CN115110897A - 一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压力管道施工技术领域，且公开了一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，包括底座，所述底座的顶端活动安装有钻头体，所述底座的顶端中部固定安装有钻头连接段，所述钻头连接段的顶端两侧固定安装有定位槽。本发明通过设置防护层，增大固定防脱棒对钻头连接段和钻杆体内壁的压力，使钻头连接段和钻杆体难以产生移动，同时，使底座和钻杆体之间的紧固程度可自主及时调节，通过设置固定防脱棒，有效保证底座和钻杆体之间的稳固，防止底座和钻杆体发生脱离而造成严重的施工事故，通过设置压力阀和通气管，有效清理底座表面的岩屑，避免现有底座表面岩屑堆积过多，从而导致钻头体卡住无法正常转动的问题。

Description

一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机

技术领域

本发明涉及压力管道施工技术领域，具体为一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机。

背景技术

现有抽水蓄能电站建设的重点工程是用于产生势能的压力管道的建造，特别是大倾角斜井的建设工作，传统的斜井施工一般采用爬罐法由下向上施工导井，再采用钻爆法由上向下扩挖形成压力管道，而现有压力管道在施工时，常采用斜井钻机，斜井钻机是通过电机以及马达，带动钻杆及钻头旋转，使钻头或扩孔钻头上的滚刀对岩石产生冲击、挤压和剪切作用，达到钻井效果，现有斜井钻机的施工过程主要为：准备、导孔、扩孔、收尾四大阶段，先利用钻杆带动导孔钻，对施工岩层由上而下实施钻进，同时，在钻杆和导向孔之间灌入洗井液，岩屑沿着钻杆与孔壁间的环形空间由洗井液提升到钻孔外，导孔结束后，进行扩孔，在扩孔时将导孔钻头卸下，安装反扩滚刀，岩屑靠自重直接落到下水平巷道内，采用装载机和运输设备及时清理运出。

现有斜井钻机在进行扩孔时，因压力管道呈斜角形，钻杆及钻头均为倾斜钻进，则在进行钻井时，导向孔内部的岩屑以及泥浆液会对钻杆造成冲击或者碰撞，长期之下，会导致钻杆表面出现坑洼损坏，严重时会产生杆体磨断，从而导致压力管道施工出现事故，钻机无法继续使用的问题，此外，现有斜井钻机的钻杆和钻头，一般采用螺丝进行紧固连接，但钻杆和钻头在进行钻井时，其连接处极易产生强烈的扭矩，从而导致钻杆和钻头会产生滑丝脱离，进而造成钻头掉落，使扩孔工作无法继续进行，且对施工人员造成严重的人身安全。

发明内容

针对背景技术中提出的现有斜井钻机在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，具备降低钻杆表面冲击损伤，且有效稳固钻杆和钻头之间的连接，防止钻头脱落的优点，解决了上述背景技术中提出的技术问题。

本发明提供如下技术方案：一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，包括底座，所述底座的顶端活动安装有钻头体，所述底座的顶端中部固定安装有钻头连接段，所述钻头连接段的顶端两侧固定安装有定位槽，所述钻头连接段的内壁上开设有外卡孔，所述外卡孔的内腔表面固定安装有第一磁板，所述钻头连接段的内壁底部开设有出气口，所述钻头连接段的内壁侧活动安装有防护层，所述防护层的两侧表面固定安装有固定防脱棒，所述固定防脱棒的一端表面固定安装有第二磁板，所述防护层的外部两侧固定安装有定位板，所述防护层的底端表面固定安装有压力阀，所述压力阀的底端固定安装有通气管，所述防护层的内壁固定套接有钻杆体，所述钻杆体的内壁上开设有内卡孔。

优选的，所述定位槽的形状呈凹字形，所述定位板的形状呈长方形，所述定位槽的形状大小和定位板的形状大小相适配。

优选的，所述外卡孔和内卡孔的形状皆呈倾斜状的圆柱形，所述固定防脱棒的形状大小与外卡孔和内卡孔的形状大小相适配。

优选的，所述第一磁板和第二磁板的形状均呈圆形，所述第一磁板的形状大小和第二磁板的形状大小相适配，所述第一磁板和第二磁板皆具有磁性，且两者磁性相吸。

优选的，所述防护层的形状呈圆环形，且防护层的内部为中空，所述防护层的形状大小和钻杆体的形状大小相适配，所述防护层的内腔与固定防脱棒的一端开口相连通，所述防护层的表面具有弹性。

