CN1651711A - 潜孔锤反循环跟管钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基础工程施工用的潜孔锤反循环跟管钻头,主要是由套管靴、钻头体、挡渣杆、Z字型钻头活瓣、销轴和弹性销等组成,钻头体的尾端设有花键与气动贯通式冲击器相联接,贯通式气动冲击器的上端同双壁钻杆联接,钻头活瓣闭合转动角度较小,保证了钻头活瓣灵活的张开或闭合,在提钻时,钻头活瓣后端可直接进入套管靴,借助于钻头活瓣后端的倒角同套管靴下端部内孔倒角的接触使钻头活瓣完全闭合,套管内设置的锥面同钻头体上的锥面配合,钻头体上的冲击力通过锥面传递给套管使套管随钻头同步跟入。实现了反循环钻进,解决了大直径钻孔排查效率低的问题,钻头活瓣有效面积利用较多,增加了边缘上的布齿,提高了钻头的使用寿命。

Description

潜孔锤反循环跟管钻头
技术领域
本发明涉及一种基础工程施工用的岩土钻掘机具,特别是反循环跟管钻进。
背景技术
跟管钻进是针对破碎、漏失、流沙、卵砾石等复杂地层钻进成孔的有效方法。现有的跟管钻进主要是正循环钻进,套管直径多数是小直径的跟管钻进,多采用单偏心钻头,正循环排渣方式,主要用于岩体锚固钻孔、坝基观测孔等施工。大口径跟管钻进有英国和立法克斯钻具公司(HALFAX)研制的单偏心跟管钻具其扭矩是通过悬挂钻头的横销传递,易造成横销变形,导致钻头无法自如闭合,单偏心钻头需要旋转180°才能达到所需的直径,使卡死的概率增加。西德斯坦威克公司在瑞典的(ODEX)钻进法基础上研制的双回转跟管钻进机具有两种:一种是钻头和潜孔锤通过焊在套管靴内壁上的三个凸块来控制中心,当偏心钻头向下伸出套管靴时,凸块处于控制潜孔锤位置,这时实现偏心扩孔钻进,套管同时跟进,当钻进到一定深度往上提拉钻具时,凸块位于控制钻头体位置,且有一凸块嵌入钻头体凹槽,偏心钻头即可进入套管并提出地表;另一种是通过内管定心在回转内管时,借助一个螺旋伸缩接头和套管在潜孔锤外部带有凸台的套筒一齐向下移动,使凸台座落在套管底部套管靴内的台阶上,此时将潜孔锤挤向一侧,并实现偏心钻头的扩底钻进,提钻时偏心钻头退入套管内,使钻头提到地表。为防止套管靴内部磨损,其内部在与凸台相对应的位置上设有耐磨环。双回转钻进法具有钻孔直径大和钻进深度较大,套管超前式钻进和套管起拔、拧卸容易等优点;缺点是只能适用于正循环钻进,排渣不畅,所用的套管靴价格昂贵,易留在孔内,下入套管的直径受限制,钻机结构复杂,动力消耗大。美国英格索兰公司(Ingersoll-Rand)所属的日本三菱公司(Mitsubishi)生产的双偏心跟管钻头,在结构上钻头活瓣有效利用面积损失较多,边缘上布齿较少,影响钻头的使用寿命,且只适用于正循环钻进,排查效率较低,两活瓣结合面为直立面,提钻时岩渣易被夹在两活瓣之间,使两活瓣不能准确收入到套管内而卡钻,给提钻带来不便。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足和缺点,提供一种适于大口径反循环跟管钻进,钻头使用寿命较长,提钻时岩渣不易被夹在两活瓣之间而卡钻的跟管钻头。
本发明是通过以下方式实现的,钻头体2底面设有一个以上平行钻头体2轴线的底面销孔18,钻头体2下部设有一个以上垂直钻头体2轴线的下部销孔19,销轴6穿过钻头活瓣5所设销轴孔9和钻头体2下部销孔19悬挂钻头活瓣5,弹性销7通过钻头体2下部销孔19穿过销轴6上部所设销孔20将销轴6固定在钻头体2上,销轴6既是销也是钻头活瓣5的转动轴,钻头体2设有两个吸渣孔15,吸渣孔15的中心线与钻头体2的回转轴线夹角为20-30°,两个吸渣孔15上部与钻头体2的中心孔13相通,挡渣杆3安放在吸渣孔15下部开设的凹槽17中。
本发明还可以通过以下方式实现两个钻头活瓣5的结合面为Z字型,Z字型的横线方向面相对钻头体2的底面为斜面10、11。钻头活瓣5上的柱齿12为非均匀分布,Z字型横线外弦回转半径较大处镶装柱齿12较多,Z字型竖线外弦回转半径较小处镶装柱齿12较少。钻头体2底端面吸渣孔15的附近设有排气孔4,在花键槽内设有一个以上小斜孔14。
本发明经试验实现了反循环跟管钻进,解决了大直径钻孔排查效率低的问题,钻头活瓣有效面积利用较多,增加了边缘上的布齿,提高了钻头的使用寿命,钻头活瓣闭合转动角度较小,保证了钻头活瓣灵活的张开或闭合。
附图及附图说明
附图1为潜孔锤反循环跟管钻头外形结构图附图2为钻头活瓣5的结构图附图3为钻头体2的剖视图附图4为钻头体2与钻头活瓣5装配关系剖视图附图5为钻头体2底面销孔18和下部销孔19的剖视图附图6为销轴6的剖视图附图说明:1套管靴、2钻头体、3挡渣杆、4排气孔、5钻头活瓣、6销轴、7弹性销、8花键、9销轴孔、10、11斜面、12柱齿、13中心孔、14小斜孔、15吸渣孔、16锥面、17凹槽、18底面销孔、19下部销孔、20销孔、具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的详细说明:钻头体2底面设有两个平行钻头体2轴线的底面销孔18,钻头体2下部设有两个垂直钻头体2轴线的下部销孔19,两个销轴6分别穿过两个钻头活瓣5各自所设的销轴孔9和钻头体2下部销孔19分别悬挂两个钻头活瓣5,弹性销7通过钻头体2下部销孔19穿过两个销轴6上部所设销孔20将销轴6固定在钻头体2上,销轴6既是悬挂两个钻头活瓣5的销,也是两个钻头活瓣5的各自转动轴,两个钻头活瓣5的结合面为Z字型,钻头活瓣5的后端边缘设有较大倒角,在提钻时,钻头活瓣5后端可直接进入套管靴1,借助于钻头活瓣5后端的倒角同套管靴1下端内孔倒角的接触使钻头活瓣5完全闭合,直至将整套钻具从套管靴1中提出。钻头活瓣5的前端面镶有若干非均匀分布的柱齿12,Z字型横线外弦回转半径较大处镶装柱齿12较多,Z字型竖线外弦回转半径较小处镶装柱齿12较少。为防止两个钻头活瓣5闭合过程中因两结合面之间夹有岩渣给提钻带来困难,将Z字型的横线方向面相对钻头体2的底面设计为斜面10和11,钻头活瓣5的前端面与套管靴1的底面留有比钻头活瓣5厚度略大的距离,这样在提钻时,使张开的两钻头活瓣5间所夹的岩渣在自重下掉入孔内,不致在后面的提钻中将钻头活瓣5卡住不能完全闭合。钻头体2下部设有两个吸渣孔15,钻进时,钻具正转通过柱齿12同岩面的摩擦使钻头活瓣5张开,钻头活瓣5张开后,将钻头体2下部的两个吸渣孔15露出,吸渣孔15的中心线与钻头体2的回转轴线夹角为26°,两个吸渣孔15上部与钻头体2的中心孔13相通,为防止岩渣卡堵钻头,在吸渣孔15底部设有挡渣杆3来限制大颗粒的岩渣进入吸渣孔15,挡渣杆3安放在吸渣孔15下部开设的凹槽17中,挡渣杆3在吸渣孔15内是倾斜的,其方向同吸渣孔15轴线的方向一致。钻头体2下部吸渣孔15的附近设有两个排气孔4,钻进时,一部分废气从两个排气孔4喷射出来,一方面将其附近的岩渣吹搅起来,防止岩渣在两钻头活瓣5之间形成的死角内堆积,有利于吸渣孔15将岩渣吸入,另一方面喷射出来的气体可以起到冷却钻头的作用。在花键槽内设有三个小斜孔14,可将冲击器产生的废气向钻头体2的中心孔13喷射,产生射流效应,形成一定的负压,将岩渣从吸渣孔15吸入并随气流向上并经过贯通式冲击器的中心通孔和双壁钻杆的中心通孔排到地表,实现气举反循环,在有水的情况下,地表可设置沙石泵,利用泵吸反循环来排渣。
钻头体2通过花键8与气动贯通式冲击器相联接,贯通式气动冲击器的上端同双壁钻杆联接,套管靴1后端通过左旋螺纹与套管联接,空压机产生的压缩空气通过双壁钻杆的环形通道进入贯通式气动冲击器,冲击器工作,其活塞往复运动冲击钻头体2尾部所设的花键8,带动钻头体2前端的钻头活瓣5上的柱齿12冲击钻头活瓣5前面的岩石,使其破碎形成岩渣,岩渣被吸入吸渣孔15,通过钻头体2中心通道13、贯通式冲击器中心通道和双壁钻杆的中心孔排出到地表。套管内设置的锥面同钻头体2上的锥面16配合,钻头体2上的冲击力通过锥面16传递给套管使套管随钻头同步跟入。

