CN110644936A - 一种可调式钻头装卸工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻头装卸工具，尤其是一种可调式钻头装卸工具，属于石油钻井技术领域中所使用的井口辅助工具。包括用于对扣的钻头对正机构、用于上扣与卸扣的钻头装卸机构、钻头夹持固定机构以及钻铤与钻杆夹持固定机构，其中，钻头对正机构包括X轴对正机构和Y轴对正机构，钻头夹持固定机构可以完成对不同尺寸PDC钻头的夹持，能够适用于不同尺寸钻头的装卸；钻头对正机构在装卸钻头时能够精确对扣、平稳上扣与卸扣；钻头装卸机构在拆卸钻头时不需要钻工手动操作即可完成安全卸扣；钻铤与钻杆夹持固定机构将用于夹持钻铤或钻铤上端连接的钻杆的专用夹具集成在钻头装卸工具上，不但有利于简化操作还能够有效提高对扣精度与上扣、卸扣效率。

Description

一种可调式钻头装卸工具

技术领域

本发明涉及一种钻头装卸工具，尤其是一种可调式钻头装卸工具，属于石油钻井技术领域中所使用的井口辅助工具。

背景技术

目前在各大油田的石油钻井现场，PDC钻头已成为应用最为广泛的钻井用钻头，其常见结构参见附图1主要包括用于钻削的钻头本体100、用于与钻具钻铤螺纹连接的螺纹部300以及位于刀翼部100与螺纹部300之间的连接部200，其中，在连接部200设置有两个平行且对称设置的用于夹持钻头的矩形凹槽，通过将钻头可靠夹持后再对钻头进行装卸作业。装卸PDC钻头的作业方式主要有两种：一是将钻头直接立于简陋的钻头盒内，通过石油钻机的起升系统带动钻具下端的钻铤与钻头对扣后通过旋扣器旋入实现上扣，卸扣时需要将钻具提升出井口后，钻工手动旋转实现卸扣；二是将钻头直接放在转盘面上，通过钻具的方钻杆或方钻杆下端连接的圆钻杆与钻头上端观察对扣后边下放钻具边手动旋转钻头实现上扣，卸扣时需要将钻具提升出井口后，钻工手动旋转实现卸扣。

对于上述两种作业方式，通过起升系统带动钻具下端钻铤的下放距离与速度难以精确控制，旋扣器或钻工旋转钻头进行上扣时容易损伤、顿坏钻头的切削刃；此外，上扣时需要用专用夹具对钻具下端的钻铤或钻铤上端连接的钻杆进行夹持以避免钻铤移动无法对扣，导致安装钻头需要多套工具配合完成造成操作复杂、对扣不精确、上扣效率低下。卸扣时需要钻工手动操作，工作强度较大且存在钻头脱手滑落的风险，钻头滑落后不但容易对人员造成伤害，而且极易损坏钻头的切削刃；此外，卸扣时需要用专用夹具对钻具下端的钻铤或钻铤上端连接的钻杆进行夹持以避免钻铤移动无法卸扣，导致拆卸钻头需要多套工具配合完成造成操作复杂、卸扣效率低下。再者，现有技术提供的钻头拆卸工具一般仅针对特定规格的钻头进行装卸，造成在面对多种规格钻头时，需要准备多种对应规格的钻头拆卸工具，不但降低装卸便利性还增加装卸成本和劳动强度。

因此，如何提供一种能够适用于不同尺寸钻头的装卸，装卸钻头时能够精确对扣、平稳上扣与卸扣，拆卸钻头时不需要钻工手动操作便于安全卸扣，用于夹持钻铤或钻铤上端连接的钻杆的专用夹具集成在钻头装卸工具上，不但有利于简化操作还能够有效提高对扣精度与上扣、卸扣效率的可调式钻头装卸工具是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可调式钻头装卸工具，能够适用于不同尺寸钻头的装卸，装卸钻头时能够精确对扣、平稳上扣与卸扣，拆卸钻头时不需要钻工手动操作便于安全卸扣，将用于夹持钻铤或钻铤上端连接的钻杆的专用夹具集成在钻头装卸工具上，不但有利于简化操作还能够有效提高对扣精度与上扣、卸扣效率。其采用的技术方案如下：

本发明一种可调式钻头装卸工具，包括用于对扣的钻头对正机构、用于上扣与卸扣的钻头装卸机构、钻头夹持固定机构以及钻铤与钻杆夹持固定机构，所述钻头对正机构包括X轴对正机构和Y轴对正机构，X轴对正机构包括安装在钻机转盘上的底座、滑动安装在底座上X轴滑道内的X轴滑板以及用于X轴对正的X轴调节旋钮，X轴调节旋钮螺纹连接在底座上且其一端与X轴滑板转动连接，通过旋转X轴调节旋钮推动X轴滑板沿X轴滑动实现X轴对正，Y轴对正机构包括Y轴滑板以及Y轴调节旋钮，Y轴调节旋钮螺纹连接在X轴滑板上且其一端与Y轴滑板转动连接，Y轴滑板滑动安装在X轴滑板的Y轴滑道内，通过旋转Y轴调节旋钮推动Y轴滑板沿Y轴滑动实现Y轴对正；所述钻头装卸机构包括固定连接在Y轴滑板上端的Z轴固定内套以及套装在Z轴固定内套外部且与其螺纹连接的Z轴活动外套，通过转动Z轴活动外套沿Z轴固定内套上下运动实现钻头上扣与卸扣；所述钻头夹持固定机构包括固定连接在Z轴活动外套上端的固定板、滑动安装在固定板上T形滑道内用于对钻头进行夹持的U形滑块、用于推动两个U形滑块反向同步滑动的调节手柄、用于对两个U形滑块反向同步滑动进行导向的导向销轴、用于对钻头进行锁紧的螺杆与锁紧螺母以及防止钻头松动的防松螺母，调节手柄贯穿固定板与U形滑块并与放置于T形滑道内的两个U形滑块螺纹连接，导向销轴贯穿固定板与U形滑块并与放置于T形滑道内的两个U形滑块滑动连接，通过转动调节手柄实现两个U形滑块反向同步滑动分别加持在PDC钻头连接部平行对称设置的两个矩形凹槽内，再通过转动锁紧螺母与防松螺母对钻头进行紧固与防松；所述钻铤与钻杆夹持固定机构通过四根支撑杆固定安装在支撑板上端，支撑板由透明材质制成通过四根支撑柱固定安装在底座上，所述钻铤与钻杆夹持固定机构包括与支撑杆固定连接的U形安装架、转动安装在U形安装架上的蜗杆、位于蜗杆两侧且与蜗杆配合的两个蜗轮、用于安装蜗轮且转动安装在U形安装架上的第一销轴，用于夹持钻铤或钻杆的夹爪、一端与蜗轮上空心管固定连接且另一端通过第二销轴与夹爪转动连接的第一连接板，将第二连接板一端转动安装在U形安装架的第三销轴以及将第二连接板另一端转动安装在夹爪上的第四销轴、在蜗杆上部滑动安装有用于增大动力臂的回转杆，通过转动蜗杆同步驱动两个蜗轮定轴转动带动两个相对设置的夹爪实现同时靠近或远离以完成对钻铤与钻杆夹持固定或松开。

