CN204920799U - 自密封防掉反循环空气锤钎头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了自密封防掉反循环空气锤钎头，包括卡环、花键套、防掉套、钎头本体和硬质合金齿，所述钎头本体的上端开有卡环槽，钎头本体的中部开有防掉卡槽，钎头本体位于反循环空气锤的外缸和配气套中，卡环内径与卡环槽凹处直径匹配，卡环被夹在配气套和花键套之间，沿钎头本体的轴向方向，卡环槽的长度大于卡环的厚度，花键套上有花键槽，花键槽与钎头本体外部的花键配合，花键套通过螺纹与所述外缸连接，防掉套的上端挂在花键套下部的台阶上，防掉套的下端通过螺纹旋入所述防掉卡槽中，硬质合金齿设置于钎头本体的工作面上。本实用新型可有效防止反循环钎头因疲劳破坏断裂而落入井内，从避免严重井内事故的发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种主要用于石油天然气钻井、基础工程、水文水井钻探等反循环钻井领域的反循环空气锤，更具体的说涉及该空气锤的钎头。
背景技术
近年来，气体正循环钻井技术在治理井漏、保护储层、提高机械钻速等方面取得了显著效果。但在大尺寸井眼钻井时，正循环气体钻井所需气量大、设备数量多、成本高等成了普遍问题。同时，常规气体钻井时高速气体对井壁冲蚀明显，在井壁不稳定的条件下井内容易出现“大肚子”。此外，若井下水层、漏层同时存在，容易出现漏水不漏砂的情况，难以建立循环。采用大直径反循环空气锤实施钻井，所需气量是常规正循环气体钻井的1/2~1/5（井眼尺寸越大对比越明显）。反循环空气锤钻井，气体不进入环空，可有效避免井壁冲蚀，同时解决井漏不返砂的问题。反循环空气锤可有效降低大尺寸井眼气体钻井成本，解决井漏失返问题。目前，国内石油天然气钻井领域常用的是正循环空气锤。
公开号为203499565U，公开日为2014年3月26日的中国专利文献公开了一种反循环空气锤钻头，包括钻头本体，钻头本体上设置有进气通道、内部引射孔和中心排砂通道，进气通道的出气口位于钻头本体的底面上，内部引射孔的入口与进气通道连通，出口与中心排砂通道连通，且入口与钻头本体的底面之间的距离小于出口与钻头本体的底面之间的距离；在进气通道的出气口喷出的气体作用下，中心排砂通道将岩屑由钻头本体底面向顶部排出。该专利文献具有良好反循环排砂效果，同时具备一定的预防和处理井漏以及钻头卡钻事故的能力。
上述专利文献中的空气锤钻头即为本实用新型中所称的空气锤钎头，反循环空气锤钎头是反循环空气锤破岩利器，同时也是促成反循环排砂的关键部件。反循环空气锤在钻井过程中，钎头会承受来自活塞的高频、高速冲击，同时也会承受来自上部钻具的压力和地层带来的反扭矩。特别是在油气钻井领域，反循环空气锤的工作参数（注气量、注气压力等）比其它领域（如地质勘探、基础工程、水文水井工程等）大很多，同时反循环空气锤钎头的井下工作环境（温度、地层压力、井深等）较其它领域复杂（地质勘探、基础工程等领域的反循环空气锤钻井深度都较油气钻井浅）。在这种工况下，反循环空气锤钎头极易疲劳破坏，出现钎头发生断裂的情况。一旦钎头断裂落入井内，将会造成严重的井内事故。然而，目前，国内的反循环空气锤钎头均不具备防掉落功能。这也正是本实用新型所将要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供自密封防掉反循环空气锤钎头，本实用新型可有效防止反循环钎头因疲劳破坏断裂而落入井内，从避免严重井内事故的发生。
本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：
自密封防掉反循环空气锤钎头，其特征在于：包括卡环、花键套、防掉套、钎头本体和硬质合金齿，所述钎头本体的上端开有卡环槽，钎头本体的中部开有防掉卡槽，钎头本体位于反循环空气锤的外缸和配气套中，卡环内径与卡环槽凹处直径匹配，卡环被夹在配气套和花键套之间，沿钎头本体的轴向方向，卡环槽的长度大于卡环的厚度，花键套上有花键槽，花键槽与钎头本体外部的花键配合，花键套通过螺纹与所述外缸连接，防掉套的上端挂在花键套下部的台阶上，防掉套的下端通过螺纹旋入所述防掉卡槽中，硬质合金齿设置于钎头本体的工作面上。