Claims (4)

1.一种主要用于基础工程施工的潜孔锤反循环跟管钻头,包括潜孔锤、套管靴、花键和钻头体,其特征在于,钻头体(2)底面设有一个以上平行钻头体(2)轴线的底面销孔(18),钻头体(2)下部设有一个以上垂直钻头体(2)轴线的下部销孔(19),销轴(6)穿过钻头活瓣(5)所设销轴孔(9)和钻头体(2)下部销孔(19)悬挂钻头活瓣(5),弹性销(7)通过钻头体(2)下部销孔(19)穿过销轴(6)上部所设销孔(20)将销轴(6)固定在钻头体(2)上,销轴(6)既是销也是钻头活瓣(5)的转动轴,钻头体(2)设有两个吸渣孔(15),吸渣孔(15)的中心线与钻头体(2)的回转轴线夹角为20-30°,两个吸渣孔(15)上部与钻头体(2)的中心孔(13)相通,挡渣杆(3)安放在吸渣孔(15)下部开设的凹槽(17)中。
2.按照权利要求书1所说的潜孔锤反循环跟管钻头,其特征在于,两个钻头活瓣(5)的结合面为Z字型,Z字型的横线方向面相对钻头体(2)的底面为斜面(10)、(11)。
3.按照权利要求书1、2所说的潜孔锤反循环跟管钻头,其特征在于,钻头活瓣(5)上的柱齿(12)为非均匀分布,Z字型横线外弦回转半径较大处镶装柱齿(12)较多,Z字型竖线外弦回转半径较小处镶装柱齿(12)较少。
4.按照权利要求书1、所说的潜孔锤反循环跟管钻头,其特征在于,钻头体(2)底端面吸渣孔(15)的附近设有排气孔(4),在花键槽内设有一个以上小斜孔(14)。
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