可选的，底板为矩形结构且在底板的一侧面设有与X轴调节旋钮螺纹配合的调节凸台，在调节凸台上设置有与X轴调节旋钮外螺纹配合的内螺纹孔，通过转动X轴调节旋钮使其在调节凸台内螺纹孔内做螺旋运动实现X轴滑板沿X轴进给，底板上端X轴调节旋钮下方设置有操作槽且在操作槽的相对面开设有截面形状为等腰梯形的X轴滑道，X轴滑道内滑动安装的X轴滑板下端结构形状与X轴滑道相适配，底板上端设置有用于安装支撑柱的支撑柱安装孔。X轴滑板的一侧面设有与Y轴调节旋钮螺纹配合的螺纹通孔，且在螺纹通孔的相对面开设有截面形状为等腰梯形的Y轴滑道，Y轴滑道内滑动安装有与其结构形状相适配的Y轴滑板，通过转动Y轴调节旋钮使其在X轴滑板螺纹通孔内做螺旋运动实现Y轴滑板沿Y轴进给。

可选的，X轴调节旋钮包括用于转动的把持部、与把持部固定连接的螺杆部以及与螺杆部固定连接的光杆部，把持部外圆柱面开设有多个均匀分布的摩擦槽，螺杆部的外螺纹与调节凸台开设的内螺纹孔适配，在X轴滑板靠近调节凸台的一端设置有阶梯状圆柱盲孔且外侧圆柱孔径与螺杆部直径相同，内侧圆柱孔径与光杆部直径相同且内侧圆柱孔深与光杆部长度相同，光杆部转动安装在X轴滑板阶梯状圆柱盲孔内保证螺杆部旋进或旋出时X轴调节旋钮与X轴滑板不会脱离，当旋转X轴调节旋钮时，光杆部一边在圆柱盲孔内转动一边带动X轴滑板在X轴滑道内滑动完成PDC钻头中心与位于钻头上方的钻铤中心X轴对正。

可选的，Y轴调节旋钮包括用于转动的把持部、与把持部固定连接的螺杆部以及与螺杆部固定连接的光杆部，在把持部外圆柱面开设有多个均匀分布的摩擦槽，螺杆部的外螺纹与X轴滑板开设的螺纹通孔适配，在Y轴滑板靠近螺纹通孔的一端设置有阶梯状圆柱盲孔且外侧圆柱孔径与螺杆部直径相同，内侧圆柱孔径与光杆部直径相同内侧圆柱孔深与光杆部长度相同，光杆部转动安装在Y轴滑板阶梯状圆柱盲孔内保证螺杆部旋进或旋出时Y轴调节旋钮与Y轴滑板不会脱离，当旋转Y轴调节旋钮时，光杆部一边在圆柱盲孔内转动一边带动Y轴滑板在Y轴滑道内滑动完成PDC钻头中心与位于钻头上方的钻铤中心Y轴对正。

可选的，Z轴固定内套为空心结构且其外圆柱面设置有外螺纹，Z轴活动外套为空心结构且其内部设置有与Z轴固定内套外螺纹配合的内螺纹，Z轴活动外套螺纹连接于Z轴固定内套外部并在其上做螺旋上升或下降运动，Z轴活动外套外圆柱面上设置有对称分布的把手外套以及U形把手且U形把手的两端滑动安装在上下两个把手外套内构成伸缩机构，当进行上扣或卸扣需要较大动力时只需将U形把手从把手外套内拉出通过增大旋转力臂提供较大动力。

可选的，固定板上端面对称设置有两个T形滑道以及两个圆形通孔，其中，一个圆形通孔内转动安装有调节手柄另一个圆形通孔内转动安装有导向销轴，在对称设置的T形滑道内设置有两个U形滑块，U形滑块两端分别设有一个矩形滑动头其结构形状与T形滑道相适配，U形滑块下部两端开设有下螺纹孔与下光孔，上部两端分别开设有一个上光孔，调节手柄包括用于手动旋转的转动部、用于将转动部离开固定板增加手动操作空间的延伸部、用于与两个U形滑块螺纹连接并驱动其同步反向运动的螺旋部、以及限制调节手柄轴向运动的限位部，转动部外圆柱面绕其回转轴线设置有均匀分布的摩擦槽，调节手柄的螺旋部等分为两段且两段外螺纹仅旋向相反其他参数相同，两个U形滑块设有下光孔的矩形滑动头分别滑动安装在导向销轴两端，设有下螺纹孔的矩形滑动头分别滑动安装在调节手柄螺旋部的两端，且两个U形滑块的下螺纹孔分别与其相配合的螺旋部螺纹相适应。

