CN110984868B - 一种定心旋翼跟管钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定心旋翼跟管钻具,包括稳杆器以及装设于所述稳杆器的头端的中心钻,所述稳杆器的头端周向设有用以绕旋翼柱体旋转展开时外径大于所述中心钻的直径的扩孔旋翼,所述旋翼柱体的两端抵靠在所述中心钻和所述稳杆器之间。上述定心旋翼跟管钻具的扩孔旋翼位于中心钻和稳杆器之间,使得钻孔的中心钻与扩孔的扩孔旋翼不位于同一端面,解决了钻孔和扩孔在同一端面导致的容易钻偏、钻孔垂直度差、直线度差和孔眼易报废的问题,同时,中心钻或扩孔旋翼损坏时可拆卸更换,无需整体报废,节约了经济成本。

Description

一种定心旋翼跟管钻具
技术领域
本发明涉及土层或岩石的钻进技术领域,特别涉及一种定心旋翼跟管钻具。
背景技术
跟管钻具应用于地质矿产勘查,在众多复杂的地层钻进施工中,塌孔、埋钻是施工人员经常遇到的并且又十分头疼的问题,采用常规的钻进工艺方法很难保证钻孔的质量和施工效率。
潜孔冲击器跟管钻进技术充分利用了潜孔冲击器高效冲击破碎岩石的优势,在高效碎岩钻进的同时,跟入套管保护钻孔的孔壁,利用套管的刚性导向作用,可以抑制钻孔弯曲,保证钻孔的直线度,因此跟管扩孔钻具在国内外也被广泛应用于坚硬、破碎、松散等复杂地层的工程钻孔施工中。潜孔冲击器跟管钻进技术是通过钻杆与潜孔冲击器驱动钻具冲击和回转,带动钻具上的偏心扩孔头自转,扩孔头在偏心力作用下展开,因此被称之为“旋翼块式扩孔钻具”,钻头展开的直径大于跟管和管靴的外径,从而达到扩孔的目的。但是现有技术中的旋翼跟管钻具的扩孔和钻孔在同一端面上进行,由于在钻进过程中钻具中心位置受力大,容易磨损,且钻孔和扩孔在同一端面上,容易出现钻偏,使得所钻的孔垂直度差、直线度差,进而导致钻的孔眼报废;钻具磨损时整体报废,不可拆卸更换,经济性差。
因此,如何能够提供一种可拆卸更换、经济性好、解决钻孔和扩孔在同一端面导致的容易钻偏、钻孔垂直度差、直线度差和孔眼易报废的问题的定心旋翼跟管钻具是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种定心旋翼跟管钻具,扩孔旋翼位于中心钻和稳杆器之间,使得钻孔的中心钻与扩孔的扩孔旋翼不位于同一端面,解决了钻孔和扩孔在同一端面导致的容易钻偏、钻孔垂直度差、直线度差和孔眼易报废的问题,同时,中心钻或扩孔旋翼损坏时可拆卸更换,无需整体报废,节约了经济成本。
为实现上述目的,本发明提供一种定心旋翼跟管钻具,包括稳杆器以及装设于所述稳杆器的头端的中心钻,所述稳杆器的头端周向装设有用以绕旋翼柱体旋转展开时外径大于所述中心钻的直径的扩孔旋翼,所述旋翼柱体的两端抵靠在所述中心钻和所述稳杆器之间。
优选地,所述中心钻包括设有钻齿的钻头端面,所述扩孔旋翼包括与所述钻头端面留有间距且倾斜设置的设有钻齿的钻头斜面。
优选地,所述钻头斜面的倾斜角度为20°~75°。
优选地,所述扩孔旋翼的数量为多个。
优选地,多个所述扩孔旋翼沿所述稳杆器的周向等距均匀布置。
优选地,所述扩孔旋翼的数量为三个,相邻的所述扩孔旋翼的夹角为120°。
优选地,所述稳杆器的尾端设有用以连接冲击器的尾柄,还包括装设所述稳杆器的管靴,所述管靴还设有套管。
相对于上述背景技术,本发明所提供的定心旋翼跟管钻具包括稳杆器、中心钻和扩孔旋翼,中心钻装设在稳杆器的头端,扩孔旋翼装设在稳杆器的头端周向,扩孔旋翼绕旋翼柱体旋转,旋翼柱体的两端抵靠在中心钻和稳杆器之间,该定心旋翼跟管钻具通过稳杆器以实现中心钻的装设,通过中心钻和稳杆器以实现旋翼柱体的装设,通过旋翼柱体以实现扩孔旋翼的绕轴旋转,通过扩孔旋翼的绕轴旋转以实现扩孔旋翼的收拢或展开,通过扩孔旋翼的旋转展开以实现旋翼柱体的最大外径大于中心钻的直径,通过旋翼柱体的最大外径大于中心钻的直径以实现扩孔的作用,通过中心钻以实现钻孔的作用,该定心旋翼跟管钻具的扩孔旋翼位于中心钻和稳杆器之间,也就是说扩孔旋翼位于中心钻的钻头端面以下,使得钻孔的中心钻与扩孔的扩孔旋翼不位于同一端面,以此解决了钻孔和扩孔在同一端面导致的容易钻偏、钻孔垂直度差、直线度差和孔眼易报废的问题,同时,装设的可拆卸方式使得中心钻与扩孔旋翼均可拆卸,若中心钻或扩孔旋翼损坏时可拆卸更换,无需整体报废,节约了经济成本。