优选的，所述固定防脱棒分为左右两部分，一部分位于防护层的外侧壁表面，另一部分位于防护层的内侧壁表面，所述固定防脱棒的每一部分共有八组，且呈圆周形均匀分布，所述固定防脱棒的每一部分中的每一组共有四个单体结构，且四个单体结构呈竖向均匀排列在防护层的内外侧壁表面，所述固定防脱棒的每一个单体结构皆呈倾斜状的圆柱形，且位于防护层外侧壁表面的每一个单体结构均朝上倾斜四十五度，而位于防护层内侧壁表面的每一个单体结构均朝下倾斜四十五度，所述固定防脱棒的每一个单体结构均具有弹性。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过设置防护层，利用防护层内腔中的气体的弹性压缩变化，有效缓冲泥浆液流动和岩碎石掉落时，对钻杆体表面所造成的碰撞和冲击力，防止钻杆体产生严重撞损进而产生断裂，与此同时，再利用泥浆液和岩碎石对防护层表面的冲击作用，使防护层内部的气体被挤出，而涌入固定防脱棒的内腔，使固定防脱棒内部的气压增大，从而增大固定防脱棒对钻头连接段和钻杆体内壁的压力，使钻头连接段和钻杆体难以产生移动，加强固定防脱棒的稳固的效果，且又因固定防脱棒的压力增加幅度与泥浆液和岩碎石对防护层的冲击力度呈正比，则钻杆体和钻头连接段之间的紧固程度会随防护层的受压状况而及时变化，即底座和钻杆体之间的紧固程度可自主及时调节，则有效避免了因现有底座和钻杆体之间紧固程度固定，若钻杆体上方冲击力过大，而底座和钻杆体之间紧固力不足，从而导致底座和钻杆体发生脱离的问题。

2、本发明通过设置固定防脱棒，在底座和钻杆体旋转钻井时，利用固定防脱棒内部气压作用，以及第一磁板和第二磁板之间的吸力作用，使钻头连接段和钻杆体之间不易产生扭矩，进而防止钻头连接段和钻杆体之间产生滑丝现象，而产生脱离，再利用固定防脱棒每个单体结构呈不同方向倾斜的设置，使底座向下垂落时，受到固定防脱棒向上的支撑力，而钻杆体向上拉动时，受到固定防脱棒向下的压力，因此底座和钻杆体的作用力分别获得抵消，进而达到平衡，则底座和钻杆体不会产生偏移，从而底座和钻杆体也不会产生纵向脱离，综上可知，通过固定防脱棒的设置，在进行钻井施工时，底座和钻杆体之间无法产生扭矩和偏移，从而有效保证底座和钻杆体之间的稳固，防止底座和钻杆体发生脱离而造成严重的施工事故。

3、本发明通过设置压力阀和通气管，当防护层内部气压过高时，高气压使压力阀开启阀门，进而使防护层内部高压气体喷入通气管内部，通过通气管，使高压气体再通过出气口，喷至底座的台面，利用气体的喷吹作用，进而使底座表面上的岩屑被吹落，从而达到有效清理底座表面的岩屑，避免现有底座表面岩屑堆积过多，从而导致钻头体卡住无法正常转动的问题。

附图说明

图1为本发明结构立体示意图；

图2为本发明结构剖面正视示意图；

图3为本发明结构剖面立体示意图；

图4为本发明结构立体俯视示意图；

图5为本发明图2中A处结构局部放大示意图。

图中：1、底座；2、钻头体；3、钻头连接段；4、定位槽；5、外卡孔；6、第一磁板；7、出气口；8、防护层；9、固定防脱棒；10、第二磁板；11、定位板；12、压力阀；13、通气管；14、钻杆体；15、内卡孔。