可选的，两个平行设置的U形滑块在初始位置时分别位于T形滑道的两端，由于下螺纹孔螺纹以及与其配合的螺旋部螺纹仅旋向相反其他参数均相同，因此转动调节手柄时位于两端的两个U形滑块在螺旋传动作用下反向同步向中间滑动相互靠近夹持钻头或反向同步向两端远离松开钻头。

可选的，固定板上端两个T形滑道内侧设置有用于盛放PDC钻头的钻头盒，在钻头盒底壁以及侧壁上附着有弹性胶垫，钻头盒的高度小于U形滑块上部横杆的高度，在两个U形滑块上安装有两个平行且对称的螺杆，锁紧螺母与防松螺母自外而内螺纹安装在螺杆外螺纹上，当两个U形滑块在螺旋传动作用下反向同步向中间滑动相互靠近夹持住钻头时，通过旋转锁紧螺母将钻头锁紧并旋转防松螺母防止钻头松动。

可选的，钻铤与钻杆夹持固定机构通过四根支撑杆固定安装在水平放置的支撑板上端并与支撑板平行，钻铤与钻杆夹持固定机构主体结构为U形安装架，在U形安装架的上端中心位置开设有用于安装蜗杆的通孔，蜗杆包括便于用扳手转动蜗杆的开口部、用于对蜗杆进行轴向定位的定位部、用于驱动蜗轮转动的蜗杆部、用于控制蜗轮转动角度的上限位部以及下限位部，定位部直径大于上限位部直径且在二者交界面下端设置有环形卡槽，该环形卡槽直径与U形安装架上端通孔直径相同，其中上限位部、蜗杆部以及下限位部直径相等大于环形卡槽直径，

可选的，蜗杆作为主动件驱动从动件两个蜗轮同步反向转动，在蜗轮两侧面对称固定连接有空心管且空心管端部与U形安装架接触，第一连接板一端固定连接在空心管上，另一端与夹爪销连接，第二连接板一端与夹爪销连接另一端与U形安装销连接，夹爪包括连接部与夹持部，夹持部包括后齿夹持部、弧形夹持部以及前齿夹持部，弧形夹持部用于夹持不同直径尺寸的钻铤或钻杆，若钻杆为方钻杆或者其他不规则尺寸钻杆时，则利用后齿夹持部与前齿夹持部对其进行夹持固定，在蜗杆定位部上开设有用于安装回转杆的圆形通孔，其直径大于回转杆中部光杆端直径但小于两端把持段直径，把持段外圆柱面绕其轴线设置有均匀分布的摩擦槽，通过改变回转杆在蜗杆上部的安装位置增大旋转力臂以获得较大动力。

与现有技术方案相比本发明具有如下优点：钻头夹持固定机构可以完成对不同尺寸PDC钻头的夹持，能够适用于不同尺寸钻头的装卸；钻头对正机构在装卸钻头时能够精确对扣、平稳上扣与卸扣；钻头装卸机构在拆卸钻头时不需要钻工手动操作即可完成安全卸扣；钻铤与钻杆夹持固定机构将用于夹持钻铤或钻铤上端连接的钻杆的专用夹具集成在钻头装卸工具上，不但有利于简化操作还能够有效提高对扣精度与上扣、卸扣效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中常见PDC钻头的结构示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的局部结构示意图；