所述钎头本体上设有反循环流道，由内部喷射孔道、底部喷射孔道、吸砂孔和中心排砂通道组成，具体开设部位和连接关系是：钎头本体为中空结构，在钎头本体轴向中心部设置所述中心排砂通道，钎头本体下部开有吸砂孔，中心排砂通道与吸砂孔连通，在钎头本体上开有内部喷射孔道，内部喷射孔道的一端与中心排砂通道连通，另一端与花键套和钎头本体之间的间隙处连通，在钎头本体上开有底部喷射孔道，底部喷射孔道的一端与钎头本体的底部连通，另一端与花键套和钎头本体之间的间隙处连通。
所述吸砂孔是倾斜布置的，倾斜角度为30°。
所述内部喷射孔道是倾斜布置的，倾斜角度为45°。
所述内部喷射孔道和底部喷射孔道各为六个，均在钎头本体的径向方向上均匀分布。
所述钎头本体的下部大直径端的横断面为圆形，周围没有排屑槽，同时在大直径端外圆柱面开有2~3道凹形塑性密封槽。
所述硬质合金齿为球形硬质合金齿或锥形合金齿。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果如下：
1、本实用新型中，通过在现有的钎头本体上开设卡环槽和防掉卡槽的方式，而卡环又被夹在配气套和花键套之间，防掉套的下端通过螺纹旋入所述防掉卡槽中，这样的结构形式，使得本实用新型在实际应用时：反循环空气锤钎头最容易发生断裂的部分位于钎头大直径端和小直径端交汇的地方（即本文中的钎头本体中部和上部连接处的直角转弯处），此处容易发生应力集中。一旦此处发生断裂，断口下面的钎头本体部分将会挂在防掉套上，而断口上部的钎头本体部分则挂在卡环上，真正实现了防掉功能。可有效防止反循环钎头因疲劳破坏断裂而落入井内，从避免严重井内事故的发生。
2、本实用新型中，沿钎头本体的轴向方向，卡环槽的长度大于卡环的厚度，便于钎头有上下活动的空间。当卡环位于卡环槽最下端时，反循环空气锤活塞可正常工作；当卡环位于卡环槽最上端时，即钎头悬挂在卡环上，反循环空气锤活塞停止工作。
3、本实用新型中，花键套上有花键槽，花键槽与钎头本体外部的花键配合，花键套通过螺纹与所述外缸连接，这样的结构形式，来自反循环空气锤的外缸的扭矩就能通过花键套传递给钎头本体。
4、本实用新型中，钎头本体上设有反循环流道，由内部喷射孔道、底部喷射孔道、吸砂孔和中心排砂通道组成，这样的组合方式，不仅可以有效冷却钎头硬质合金齿，也能有效形成反循环。
5、本实用新型中，钎头本体的下部大直径端的横断面为圆形，周围没有排屑槽，同时在大直径端外圆柱面开有2~3道凹形的塑性密封槽，这样的结构形式，可对环空实现自密封。
6、本实用新型中可适用于各类反循环空气锤上。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：
图1为本实用新型的结构示意图。
图中标记：
1.外缸；2.配气套；3.卡环；4.花键套；5.防掉套；6.钎头本体；7.硬质合金齿；8.中心排砂通道；9.内部喷射孔道；10.防掉卡槽，11.螺纹，12.底部喷射孔道；13.塑性密封槽；14.吸砂孔；15.间隙；16.直角转弯处。
具体实施方式
实施例1
作为本实用新型的最佳实施方式，其所涉及的具有防掉落功能的反循环空气锤钎头主要由卡环3、花键套4、防掉套5、钎头本体6和硬质合金齿7五个部分构成。卡环3位于钎头本体6上部的卡环槽中，卡环内径应与卡环槽凹处直径匹配。卡环3在整个反循环空气锤中被夹在配气套2和花键套4之间，即卡环3在整个反循环空气锤中自由度为0。钎头本体6上端卡环槽的长度大于卡环3厚度，钎头本体6可以挂在卡环3上面，并且由卡环3限定其上下活动范围。花键套4上有花键槽，花键槽与钎头本体6上部花键部分配合。来自反循环空气锤外缸1的扭矩通过花键套4传递给钎头本体6，因此花键套4的材质为油气钻井井下工具常用材料4145H或40CrMo。花键套4通过螺纹与反循环空气锤外缸1连接。防掉套5为薄壁圆筒结构，上端挂在花键套4下部台阶上，下端通过螺纹旋入自密封反循环钎头的防掉卡槽中。花键套4和防掉套5均为4145H钢。钎头本体6为中空结构，中心排砂通道内径较同尺寸的正循环钎头中心孔内径大，这样可以方便反循环排砂。钎头本体6下部开有倾斜的吸砂孔，倾斜角度通常为30°，其底唇面镶有硬质合金齿用于破岩。地层坚硬则选择球形硬质合金齿，地层较软则可选择锥形合金齿。该钎头6的大端横断面为圆形，周围没有排屑槽，同时在其大端外圆柱面开有2~3道凹形的塑性密封槽。在钎头本体6内部钻有反循环流道，由内部喷射孔道、底部喷射孔道、吸砂孔和中心排砂通道组成。内部喷射孔道倾角45°，径向六个均匀分布；底部喷射孔道向钎头中轴线倾斜，径向六个均匀分布。