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。

请参阅图1-图5，一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，包括底座1，底座1的顶端活动安装有钻头体2，底座1的顶端中部固定安装有钻头连接段3，钻头连接段3的顶端两侧固定安装有定位槽4，钻头连接段3的内壁上开设有外卡孔5，外卡孔5的内腔表面固定安装有第一磁板6，钻头连接段3的内壁底部开设有出气口7，钻头连接段3的内壁侧活动安装有防护层8，防护层8的两侧表面固定安装有固定防脱棒9，固定防脱棒9的一端表面固定安装有第二磁板10，防护层8的外部两侧固定安装有定位板11，防护层8的底端表面固定安装有压力阀12，通过设置压力阀12和通气管13，当防护层8内部气压过高时，高气压使压力阀12开启阀门，进而使防护层8内部高压气体喷入通气管13内部，通过通气管13，高压气体再通过出气口7，喷至底座1的台面，利用气体的喷吹作用，进而使底座1表面上的岩屑被吹落，有效清理底座1表面的岩屑，避免岩屑堆积过多，从而导致钻头体2卡住无法正常转动的问题，压力阀12的底端固定安装有通气管13，防护层8的内壁固定套接有钻杆体14，钻杆体14的内壁上开设有内卡孔15。

请参阅图2-图3，其中，定位槽4的形状呈凹字形，定位板11的形状呈长方形，定位槽4的形状大小和定位板11的形状大小相适配。

请参阅图2-图3，其中，外卡孔5和内卡孔15的形状皆呈倾斜状的圆柱形，固定防脱棒9的形状大小与外卡孔5和内卡孔15的形状大小相适配。

请参阅图2-图5，其中，第一磁板6和第二磁板10的形状均呈圆形，第一磁板6的形状大小和第二磁板10的形状大小相适配，第一磁板6和第二磁板10皆具有磁性，且两者磁性相吸。

请参阅图2-图5，其中，防护层8的形状呈圆环形，且防护层8的内部为中空，防护层8的形状大小和钻杆体14的形状大小相适配，防护层8的内腔与固定防脱棒9的一端开口相连通，防护层8的表面具有弹性，防护层8的顶端设置有现有供气设备，现有供气设备是依据所需施工情况以及设备条件进行相适配的调配，通过设置防护层8，利用气体将防护层8的内腔充斥完全，使防护层8形成气囊层结构，完全包裹钻杆体14的表面，当底座1和钻杆体14一同进行钻井工作时，导向孔内循环的泥浆液和孔壁震落的岩碎石，会撞击在防护层8的表面，通过防护层8内部气体的气压，以及气体受冲击时所产生的弹性压缩运动，进而有效缓冲泥浆液流动和岩碎石掉落时，对钻杆体14表面所造成的碰撞和冲击力，使钻杆体14受损程度大大降低，有效防止钻杆体14产生严重撞损进而产生断裂的问题，与此同时，利用泥浆液和岩碎石对防护层8表面的冲击作用，使防护层8内部的气体被挤出，从而导致防护层8内部的气体涌入固定防脱棒9的内腔，使固定防脱棒9内部的气压增大，从而有效增大固定防脱棒9对钻头连接段3和钻杆体14内壁的压力，使钻头连接段3和钻杆体14难以产生移动，加强固定防脱棒9的稳固的效果，且因钻杆体14在运作时呈向上倾斜状，则钻杆体14外部上方所受到的泥浆液和岩碎石的冲击力度大于钻杆体14外部下方所受到的泥浆液和岩碎石的冲击力度，又因固定防脱棒9的压力增加幅度与钻杆体14外部防护层8所受冲击力度呈正比，则钻杆体14和钻头连接段3之间的紧固程度会随防护层8的受压状况而及时变化，从而在钻杆体14进行施工钻井时，底座1和钻杆体14之间的紧固程度可以自主及时调节，从而避免现有底座1和钻杆体14之间紧固程度固定，若钻杆体14上方冲击力过大，底座1和钻杆体14之间紧固力不足，从而导致底座1和钻杆体14发生脱离的问题。