图4为本发明的局部结构爆炸示意图；

图5为本发明的夹持机构结构示意图；

图6为本发明的夹持机构内部结构示意图；

图7为本发明的X轴调节旋钮结构示意图；

图8为本发明的U形滑块结构示意图；

图9为本发明的调节手柄结构示意图。

符号说明：

1、底座，1.1、支撑柱安装孔，1.2、操作槽，1.3、调节凸台，1.4、X轴滑道，2、X轴滑板，2.1、Y轴滑道，3、X轴调节旋钮，4、Y轴滑板，5、Y轴调节旋钮，6、Z轴固定内套，7、Z轴活动外套，8、把手外套，9、U形把手，10、固定板，10.1、T形滑道，10.2、圆形通孔，11、钻头盒，12、U形滑块，12.1、下螺纹孔，12.2、下光孔，12.3、上光孔，13、调节手柄，13.1、转动部，13.2、延伸部，13.3、螺旋部，13.4、限位部，14、导向销轴，15、螺杆，16、锁紧螺母，17、防松螺母，18、支撑杆，19、U形安装架，20、蜗杆，20.1、开口部，20.2、定位部，20.3、上限位部，20.4、蜗杆部，20.5、下限位部，21、蜗轮，21.1、空心管，22、第一销轴，23、第一连接板，24、夹爪，24.1、后齿夹持部，24.2、弧形夹持部，24.3前齿夹持部，25、第二销轴，26、第三销轴，27、第二连接板，28、第四销轴，29、回转杆，30、支撑板，31、支撑柱，100、钻头本体，200、连接部，300、螺纹部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1-图9所示，本发明实施例一种可调式钻头装卸工具，包括用于对扣的钻头对正机构、用于上扣与卸扣的钻头装卸机构、钻头夹持固定机构以及钻铤与钻杆夹持固定机构，其中，钻头对正机构包括X轴对正机构和Y轴对正机构，X轴对正机构包括安装在钻机转盘上的底座1、滑动安装在底座1上X轴滑道1.4内的X轴滑板2以及用于X轴对正的X轴调节旋钮3，X轴调节旋钮3螺纹连接在底座1上且其一端与X轴滑板2转动连接，通过旋转X轴调节旋钮3推动X轴滑板2沿X轴滑动实现X轴对正，Y轴对正机构包括Y轴滑板4以及Y轴调节旋钮5，Y轴调节旋钮5螺纹连接在X轴滑板2上且其一端与Y轴滑板4转动连接，Y轴滑板4滑动安装在X轴滑板2的Y轴滑道2.1内，通过旋转Y轴调节旋钮5推动Y轴滑板4沿Y轴滑动实现Y轴对正；其中，钻头装卸机构包括固定连接在Y轴滑板4上端的Z轴固定内套6以及套装在Z轴固定内套6外部且与其螺纹连接的Z轴活动外套7，通过转动Z轴活动外套7沿Z轴固定内套6上下运动实现钻头上扣与卸扣即钻头的安装与拆卸；其中，钻头夹持固定机构包括固定连接在Z轴活动外套7上端的固定板10、滑动安装在固定板10上T形滑道10.1内用于对钻头进行夹持的U形滑块12、用于推动两个U形滑块12反向同步滑动的调节手柄13、用于对两个U形滑块12反向同步滑动进行导向的导向销轴14、用于对钻头进行锁紧的螺杆15与锁紧螺母16以及防止钻头松动的防松螺母17，调节手柄13贯穿固定板10与U形滑块12并与放置于T形滑道10.1内的两个U形滑块12螺纹连接，导向销轴14贯穿固定板10与U形滑块12并与放置于T形滑道10.1内的两个U形滑块12滑动连接，通过转动调节手柄13实现两个U形滑块12反向同步滑动分别加持在PDC钻头连接部200平行对称设置的两个矩形凹槽内，再通过转动锁紧螺母16与防松螺母17对钻头进行紧固与防松；其中，钻铤与钻杆夹持固定机构通过四根支撑杆18固定安装在支撑板30上端，支撑板30通过四根支撑柱31固定安装在底座1上，钻铤与钻杆夹持固定机构包括与支撑杆18固定连接的U形安装架19、转动安装在U形安装架19上的蜗杆20、位于蜗杆20两侧且与蜗杆20配合的两个蜗轮21、用于安装蜗轮21且转动安装在U形安装架19上的第一销轴22，用于夹持钻铤或钻杆的夹爪24、一端与蜗轮21上空心管21.1固定连接且另一端通过第二销轴25与夹爪24转动连接的第一连接板23，将第二连接板27一端转动安装在U形安装架19的第三销轴26以及将第二连接板27另一端转动安装在夹爪24上的第四销轴28、在蜗杆20上部滑动安装有用于增大动力臂的回转杆29，通过转动蜗杆20同步驱动两个蜗轮21反向且定轴转动带动两个相对设置的夹爪24实现同时靠近或远离以完成对钻铤与钻杆夹持固定或松开。

如图2、图3、图4所示，为便于本发明实施例一种可调式钻头装卸工具的安装，本发明将钻头装卸工具设计为立方体结构，其底板1设计为便于固定安装在钻机转盘上的矩形结构，为简化结构降低成本同时便于操作，在底板1的一侧面设有与X轴调节旋钮3螺纹配合的调节凸台1.3，在调节凸台1.3上设置有与X轴调节旋钮3外螺纹配合的内螺纹孔，通过转动X轴调节旋钮3使其在调节凸台1.3内螺纹孔内做螺旋运动即可实现X轴滑板2沿X轴进给，操作简单易行且进给距离与速度可精确控制。为便于旋转X轴调节旋钮3在底板1上端X轴调节旋钮3下方设置有便于操作者进行操作的操作槽1.2，提高操作时的舒适度与操作效率，在操作槽1.2的相对面开设有截面形状为等腰梯形的X轴滑道1.4，X轴滑道1.4内滑动安装的X轴滑板2下端结构形状与X轴滑道1.4相适配，该梯形滑动连接能够提高滑动时的平稳性同时避免向上滑离X轴滑道1.4，在底板1上设置有支撑柱安装孔1.1用于安装四根支撑柱31以支撑安装有钻铤与钻杆夹持固定机构的支撑板30，且支撑板30为透明材质制成以便于观察钻头与钻铤的对正情况。为简化结构降低成本同时便于操作，在X轴滑板2的一侧面设有与Y轴调节旋钮5螺纹配合的螺纹通孔，在螺纹通孔的相对面开设有截面形状为等腰梯形的Y轴滑道2.1，Y轴滑道2.1内滑动安装有与其结构形状相适配的Y轴滑板4，该梯形滑动连接能够提高滑动时的平稳性同时避免向上滑离Y轴滑道2.1，通过转动Y轴调节旋钮5使其在X轴滑板2螺纹通孔内做螺旋运动即可实现Y轴滑板4沿Y轴进给，操作简单易行且进给距离与速度可精确控制。

