CN209145489U - 一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，包含有钻头支架(1)，所述钻头支架(1)的底面为刀盘(2)，所述刀盘(2)上安装有多个刀具；所述刀盘(2)上设置有多个长圆形结构的排渣口(2.1)，且长圆形结构的排渣口(2.1)沿刀盘(2)的径向交错布置，多个排渣口(2.1)随刀盘(2)旋转时扫过刀盘(2)正下方的整个作业面。本实用新型一种多排渣口大型钻头组合式钻具系统，排渣顺畅方便、钻孔效率高且使用寿命长。

Description

一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统

技术领域

本实用新型涉及一种钻具系统，尤其是涉及一种应用于海上风电基础钻孔施工的具有多个排渣口的超大型钻头和组合式钻具系统，属于海洋工程施工设备技术领域。

背景技术

目前，在海上风电单桩基础施工中，钻孔作业是十分关键的一环；其需要在向下钻进掘进的过程中通过泥浆将钻渣携带并及时排出，否则滞留于钻孔底部的钻渣将阻碍钻头的掘进；另外，常规的钻具系统还具有以下不足：

1、用于气举反循环的高压空气均由钻机驱动部导入，由于受限机械结构的制约，无法设计多气路独立式送风管，因此只能采用一根总管导入高压气体的方式；

2、双壁钻杆夹层内安装的风管采用焊接连接方式，由于是硬性连接，因此其抗疲劳破坏能力较差，而对于海洋施工的钻具系统来说，振动跳动摆动产生的冲击载荷较大，因此风管在与钻杆法兰盘焊接连接处因疲劳破坏发生断裂，导致漏气，减少泥浆的循环流量，影响钻杆的使用寿命。

3、常规的钻杆采用一处风源、一路管道。一路管道结构简单，但是其对应的多个吸收口阻力不一致，造成吸收能力有较大差别，对于阻力大的吸收口容易发生堵塞，从而影响排浆排渣效果；

为解决上述问题，本公司在2017年研发了申请号为201711129148.5的“一种海上施工用钻具系统”，但是，上述系统仍然采用传统钻头，而传统钻头采用一个排渣口的方式在实际使用中发现存在刀具磨损大、破岩效率低的问题；因为一个排渣口的关系，使得泥浆行进到刀盘排渣口的路程较长，从而增加了钻头刀具对钻渣的无效破碎，导致刀具磨损增加寿命缩短；同时，常规的钻头在面对不同的地质环境时，需要更换不同的刀具，如岩石层需用滚刀，粘土层需用刮刀，一旦遇到地质情况不明地层，需要根据钻进参数判断地质结构，适时更换刀具，因此严重影响施工效率。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种排渣顺畅方便、钻孔效率高且使用寿命长的海上施工用钻具系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，包含有钻头支架，所述钻头支架的底面为刀盘，所述刀盘上安装有多个刀具；所述刀盘上设置有多个长圆形结构的排渣口，且长圆形结构的排渣口沿刀盘的径向交错布置，多个排渣口随刀盘旋转时扫过刀盘正下方的整个作业面。

本实用新型一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，所述钻头支架内设置有多根排渣管一，所述排渣管一的底部截面为长圆形结构，且排渣管一的底部与长圆形结构的排渣口相连通，排渣管一由底部往上截面渐变直至达到顶部时截面为圆形结构，且排渣管一底部的长圆形结构的面积等于顶部圆形结构的面积。

本实用新型一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，所述刀具包含有滚刀、刮刀和边刀，多个滚刀和多个刮刀交错排布于一与刀盘同心设置的环面上，且刮刀的刃口高于滚刀最低端；所述边刀包含有斜向设置的刀架、以及斜向外安装于刀架上的滚刀。