请参阅图2-图5，其中，固定防脱棒9分为左右两部分，一部分位于防护层8的外侧壁表面，另一部分位于防护层8的内侧壁表面，固定防脱棒9的每一部分共有八组，且呈圆周形均匀分布，固定防脱棒9的每一部分中的每一组共有四个单体结构，且四个单体结构呈竖向均匀排列在防护层8的内外侧壁表面，固定防脱棒9的每一个单体结构皆呈倾斜状的圆柱形，且位于防护层8外侧壁表面的每一个单体结构均朝上倾斜四十五度，而位于防护层8内侧壁表面的每一个单体结构均朝下倾斜四十五度，固定防脱棒9的每一个单体结构均具有弹性，通过设置固定防脱棒9，利用防护层8内部的不断流动的气体，使气体流入固定防脱棒9的内腔，并使固定防脱棒9向外膨胀，分别插入外卡孔5和内卡孔15的内部，当固定防脱棒9向外膨胀时，第一磁板6和第二磁板10产生相吸作用，从而使固定防脱棒9分别与钻头连接段3和钻杆体14固定相连，当固定防脱棒9完全胀起时，固定防脱棒9完全填充外卡孔5和内卡孔15的内腔，并对钻头连接段3和钻杆体14的横向和纵向移动均起到阻碍作用，在底座1和钻杆体14旋转钻井时，因固定防脱棒9内部气压作用，以及第一磁板6和第二磁板10之间的吸力作用，钻头连接段3和钻杆体14之间的扭矩作用不易产生，从而使钻头连接段3和钻杆体14之间不易产生滑丝脱离，同时，因底座1和钻杆体14呈倾斜状钻井，底座1会受自身重力作用，而钻杆体14会受现有动力设备的拉力作用，即底座1和钻杆体14之间还具有相对的作用力，通过固定防脱棒9每个单体结构呈不同方向倾斜的设置，使底座1向下垂落时，可受到固定防脱棒9向上的支撑力，而钻杆体14向上拉动时，可受到固定防脱棒9向下的压力，即使底座1和钻杆体14的作用力分别获得抵消力，使底座1和钻杆体14相对静止，不会产生相对偏移，从而不会产生底座1和钻杆体14的纵向脱离，综上，通过固定防脱棒9的设置，在进行钻井施工时，底座1和钻杆体14不会轻易发生脱离，有效保证底座1和钻杆体14的紧固程度，防止底座1和钻杆体14发生脱离而造成严重的施工事故。

本发明的使用方法工作原理如下：

当导向钻头钻进完毕，导向孔形成后，开始需要由下向上进行钻井扩孔时，通过现有机械安装设备，将底座1抬起，并使钻头连接段3的顶端和钻杆体14的底端相对，通过对准定位槽4和定位板11，从而确定底座1和钻杆体14的位置是否安装正确，当定位槽4和定位板11正确无误的卡合在一起后，此时，防护层8插在钻头连接段3和钻杆体14之间，防护层8内外侧壁上的固定防脱棒9的一端分别与外卡孔5和内卡孔15正对，通气管13的底端开口与出气口7的开口正对，此时，因固定防脱棒9处于未膨胀状态，则第一磁板6和第二磁板10处于分离状态，待确认底座1和钻杆体14对接正确后，通过现有供气设备对防护层8的内腔进行输气，使防护层8开始膨胀，当防护层8完全膨胀时，此时，气体继续供给，气体开始流入固定防脱棒9的内腔，从而使固定防脱棒9开始膨胀，当固定防脱棒9开始膨胀时，固定防脱棒9的一端开始向外延展，同时带动第二磁板10在外卡孔5和内卡孔15的内壁上移动，从而固定防脱棒9逐渐插入外卡孔5和内卡孔15的内部，并将外卡孔5和内卡孔15的内腔进行充斥填满，当固定防脱棒9完全膨起时，第一磁板6和第二磁板10产生相吸作用，第一磁板6和第二磁板10吸附在一起，则固定防脱棒9的一端分别与钻头连接段3和钻杆体14的一侧固定相连，从而达到了底座1和钻杆体14的固定连接，即完成底座1和钻杆体14之间的固定安装工作，当确认底座1和钻杆体14安装完成后，启动现有电机设备，驱动钻杆体14开始转动，进而带动底座1和钻头体2开始转动，从而对岩层进行扩钻工作。

当底座1和钻杆体14旋转工作时，因固定防脱棒9内部气压作用，以及第一磁板6和第二磁板10之间的吸力作用，从而使钻头连接段3和钻杆体14之间不易产生扭矩作用，进而钻头连接段3和钻杆体14之间无法产生滑丝现象，因此，底座1和钻杆体14不会发生脱离。