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的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的定心旋翼跟管钻具的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的定心旋翼跟管钻具的钻头端面的结构示意图;
图3为现有技术中定心旋翼跟管钻具的钻头端面的结构示意图。
其中:
1-现有钻头、2-现有旋翼、3-中心钻、4-扩孔旋翼、5-管靴、6-稳杆器、7-尾柄、8-套管。
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。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3,其中,图1为本发明实施例提供的定心旋翼跟管钻具的结构示意图,图2为本发明实施例提供的定心旋翼跟管钻具的钻头端面的结构示意图,图3为现有技术中定心旋翼跟管钻具的钻头端面的结构示意图。
在图3所示的包括现有钻头1和现有旋翼2的定心旋翼跟管钻具的结构中,现有钻头1的钻头端面的周向设有容纳现有旋翼2的槽,现有旋翼2在槽中旋转实现收拢和展开,现有钻头1与现有旋翼2的工作面位于同一端面,现有旋翼2在钻头1处的设置方式为开放式,容易脱落,存在着容易钻偏、钻孔垂直度差、直线度差和孔眼易报废的问题,同时,现有旋翼2与现有钻头1成套对应,若现有钻头1损坏则现有旋翼2与现有钻头1将整体报废,以更换新的带有现有旋翼2的现有钻头1,可维护替换程度低,经济性差。
在第一种具体的实施方式中,为了克服上述技术问题,本发明提供的定心旋翼跟管钻具包括中心钻3、扩孔旋翼4和稳杆器6,稳杆器6的作用在于安装固定中心钻3和扩孔旋翼4并传递钻孔扩孔的冲击动力。其中,中心钻3装设在稳杆器6的头端,扩孔旋翼4装设在稳杆器6的头端周向,扩孔旋翼4可绕旋翼柱体旋转,旋翼柱体的两端抵靠在中心钻3和稳杆器6之间。
具体而言,中心钻3的尾端插入并在稳杆器6头端的槽中安装固定,稳杆器6对中心钻3提供安装固定以及传递动力的作用;扩孔旋翼4套于旋翼柱体并绕旋翼柱体旋转,旋翼柱体对扩孔旋翼4提供安装固定以及旋转支撑的作用;中心钻3的头端背面设有第一槽,稳杆器6的头端正面设有第二槽,第一槽和第二槽分别与旋翼柱体的两端配合,中心钻3和稳杆器6对旋翼柱体提供安装固定以及抵靠支撑的作用,进而使得扩孔旋翼4不容易从中心钻3和稳杆器6上脱落。
其中,扩孔旋翼4绕旋翼柱体旋转时有两个方向,两个方向的旋转到位位置与扩孔旋翼4的两种状态对应,分别为收拢状态与展开状态,通俗来说,在扩孔旋翼4处于收拢状态时,扩孔旋翼4的最大外径尺寸等于中心钻3的直径,此时扩孔旋翼4收拢在中心钻3的槽中,以实现钻孔的效果;在扩孔旋翼4处于展开状态时,扩孔旋翼4的最大外径尺寸大于中心钻3的直径,此时扩孔旋翼4在中心钻3的周向展开,以实现扩孔的效果。
在本实施例中,旋翼柱体装设于中心钻3和稳杆器6之间,扩孔旋翼4进而套于旋翼柱体,也就是说扩孔旋翼4位于中心钻3和稳杆器6之间,扩孔旋翼4的正面为工作面,中心钻3的正面为工作面,扩孔旋翼4的正面位于中心钻3的背面以后,使得钻孔的中心钻3与扩孔的扩孔旋翼4不位于同一端面,不同与现有技术中的开放式,本实施例中的扩孔旋翼4为封闭时,扩孔旋翼4保护在中心钻3和稳杆器6之间,相较于开放式的现有旋翼2而言该扩孔旋翼4不会脱落,同时中心钻3的端面设有凹心,以提供更好的定心效果,以此解决了钻孔和扩孔在同一端面导致的容易钻偏、钻孔垂直度差、直线度差和孔眼易报废的问题。
除此以外,本实施例中的中心钻3、扩孔旋翼4和稳杆器6采用装设的可拆卸方式,如卡槽定位与螺丝螺栓紧固等,使得中心钻3与扩孔旋翼4均可拆卸。