如图2、图3、图4、图7所示，本发明实施例一种可调式钻头装卸工具完成PDC钻头中心与位于钻头上方的钻铤中心X轴与Y轴对正，分别通过旋转X轴调节旋钮3与Y轴调节旋钮5实现，其中，X轴调节旋钮3包括用于转动的把持部、与把持部固定连接的螺杆部以及与螺杆部固定连接的光杆部，为便于X轴调节旋钮3的转动在把持部外侧开设有多个均匀分布的摩擦槽，螺杆部的外螺纹与调节凸台1.3开设的内螺纹孔适配，在X轴滑板2靠近调节凸台1.3的一端设置有阶梯状圆柱盲孔且外侧圆柱孔径与螺杆部直径相同，内侧圆柱孔径与光杆部直径相同内侧圆柱孔深与光杆部长度相同，光杆部转动安装在X轴滑板2阶梯状圆柱盲孔内保证螺杆部旋进或旋出时X轴调节旋钮3与X轴滑板2不会脱离，当旋转X轴调节旋钮3时，光杆部一边在圆柱盲孔内转动一边带动X轴滑板2在X轴滑道1.4来回滑动完成PDC钻头中心与位于钻头上方的钻铤中心X轴对正。与X轴调节旋钮3结构相似的是，Y轴调节旋钮5也包括用于转动的把持部、与把持部固定连接的螺杆部以及与螺杆部固定连接的光杆部，为便于Y轴调节旋钮5的转动在把持部外侧开设有多个均匀分布的摩擦槽，螺杆部的外螺纹与X轴滑板2开设的螺纹通孔适配，在Y轴滑板4靠近螺纹通孔的一端设置有阶梯状圆柱盲孔且外侧圆柱孔径与螺杆部直径相同，内侧圆柱孔径与光杆部直径相同内侧圆柱孔深与光杆部长度相同，光杆部转动安装在Y轴滑板4阶梯状圆柱盲孔内保证螺杆部旋进或旋出时Y轴调节旋钮5与Y轴滑板4不会脱离，当旋转Y轴调节旋钮5时，光杆部一边在圆柱盲孔内转动一边带动Y轴滑板4在Y轴滑道2.1来回滑动完成PDC钻头中心与位于钻头上方的钻铤中心Y轴对正。

如图3、图4所示，本发明实施例一种可调式钻头装卸工具的Z轴固定内套6固定连接在Y轴滑板4上端且为空心结构降低结构重量的同时便于顺畅运动，在Z轴固定内套6外侧设置有外螺纹，Z轴活动外套7为空心结构其内设置有与Z轴固定内套6外螺纹配合的内螺纹，Z轴活动外套7通过螺纹连接于Z轴固定内套6外部并在其上做螺旋上升或下降运动，进而带动钻头完成上扣与卸扣作业。为便于简单快速完成Z轴活动外套7的螺旋上升或下降动作，在Z轴活动外套7外圆柱面上设置有对称分布的把手外套8以及U形把手9，其中，U形把手9的两端滑动安装在上下两个把手外套8内构成伸缩机构，当进行上扣或卸扣需要较大动力时只需将U形把手9从把手外套8内拉出以增大力臂即可提供较大动力，将钻头旋入钻铤完成上扣或旋出钻铤完成卸扣。

如图3、图4、图8、图9所示，本发明实施例一种可调式钻头装卸工具的固定板10固定连接在Z轴活动外套7上端，固定板10上端面对称设置有两个T形滑道10.1以及两个圆形通孔10.2，其中，一个圆形通孔10.2内转动安装有调节手柄13另一个圆形通孔10.2内转动安装有导向销轴14，在对称设置的T形滑道10.1内设置有两个U形滑块12，U形滑块12两端分别设有一个矩形滑动头其结构形状与T形滑道10.1相适配，U形滑块12下部两端开设有下螺纹孔12.1与下光孔12.2，上部两端分别开设有一个上光孔12.3。调节手柄13包括用于手动旋转的转动部13.1、用于将转动部13.1离开固定板10便于增加手动操作空间以提高操作便利性与舒适度的延伸部13.2、用于与两个U形滑块12螺纹连接并驱动其同步反向运动的螺旋部13.3、以及限制调节手柄13轴向运动的限位部13.4，为便于转动部13.1受力旋转在其外圆柱面绕其回转轴线设置有均匀分布的提高摩擦力的摩擦槽，为实现转动调节手柄13推动两个U形滑块12反向同步滑动即实现两个U形滑块12的相互靠近与远离，将调节手柄13的螺旋部13.3等分为两段且两段外螺纹仅旋向相反其他参数相同，两个U形滑块12设有下光孔12.2的矩形滑动头分别滑动安装在导向销轴14两端，设有下螺纹孔12.1的矩形滑动头分别滑动安装在调节手柄13螺旋部13.3的两端，且两个U形滑块12的下螺纹孔12.1分别与其相配合的螺旋部13.3螺纹相适应即两个U形滑块12的下螺纹孔12.1的内螺纹仅旋向相反其他参数相同。两个平行设置的U形滑块12在初始位置时分别位于T形滑道10.1的两端，由于下螺纹孔12.1螺纹以及与其配合的螺旋部13.3螺纹仅旋向相反其他参数均相同，因此转动调节手柄13时，位于两端的两个U形滑块12在螺旋传动作用下反向同步向中间滑动相互靠近夹持钻头或反向同步向两端远离松开钻头。

更进一步，在固定板10上端两个T形滑道10.1内侧设置有用于盛放PDC钻头的钻头盒11，在钻头盒11底壁以及侧壁上附着有弹性胶垫，示例的可以选用橡胶垫、硅胶垫以及其他形式的弹性胶垫，避免损坏钻头的切削刃。其中，钻头盒11的高度小于U形滑块12上部横杆的高度，避免干涉的同时便于观察与操作。为保证对钻头进行有效的上扣与卸扣需要本发明实施例一种可调式钻头装卸工具对钻头具有足够大的加持力以便在上扣与卸扣作业过程中钻头不会发生松动，为此在两个U形滑块12上安装有两个平行且对称的螺杆15，锁紧螺母16与防松螺母17自外而内螺纹安装在螺杆15外螺纹上(螺杆15的外螺纹在图中未示出)，当两个U形滑块12在螺旋传动作用下反向同步向中间滑动相互靠近夹持住钻头时，通过旋转锁紧螺母16将钻头锁紧并旋转防松螺母17防止钻头松动。需要注意的是，螺杆15为全螺纹即整个螺杆15外圆柱面均分布有外螺纹，U形滑块12上用于安装螺杆15的上光孔12.3且光孔直径不小于螺杆15直径，因此在两个U形滑块12相互靠近或相互远离时，两根螺杆15的存在并不会阻碍两个U形滑块12的正常滑动。