与此同时，导向孔内循环流动的泥浆液，以及孔壁上震落的岩碎石，两者撞击在防护层8的表面，通过防护层8表面弹性变化，使防护层8内部气体弹性压缩，从而缓冲泥浆液流动和岩碎石掉落时，对钻杆体14表面所造成的碰撞和冲击力，使钻杆体14不会受到严重撞击损坏，同时，泥浆液和岩碎石对防护层8表面所产生的冲击力，使防护层8内部的气体受压而向外挤出，被挤出的气体向下涌入固定防脱棒9的内腔，使固定防脱棒9内部气量增大，因固定防脱棒9初始已经达到完全膨胀，则固定防脱棒9的体积不变，若气量增加，则固定防脱棒9内部气压增大，进而对钻头连接段3和钻杆体14内壁的压力也增大，因而钻头连接段3和钻杆体14受压力影响而难以产生移动。

在底座1和钻杆体14旋转工作时，防护层8内部气体不断供给，当防护层8内部气压达到一定值时，气压使压力阀12开启阀门，当压力阀12开启时，防护层8内部气体通过压力阀12涌入通气管13的内部，通过通气管13，再通过出气口7，进而喷向底座1的台面，从而清理底座1表面的岩屑，避免岩屑堆积过多，从而导致钻头体2卡住无法正常转动的问题。

当完成钻井后，通过现有吸气设备，将防护层8内部气体进行回收吸取，从而使固定防脱棒9回缩变小，当固定防脱棒9回缩时，第一磁板6和第二磁板10发生脱离，则固定防脱棒9与钻头连接段3和钻杆体14分别断开连接，进而完成底座1和钻杆体14的拆卸。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，包括底座（1），其特征在于：所述底座（1）的顶端活动安装有钻头体（2），所述底座（1）的顶端中部固定安装有钻头连接段（3），所述钻头连接段（3）的顶端两侧固定安装有定位槽（4），所述钻头连接段（3）的内壁上开设有外卡孔（5），所述外卡孔（5）的内腔表面固定安装有第一磁板（6），所述钻头连接段（3）的内壁底部开设有出气口（7），所述钻头连接段（3）的内壁侧活动安装有防护层（8），所述防护层（8）的两侧表面固定安装有固定防脱棒（9），所述固定防脱棒（9）的一端表面固定安装有第二磁板（10），所述防护层（8）的外部两侧固定安装有定位板（11），所述防护层（8）的底端表面固定安装有压力阀（12），所述压力阀（12）的底端固定安装有通气管（13），所述防护层（8）的内壁固定套接有钻杆体（14），所述钻杆体（14）的内壁上开设有内卡孔（15）。

2.根据权利要求1所述的一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，其特征在于：所述定位槽（4）的形状呈凹字形，所述定位板（11）的形状呈长方形，所述定位槽（4）的形状大小和定位板（11）的形状大小相适配。

3.根据权利要求1所述的一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，其特征在于：所述外卡孔（5）和内卡孔（15）的形状皆呈倾斜状的圆柱形，所述固定防脱棒（9）的形状大小与外卡孔（5）和内卡孔（15）的形状大小相适配。

4.根据权利要求1所述的一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，其特征在于：所述第一磁板（6）和第二磁板（10）的形状均呈圆形，所述第一磁板（6）的形状大小和第二磁板（10）的形状大小相适配，所述第一磁板（6）和第二磁板（10）皆具有磁性，且两者磁性相吸。

5.根据权利要求1所述的一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，其特征在于：所述防护层（8）的形状呈圆环形，且防护层（8）的内部为中空，所述防护层（8）的形状大小和钻杆体（14）的形状大小相适配，所述防护层（8）的内腔与固定防脱棒（9）的一端开口相连通，所述防护层（8）的表面具有弹性。

6.根据权利要求1所述的一种压力管道施工集定向反井的斜井钻机，其特征在于：所述固定防脱棒（9）分为左右两部分，一部分位于防护层（8）的外侧壁表面，另一部分位于防护层（8）的内侧壁表面，所述固定防脱棒（9）的每一部分共有八组，且呈圆周形均匀分布，所述固定防脱棒（9）的每一部分中的每一组共有四个单体结构，且四个单体结构呈竖向均匀排列在防护层（8）的内外侧壁表面，所述固定防脱棒（9）的每一个单体结构皆呈倾斜状的圆柱形，且位于防护层（8）外侧壁表面的每一个单体结构均朝上倾斜四十五度，而位于防护层（8）内侧壁表面的每一个单体结构均朝下倾斜四十五度，所述固定防脱棒（9）的每一个单体结构均具有弹性。

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