在本实施例中,中心钻3与扩孔旋翼4的工作面不在一个平面上,在使用过程中,中心钻3先定心钻进进行预钻孔,此时扩孔旋翼4收拢;再进行扩孔此时扩孔旋翼4张开;再进行持续钻进。如果中心钻3发生损坏,直接拆卸更换即可,因现有技术中直接报废,故大大节约了经济成本。
在一种具体的实施方式中,为了提高扩孔旋翼4的扩孔效果,扩孔旋翼4的工作面设置为斜面,具体而言,扩孔旋翼4包括钻头斜面,中心钻3包括钻头端面,钻头斜面和钻头端面均设有用于破岩的钻齿,钻头端面为竖直截断面,钻头斜面与钻头端面倾斜,因扩孔旋翼4位于中心钻3和稳杆器6之间,所以钻头斜面与钻头端面留有间距。
示例性的,扩孔旋翼4的钻头斜面与钻孔扩孔的前进方向呈钝角,与中轴线所夹的锐角的角度为倾斜角度,钻头斜面的倾斜角度为20°~75°。
为了更好的技术效果,以提高扩孔旋翼4的扩孔效率,实现多方位扩孔,降低单个扩孔旋翼4的载荷和损耗,增设多个扩孔旋翼4并沿周向装设在中心钻3和稳杆器6之间,每个扩孔旋翼4都对应于一个旋翼柱体做旋转轴,旋翼柱体的轴线方向也即扩孔旋翼4的旋转轴的轴线方向与中心钻3和稳杆器6的中心轴线平行。
为了更好的技术效果,以提高扩孔旋翼4的扩孔效果如均匀度等,多个扩孔旋翼4沿稳杆器6的周向等距均匀布置,可根据相关实验数据和分析结果,以及扩孔旋翼4的尺寸规格,选择扩孔旋翼4的数量,进而选择相间的间距。
示例性的,扩孔旋翼4的数量为三个,相邻的扩孔旋翼4的夹角为120°,三角结构的扩孔旋翼4具有更强的稳固性,同时能够兼顾并覆盖中心钻3的外周侧的全角度扩孔。
除此以外,稳杆器6的尾端设有用以连接冲击器的尾柄7,还包括装设稳杆器6的管靴5,管靴5还设有套管8,其中,管靴5以及套管8的具体结构和作用原理与现有技术中的定心旋翼跟管钻具相同,请参照现有技术,这里不再一一赘述;需要强调的是,本发明的核心改进在在于改变扩孔旋翼4相对中心钻3的设置位置,使得中心钻3位于中心钻3与稳杆器6之间,使得钻孔的中心钻3与扩孔的扩孔旋翼4不位于同一端面,以此解决了钻孔和扩孔在同一端面导致的容易钻偏、钻孔垂直度差、直线度差和孔眼易报废的问题;同时,中心钻3与扩孔旋翼4均可拆卸,若中心钻3或扩孔旋翼4损坏时可拆卸更换,无需整体报废,节约了经济成本。
以上对本发明所提供的定心旋翼跟管钻具进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种定心旋翼跟管钻具,其特征在于,包括稳杆器(6)以及装设于所述稳杆器(6)的头端的中心钻(3),所述稳杆器(6)的头端周向装设有用以绕旋翼柱体旋转展开时外径大于所述中心钻(3)的直径的扩孔旋翼(4),所述旋翼柱体的两端抵靠在所述中心钻(3)和所述稳杆器(6)之间;
所述中心钻(3)包括设有钻齿的钻头端面,所述扩孔旋翼(4)包括与所述钻头端面留有间距且倾斜设置的设有钻齿的钻头斜面;
所述钻头斜面的倾斜角度为20°~75°;
其中,所述扩孔旋翼(4)套于所述旋翼柱体并绕所述旋翼柱体旋转,所述旋翼柱体对所述扩孔旋翼(4)提供安装固定以及旋转支撑的作用;所述中心钻(3)的头端背面设有第一槽,所述稳杆器(6)的头端正面设有第二槽,所述第一槽和所述第二槽分别与旋翼柱体的两端配合。
2.根据权利要求1所述的定心旋翼跟管钻具,其特征在于,所述扩孔旋翼(4)的数量为多个。
3.根据权利要求2所述的定心旋翼跟管钻具,其特征在于,多个所述扩孔旋翼(4)沿所述稳杆器(6)的周向等距均匀布置。
4.根据权利要求3所述的定心旋翼跟管钻具,其特征在于,所述扩孔旋翼(4)的数量为三个,相邻的所述扩孔旋翼(4)的夹角为120°。
5.根据权利要求1至4任一项所述的定心旋翼跟管钻具,其特征在于,所述稳杆器(6)的尾端设有用以连接冲击器的尾柄(7),还包括装设所述稳杆器(6)的管靴(5),所述管靴(5)还设有套管(8)。
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