如图1、图2、图5、图6所示，本发明实施例一种可调式钻头装卸工具的钻铤与钻杆夹持固定机构主要用于实现对悬置在钻头上方的钻铤或连接在钻铤上端的钻杆进行夹持固定，通过四根支撑杆18固定安装在水平放置的支撑板30上端并与支撑板30平行，确保对钻铤或连接在钻铤上端的钻杆进行可靠夹持并使其沿竖直方向对正钻头的螺纹部300，将钻铤与钻杆夹持固定机构与钻头装卸工具集成为一体式结构不但有利于简化操作还能够有效提高对扣精度与上扣、卸扣效率，尤其是对于提高对扣精度效果尤为显著，钻铤与钻杆夹持固定机构主体结构为U形安装架19，U形安装架19的上端中心位置开设有用于安装蜗杆20的通孔，蜗杆20包括便于用扳手转动蜗杆20的开口部20.1、用于对蜗杆20进行轴向定位的定位部20.2、用于驱动蜗轮21转动的蜗杆部20.4、用于控制蜗轮21转动角度的上限位部20.3以及下限位部20.5，定位部20.2直径大于上限位部20.3直径且在二者交接面下端设置有环形卡槽，该环形卡槽直径与U形安装架19上端通孔直径相同，其中上限位部20.3、蜗杆部20.4以及下限位部20.5直径相等大于环形卡槽直径，保证蜗杆20仅能在U形安装架19上定轴转动，本发明实施例的蜗杆20作为主动件驱动从动件两个蜗轮21同步反向转动，在蜗轮21两侧面对称固定连接有空心管21.1且空心管21.1端部与U形安装架19接触，在蜗轮21旋转时能显著降低与U形安装架19之间的摩擦力，第一连接板23一端固定连接在空心管21.1上，优选连接方式为固定效果可靠不易发生相对运动、成本低且操作简单快捷的焊接，另一端与夹爪24销连接，第二连接板27一端与夹爪24销连接另一端与U形安装架19销连接。夹爪24包括连接部与夹持部，夹持部包括后齿夹持部24.1、弧形夹持部24.2以及前齿夹持部24.3，由于钻铤与钻杆一般为圆形，因此在夹爪24上设置弧形夹持部24.2以夹持不同直径尺寸的钻铤或钻杆，若钻杆为方钻杆或者其他不规则尺寸钻杆时，则利用后齿夹持部24.1与前齿夹持部24.3对其进行夹持固定，需要注意的是，弧形夹持部24.2的形状可以为圆弧、椭圆弧、双曲线、抛物线以及其他适合夹持固定的曲线。此外，在蜗杆20定位部20.2上开设有用于安装回转杆29的圆形通孔，其直径大于回转杆29中部光杆端直径但小于两端把持段直径，把持段上设置有绕其轴线均匀分布的摩擦槽，通过在蜗杆20上部安装回转杆29增大旋转力臂在对钻铤或钻杆夹持固定时起到省时省力的有益效果。

本发明实施例所采用的坐标系为右手笛卡尔直角坐标系：

安装PDC钻头前，通过钻机提升系统将钻具提离井口，将本发明钻头装卸工具固定安装在钻机转盘上，通过提升系统将钻具下放至钻铤位于钻铤与钻杆夹持固定机构下方或平齐，此时钻铤在重力作用下竖直向下，转动回转杆29或用扳手转动开口部20.1带动蜗杆20转动进而带动与其配合的两个蜗轮21同步反向转动，再通过第一连接板23与第二连接板27带动两个夹爪24动作相互靠近对钻铤或钻铤上端连接的钻杆夹紧固定。对钻铤或钻杆夹紧固定后，将PDC钻头的钻头本体100向下螺纹部300向上平放在钻头盒11中间，连接部200开设的两个平行且对称的矩形凹槽位于两个平行设置的U形滑块12之间且与U形滑块12平行，转动调节手柄13推动两个U形滑块12反向同步滑动相互靠近并夹持住连接部200的矩形凹槽，再旋转锁紧螺母16将钻头锁紧并旋转防松螺母17防止钻头松动。对PDC钻头夹紧固定后，转动X轴调节旋钮3带动钻头沿X轴运动使钻头轴线与钻铤轴线进行X轴对正，转动Y轴调节旋钮5带动钻头沿Y轴运动使钻头轴线与钻铤轴线进行Y轴对正，使得钻头处于钻铤正下方。对正钻头与钻铤位置后，转动U形把手9带动Z轴活动外套7沿Z轴固定内套6螺旋上升实现钻头安装，若上扣旋入螺纹时产生轻微错扣则通过X轴调节旋钮3与Y轴调节旋钮5进行校正。

