5)的中心轴上,所述上端盖(2)通过螺纹连接芯轴(7)和外缸(5),所述外缸(5)内依次套装有支撑套(3)和衬套(4),所述冲锤(6)套装在衬套(4)、外缸(5)和间隔套(8)内部,所述衬套(4)和间隔套(8)分别位于冲锤(6)的两端,所述钻头(13)通过花键套(12)固定安装在外缸(5)内部,且所述钻头(13)位于外缸(5)内远离上接头(1)一端,所述钻头(13)远离上接头(1)一端设置有扶正接头(14),所述扶正接头(14)连接于芯轴(7)远离上接头(1)一端,所述扶正接头(14)在使用时与送液端的钻杆相连接,所述扶正接头(14)靠近芯轴(7)一端的内部设置有弹簧(11),所述花键套(12)通过螺纹与外缸(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种气动冲击扩孔器,其特征在于,所述花键套(12)位于外缸(5)内部一端设置有挡套(9),所述挡套(9)用于防止钻头(13)从外缸(5)内脱出,所述挡套(9)为两个半圆形结构,所述挡套(9)上套装有O型圈(16),所述O型圈(16)用于防止两个半圆形的挡套(9)脱开。
3.根据权利要求1所述的一种气动冲击扩孔器,其特征在于,所述上端盖(2)与支撑套(3)和外缸(5)接触一端设置有减震垫(15),所述减震垫(15)用于减小冲锤(6)冲击时对外缸(5)、上端盖(2)和芯轴(7)的冲击力。
4.根据权利要求1所述的一种气动冲击扩孔器,其特征在于,所述芯轴(7)靠近扶正接头(14)一端开设有中心孔,所述中心孔内安装有止逆阀(10),所述止逆阀(10)的外表面与中心孔内壁接触一端套装有密封圈(17)。
5.根据权利要求1所述的一种气动冲击扩孔器,其特征在于,所述扶正接头(14)上开设有多个导气孔(18)和导液孔(19)。
6.一种气动冲击扩孔器钻杆内排屑扩孔工艺,其特征在于,包括如下步骤:
S1、在扩孔器的芯轴(7)或者扶正接头(14)上设置多个导气孔(18)和导液孔(19),导气孔(18)作为压缩空气从送气端钻杆通过扩孔器内部后进入钻孔的通道,导液孔(19)作为泥浆、清水或泡沫液从送液端通过钻杆进入钻孔内的通道;
S2、先导孔施工完成后,取下导向钻头,将扩孔器的送液端连接到之前连接导向钻头的钻杆上,送气端钻杆再通过旋转接头和高压胶管与空压机相连;
S3、通过空压机从送气端钻杆输入压缩空气,压缩空气通过扩孔器后被导向芯轴(7),经过止逆阀(10)、导气孔(18)进入钻孔,经过钻头(13)的工作面冷却钻头(13)并冲洗掉岩屑后,携带孔内液体和部分岩屑上返到地面的沉淀池中;
S4、在钻进一段时间后,孔内没有排出的岩屑集聚得比较多,此时推动钻杆使扩孔器离开工作面,冲锤(6)停止冲击工作,压缩空气通往芯轴(7)的释放通道被打开,大量的压缩空气经过止逆阀(10)、导气孔(18)进入钻孔内,将孔内集聚的岩屑高速地带出钻孔到达地面的沉淀池中,此过程称之为清孔,清孔前及清孔过程中,通过送液端钻杆向孔内输送泥浆、清水或泡沫液,这些液体便与压缩空气相混合形成携带能力更强的气液混合物,提高清孔效果,正常钻进与清孔交替作业,从而完成扩孔工作。
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