本实用新型一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，所述系统包含有多根钻杆，多根钻杆竖向串联构成钻杆组件，动力头驱动钻杆组件旋转；位于钻杆组件最底部一级的钻杆连接于过渡接头的顶部，所述过渡接头的底部经由导向段和联接筒与混合联接筒相连接；导向段的外壁上通过轴承套装有环状支撑架，混合联接筒底部连接有钻头支架上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型具有背景技术中本公司原申请的优点：利用配风装置中的配风轴和配风套的配合设计，使得风管分别经由配风轴的侧面和顶部导入，从而简单方便的增加了独立气源，从而可以安装更多独立的风管；直列风管的上下两端均活动插入滑动外筒内，因此在作业过程中具有滑移抗疲劳的作用，有效的避免因刚性连接产生的疲劳应力，防止风管与钻杆之间发生开裂漏气；采用多根排渣支管独立作业，相互之间互不干涉和影响，在混合均匀后再一起混流到一根排渣管内排出，从而使得整个返浆排渣过程中压力分配均匀，提高返浆排渣效果。

此外，通过对钻头的重新设计，利用多个交错设置的排渣口对刀盘下方的作业面形成全覆盖，从而加快了对泥浆渣的排出，无论何处的泥浆均可及时通过附近的排渣口快速导出，从而降低了泥浆与刀具之间的无效磨损，延长了钻头刀具的使用寿命；同时，同一刀盘的同心环面上同时设置滚刀和刮刀，并且设计了不同的安装高度，使得面对不同的地质情况时，均能够快速的应对，无需停机更换刀具。

附图说明

图1为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统的结构示意图。

图2为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统中的钻头的结构示意图。

图3为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统的钻杆的结构示意图。

图4为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统的图3的局部放大图。

图5为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统的过渡接头的结构示意图。

图6为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统的混合联接筒的结构示意图。

图7为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统的图6的A-A剖视图。

图8为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统的图7的B-B剖视图。

图9为本实用新型一种一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统的刀盘的结构示意图。

其中：

钻头支架1、刀盘2、环状支撑架3、轴承4、钻杆5、过渡接头6、导向段7、联接筒8、混合联接筒9；

排渣管一1.1；

排渣口2.1、滚刀2.2、刮刀2.3、边刀2.4、

外筒5.1、上法兰5.2、下法兰5.3、上固定盘5.4、下固定盘5.5、穿孔5.6、直列风管5.7、滑动外筒5.8、密封圈5.9、排渣管二5.10；

连接锥筒6.1、上小法兰盘6.2、下大法兰盘6.3、过渡风管6.4、排渣管三6.5、排渣支管一6.6、排渣连接锥管6.7；

上法兰盘9.1、下法兰盘9.2、排渣支管二9.3、末端风管9.4、加强筋板9.5、进气套9.6、进气孔9.7。

具体实施方式

参见图1～9，本实用新型涉及的一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，包含有钻头支架1，所述钻头支架1的底面为刀盘2，所述刀盘2上安装有多个刀具；所述刀盘2上设置有多个长圆形结构的排渣口2.1，且长圆形结构的排渣口2.1沿刀盘2的径向交错布置，多个排渣口2.1随刀盘2旋转时扫过刀盘2正下方的整个作业面；所述钻头支架1内设置有多根排渣管一1.1，所述排渣管一1.1的底部截面为长圆形结构，且排渣管一1.1的底部与长圆形结构的排渣口2.1相连通，排渣管一1.1由底部网上截面渐变直至达到顶部时截面为圆形结构，且排渣管一1.1底部的长圆形结构的面积等于顶部圆形结构的面积，从而使得吸入排渣管一1.1的泥浆等体积导出；

所述刀具包含有滚刀2.2、刮刀2.3和边刀2.4，多个滚刀2.2和多个刮刀2.3交错排布于一与刀盘2同心设置的环面上，且刮刀2.3的刃口高于滚刀2.3最低端；使用时，利用滚刀2.2破碎硬度较高的岩体，当遇到粘性地质层时，粘性物质被滚刀2.2带起后可由后续旋转赶上来的刮刀2.3切割撕裂，从而保证应对各种不同的地质层；所述边刀2.4包含有斜向设置的刀架、以及斜向外安装于刀架上的滚刀；从而避免钻孔边缘的岩石对刀架造成卡滞、甚至损伤；