拆卸PDC钻头前，通过钻机提升系统将钻具提离井口，将本发明钻头装卸工具固定安装在钻机转盘上，通过提升系统将钻具下放至钻铤位于钻铤与钻杆夹持固定机构下方或平齐，此时安装在钻铤上的钻头在重力作用下竖直向下且位于钻头盒11上方，转动回转杆29或用扳手转动开口部20.1带动蜗杆20转动进而带动与其配合的两个蜗轮21同步反向转动，再通过第一连接板23与第二连接板27带动两个夹爪24动作相互靠近对钻铤或钻铤上端连接的钻杆夹紧固定。对钻铤或钻杆夹紧固定后，转动X轴调节旋钮3带动钻头沿X轴运动使钻头轴线与钻铤轴线进行X轴对正，转动Y轴调节旋钮5带动钻头沿Y轴运动使钻头轴线与钻铤轴线进行Y轴对正，使得钻头处于钻头盒11中间。对正钻头与钻头盒11位置后，PDC钻头连接部200开设的两个平行且对称的矩形凹槽位于两个平行设置的U形滑块12之间且与U形滑块12平行，转动调节手柄13推动两个U形滑块12反向同步滑动相互靠近并夹持住连接部200的矩形凹槽，再旋转锁紧螺母16将钻头锁紧并旋转防松螺母17防止钻头松动。对PDC钻头夹紧固定后，转动U形把手9带动Z轴活动外套7沿Z轴固定内套6螺旋下降实现钻头拆卸。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可调式钻头装卸工具，其特征在于：包括用于对扣的钻头对正机构、用于上扣与卸扣的钻头装卸机构、钻头夹持固定机构以及钻铤与钻杆夹持固定机构。所述钻头对正机构包括X轴对正机构和Y轴对正机构，X轴对正机构包括安装在钻机转盘上的底座、滑动安装在底座上X轴滑道内的X轴滑板以及用于X轴对正的X轴调节旋钮，X轴调节旋钮螺纹连接在底座上且其一端与X轴滑板转动连接，通过旋转X轴调节旋钮推动X轴滑板沿X轴滑动实现X轴对正。Y轴对正机构包括Y轴滑板以及Y轴调节旋钮，Y轴调节旋钮螺纹连接在X轴滑板上且其一端与Y轴滑板转动连接，Y轴滑板滑动安装在X轴滑板的Y轴滑道内，通过旋转Y轴调节旋钮推动Y轴滑板沿Y轴滑动实现Y轴对正；所述钻头装卸机构包括固定连接在Y轴滑板上端的Z轴固定内套以及套装在Z轴固定内套外部且与其螺纹连接的Z轴活动外套，通过转动Z轴活动外套沿Z轴固定内套上下运动实现钻头上扣与卸扣；所述钻头夹持固定机构包括固定连接在Z轴活动外套上端的固定板、滑动安装在固定板上T形滑道内用于对钻头进行夹持的U形滑块、用于推动两个U形滑块反向同步滑动的调节手柄、用于对两个U形滑块反向同步滑动进行导向的导向销轴、用于对钻头进行锁紧的螺杆与锁紧螺母以及防止钻头松动的防松螺母。调节手柄贯穿固定板与U形滑块并与放置于T形滑道内的两个U形滑块螺纹连接，导向销轴贯穿固定板与U形滑块并与放置于T形滑道内的两个U形滑块滑动连接，通过转动调节手柄实现两个U形滑块反向同步滑动分别加持在PDC钻头连接部平行对称设置的两个矩形凹槽内，再通过转动锁紧螺母与防松螺母对钻头进行紧固与防松；所述钻铤与钻杆夹持固定机构通过四根支撑杆固定安装在支撑板上端，支撑板由透明材质制成通过四根支撑柱固定安装在底座上，所述钻铤与钻杆夹持固定机构包括与支撑杆固定连接的U形安装架、转动安装在U形安装架上的蜗杆、位于蜗杆两侧且与蜗杆配合的两个蜗轮、用于安装蜗轮且转动安装在U形安装架上的第一销轴，用于夹持钻铤或钻杆的夹爪、一端与蜗轮上空心管固定连接且另一端通过第二销轴与夹爪转动连接的第一连接板，将第二连接板一端转动安装在U形安装架的第三销轴以及将第二连接板另一端转动安装在夹爪上的第四销轴、在蜗杆上部滑动安装有用于增大动力臂的回转杆，通过转动蜗杆同步驱动两个蜗轮定轴转动带动两个相对设置的夹爪实现同时靠近或远离以完成对钻铤与钻杆夹持固定或松开。

2.根据权利要求1所述的可调式钻头装卸工具，其特征在于：底板为矩形结构且在底板的一侧面设有与X轴调节旋钮螺纹配合的调节凸台，在调节凸台上设置有与X轴调节旋钮外螺纹配合的内螺纹孔，通过转动X轴调节旋钮使其在调节凸台内螺纹孔内做螺旋运动实现X轴滑板沿X轴进给，底板上端X轴调节旋钮下方设置有操作槽且在操作槽的相对面开设有截面形状为等腰梯形的X轴滑道，X轴滑道内滑动安装的X轴滑板下端结构形状与X轴滑道相适配，底板上端设置有用于安装支撑柱的支撑柱安装孔。X轴滑板的一侧面设有与Y轴调节旋钮螺纹配合的螺纹通孔，且在螺纹通孔的相对面开设有截面形状为等腰梯形的Y轴滑道，Y轴滑道内滑动安装有与其结构形状相适配的Y轴滑板，通过转动Y轴调节旋钮使其在X轴滑板螺纹通孔内做螺旋运动实现Y轴滑板沿Y轴进给。

3.根据权利要求1和2所述的可调式钻头装卸工具，其特征在于：X轴调节旋钮包括用于转动的把持部、与把持部固定连接的螺杆部以及与螺杆部固定连接的光杆部，把持部外圆柱面开设有多个均匀分布的摩擦槽，螺杆部的外螺纹与调节凸台开设的内螺纹孔适配，在X轴滑板靠近调节凸台的一端设置有阶梯状圆柱盲孔且外侧圆柱孔径与螺杆部直径相同，内侧圆柱孔径与光杆部直径相同且内侧圆柱孔深与光杆部长度相同，光杆部转动安装在X轴滑板阶梯状圆柱盲孔内保证螺杆部旋进或旋出时X轴调节旋钮与X轴滑板不会脱离，当旋转X轴调节旋钮时，光杆部一边在圆柱盲孔内转动一边带动X轴滑板在X轴滑道内滑动完成PDC钻头中心与位于钻头上方的钻铤中心X轴对正。