反循环空气锤钎头6最容易发生断裂的部分位于钎头大直径端和小直径端交汇的地方（即本文中的钎头本体中部和上部连接处的直角转弯处16），此处容易发生应力集中。一旦此处发生断裂，断口下面部分将会挂在防掉套5上，而断口上部则挂在卡环3上。
实施例2
作为本实用新型的一较佳实施方式，其包括卡环3、花键套4、防掉套5、钎头本体6和硬质合金齿7，所述钎头本体6的上端开有卡环槽，钎头本体6的中部开有防掉卡槽10，钎头本体6位于反循环空气锤的外缸1和配气套2中，卡环3内径与卡环槽凹处直径匹配，卡环3被夹在配气套2和花键套4之间，沿钎头本体6的轴向方向，卡环槽的长度大于卡环3的厚度，花键套4上有花键槽，花键槽与钎头本体6外部的花键配合，花键套4通过螺纹与所述外缸1连接，防掉套5的上端挂在花键套4下部的台阶上，防掉套5的下端通过螺纹旋入所述防掉卡槽10中，硬质合金齿7设置于钎头本体6的工作面上。该种结构形式的钎头可以适用于各类反循环空气锤上。
Claims (7)
1.自密封防掉反循环空气锤钎头，其特征在于：包括卡环（3）、花键套（4）、防掉套（5）、钎头本体（6）和硬质合金齿（7），所述钎头本体（6）的上端开有卡环槽，钎头本体（6）的中部开有防掉卡槽（10），钎头本体（6）位于反循环空气锤的外缸（1）和配气套（2）中，卡环（3）内径与卡环槽凹处直径匹配，卡环（3）被夹在配气套（2）和花键套（4）之间，沿钎头本体（6）的轴向方向，卡环槽的长度大于卡环（3）的厚度，花键套（4）上有花键槽，花键槽与钎头本体（6）外部的花键配合，花键套（4）通过螺纹与所述外缸（1）连接，防掉套（5）的上端挂在花键套（4）下部的台阶上，防掉套（5）的下端通过螺纹旋入所述防掉卡槽（10）中，硬质合金齿（7）设置于钎头本体（6）的工作面上。
2.根据权利要求1所述的自密封防掉反循环空气锤钎头，其特征在于：所述钎头本体（6）上设有反循环流道，由内部喷射孔道（9）、底部喷射孔道（12）、吸砂孔（14）和中心排砂通道（8）组成，具体开设部位和连接关系是：钎头本体（6）为中空结构，在钎头本体（6）轴向中心部设置所述中心排砂通道（8），钎头本体（6）下部开有吸砂孔（14），中心排砂通道（8）与吸砂孔（14）连通，在钎头本体（6）上开有内部喷射孔道（9），内部喷射孔道（9）的一端与中心排砂通道（8）连通，另一端与花键套（4）和钎头本体（6）之间的间隙（15）处连通，在钎头本体（6）上开有底部喷射孔道（12），底部喷射孔道（12）的一端与钎头本体（6）的底部连通，另一端与花键套（4）和钎头本体（6）之间的间隙（15）处连通。
3.根据权利要求1或2所述的自密封防掉反循环空气锤钎头，其特征在于：所述钎头本体（6）的下部大直径端的横断面为圆形，周围没有排屑槽，同时在大直径端外圆柱面开有2~3道凹形塑性密封槽（13）。
4.根据权利要求2所述的自密封防掉反循环空气锤钎头，其特征在于：所述吸砂孔（14）是倾斜布置的，倾斜角度为30°。
5.根据权利要求2所述的自密封防掉反循环空气锤钎头，其特征在于：所述内部喷射孔道（9）是倾斜布置的，倾斜角度为45°。
6.根据权利要求2所述的自密封防掉反循环空气锤钎头，其特征在于：所述内部喷射孔道（9）和底部喷射孔道（12）各为六个，均在钎头本体（6）的径向方向上均匀分布。
7.根据权利要求1所述的自密封防掉反循环空气锤钎头，其特征在于：所述硬质合金齿（7）为球形硬质合金齿或锥形合金齿。
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