4.根据权利要求1和2所述的可调式钻头装卸工具，其特征在于：Y轴调节旋钮包括用于转动的把持部、与把持部固定连接的螺杆部以及与螺杆部固定连接的光杆部，在把持部外圆柱面开设有多个均匀分布的摩擦槽，螺杆部的外螺纹与X轴滑板开设的螺纹通孔适配，在Y轴滑板靠近螺纹通孔的一端设置有阶梯状圆柱盲孔且外侧圆柱孔径与螺杆部直径相同，内侧圆柱孔径与光杆部直径相同内侧圆柱孔深与光杆部长度相同，光杆部转动安装在Y轴滑板阶梯状圆柱盲孔内保证螺杆部旋进或旋出时Y轴调节旋钮与Y轴滑板不会脱离，当旋转Y轴调节旋钮时，光杆部一边在圆柱盲孔内转动一边带动Y轴滑板在Y轴滑道内滑动完成PDC钻头中心与位于钻头上方的钻铤中心Y轴对正。

5.根据权利要求1所述的可调式钻头装卸工具，其特征在于：Z轴固定内套为空心结构且其外圆柱面设置有外螺纹，Z轴活动外套为空心结构且其内部设置有与Z轴固定内套外螺纹配合的内螺纹，Z轴活动外套螺纹连接于Z轴固定内套外部并在其上做螺旋上升或下降运动，Z轴活动外套外圆柱面上设置有对称分布的把手外套以及U形把手且U形把手的两端滑动安装在上下两个把手外套内构成伸缩机构，当进行上扣或卸扣需要较大动力时只需将U形把手从把手外套内拉出通过增大旋转力臂提供较大动力。

6.根据权利要求1所述的可调式钻头装卸工具，其特征在于：固定板上端面对称设置有两个T形滑道以及两个圆形通孔，其中，一个圆形通孔内转动安装有调节手柄另一个圆形通孔内转动安装有导向销轴，在对称设置的T形滑道内设置有两个U形滑块，U形滑块两端分别设有一个矩形滑动头其结构形状与T形滑道相适配。U形滑块下部两端开设有下螺纹孔与下光孔，上部两端分别开设有一个上光孔，调节手柄包括用于手动旋转的转动部、用于将转动部离开固定板增加手动操作空间的延伸部、用于与两个U形滑块螺纹连接并驱动其同步反向运动的螺旋部、以及限制调节手柄轴向运动的限位部，转动部外圆柱面绕其回转轴线设置有均匀分布的摩擦槽，调节手柄的螺旋部等分为两段且两段外螺纹仅旋向相反其他参数相同，两个U形滑块设有下光孔的矩形滑动头分别滑动安装在导向销轴两端，设有下螺纹孔的矩形滑动头分别滑动安装在调节手柄螺旋部的两端，且两个U形滑块的下螺纹孔分别与其相配合的螺旋部螺纹相适应。

7.根据权利要求1所述的可调式钻头装卸工具，其特征在于：两个平行设置的U形滑块在初始位置时分别位于T形滑道的两端，由于下螺纹孔螺纹以及与其配合的螺旋部螺纹仅旋向相反其他参数均相同，因此转动调节手柄时位于两端的两个U形滑块在螺旋传动作用下反向同步向中间滑动相互靠近夹持钻头或反向同步向两端远离松开钻头。

8.根据权利要求1所述的可调式钻头装卸装置，其特征在于：固定板上端两个T形滑道内侧设置有用于盛放PDC钻头的钻头盒，在钻头盒底壁以及侧壁上附着有弹性胶垫，钻头盒的高度小于U形滑块上部横杆的高度，在两个U形滑块上安装有两个平行且对称的螺杆，锁紧螺母与防松螺母自外而内螺纹安装在螺杆外螺纹上，当两个U形滑块在螺旋传动作用下反向同步向中间滑动相互靠近夹持住钻头时，通过旋转锁紧螺母将钻头锁紧并旋转防松螺母防止钻头松动。

9.根据权利要求1所述的可调式钻头装卸装置，其特征在于：钻铤与钻杆夹持固定机构通过四根支撑杆固定安装在水平放置的支撑板上端并与支撑板平行，钻铤与钻杆夹持固定机构主体结构为U形安装架，在U形安装架的上端中心位置开设有用于安装蜗杆的通孔，蜗杆包括便于用扳手转动蜗杆的开口部、用于对蜗杆进行轴向定位的定位部、用于驱动蜗轮转动的蜗杆部、用于控制蜗轮转动角度的上限位部以及下限位部，定位部直径大于上限位部直径且在二者交界面下端设置有环形卡槽，该环形卡槽直径与U形安装架上端通孔直径相同，其中上限位部、蜗杆部以及下限位部直径相等大于环形卡槽直径。

10.根据权利要求1和9所述的可调式钻头装卸装置，其特征在于：蜗杆作为主动件驱动从动件两个蜗轮同步反向转动，在蜗轮两侧面对称固定连接有空心管且空心管端部与U形安装架接触，第一连接板一端固定连接在空心管上，另一端与夹爪销连接，第二连接板一端与夹爪销连接另一端与U形安装销连接。夹爪包括连接部与夹持部，夹持部包括后齿夹持部、弧形夹持部以及前齿夹持部，弧形夹持部用于夹持不同直径尺寸的钻铤或钻杆，若钻杆为方钻杆或者其他不规则尺寸钻杆时，则利用后齿夹持部与前齿夹持部对其进行夹持固定，在蜗杆定位部上开设有用于安装回转杆的圆形通孔，其直径大于回转杆中部光杆端直径但小于两端把持段直径，把持段外圆柱面绕其轴线设置有均匀分布的摩擦槽，通过改变回转杆在蜗杆上部的安装位置增大旋转力臂以获得较大动力。

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