所述系统还包含有多根钻杆5，多根钻杆5竖向串联构成钻杆组件，动力头驱动钻杆组件旋转；位于钻杆组件最底部一级的钻杆5连接于过渡接头6的顶部，所述过渡接头6的底部经由导向段7和联接筒8与混合联接筒9相连接；导向段7的外壁上通过轴承4套装有环状支撑架3，混合联接筒9底部连接有钻头支架1，所述钻头支架1的底面为刀盘2，所述刀盘2上安装有多个刀具；所述刀盘2上设置有多个长圆形结构的排渣口2.1，且长圆形结构的排渣口2.1沿刀盘2的径向交错布置，多个排渣口2.1随刀盘2旋转时扫过刀盘2正下方的整个作业面；

所述钻杆5包含有外筒5.1，所述外筒5.1的顶部和底部分别安装有上法兰5.2和下法兰5.3，所述上法兰5.2和下法兰5.3内分别嵌置有上固定盘5.4和下固定盘5.5，所述上固定盘5.4和下固定盘5.5之间竖向穿接有排渣管二5.10，所述上固定盘5.4和下固定盘5.5上分别设置有多个穿孔5.6，穿孔5.6内穿接有直列风管5.7，

优选的，所述上固定盘5.4的下底面和下固定盘5.5的上底面上均对应固定设置有多个滑动外筒5.8，上述直列风管5.7的顶部和底部插置于滑动外筒5.8内；且直列风管5.7的外壁与滑动外筒5.8的内壁之间设置有密封圈5.9；从而使得直列风管5.7与上固定盘5.4的下底面和下固定盘5.5之间不是刚性连接，避免应力传递，防止开裂漏气；

进一步的，位于钻杆组件最顶部的钻杆5通过上法兰5.2固定连接至配风轴3上，位于钻杆组件最底部的钻杆5通过下法兰5.3固定连接至过渡接头6的上小法兰盘6.2上；

进一步的，所述过渡接头6包含有上小法兰盘6.2和下大法兰盘6.3，连接锥筒6.1的上开口端固定连接于上小法兰盘6.2上，小开口端固定连接于下大法兰盘6.3上，所述上小法兰盘6.2和下大法兰盘6.3之间穿接有多根过渡风管6.4，多根过渡风管6.4的顶部与位于钻杆组件最底部的钻杆5内的多根直列风管5.7一一对应且相连通，连接锥筒6.1内设置有排渣管三6.5、排渣支管一6.6和排渣连接锥管6.7，所述排渣管三6.5的顶部连接于上小法兰盘6.2上，且排渣管三6.5与位于钻杆组件最底部的钻杆5内的排渣管二5.10相连通，多根排渣支管一6.6的底部连接于下大法兰盘6.3上，且多根排渣支管一6.6顶部经排渣连接锥管6.7汇集连通至排渣管三6.5；

即排渣支管一6.6的顶部连通至排渣连接锥管6.7的底部大头段，所述排渣连接锥管6.7的顶部小头端连通至排渣管三6.5；

进一步的，所述过渡风管6.4穿过联接筒8后连通至混合联接筒9内穿接的末端风管9.4，多根排渣支管一6.6分别穿过联接筒8后连通至混合联接筒9内的排渣支管二9.3；

所述混合联接筒9包含有上法兰盘9.1和下法兰盘9.2，所述上法兰盘9.1和下法兰盘9.2之间连接有多块加强筋板9.5，设置于上法兰盘9.1和下法兰盘9.2之间的多根排渣支管二9.3的顶部分别与多根排渣支管一6.6相对应连通，穿接于上法兰盘9.1上的多根末端风管9.4与过渡风管6.4相连通；所述排渣支管二9.3的底部外壁上套装有进气套9.6，所述排渣支管二9.3的底部设置有多个进气孔9.7，通过进气孔9.7使得排渣支管二9.3内的管腔与进气套9.6内的腔体相连通，所述进气套9.6与末端风管9.4相连通，从而导入高压进气经由进气套9.6和进气孔9.7进入排渣支管二9.3内与泥浆混合；排渣支管二9.3的底部与排渣管一1.1相连通，且排渣支管二9.3与排渣管一1.1一一对应匹配相连；

本实用新型的钻孔步骤为：

环状支撑架的外壁与钻孔的孔壁相接触，高压气体分别通过多根风管竖向导入到钻杆的底部，每根风管分别与一竖向设置的排渣支管相连通，通入排渣支管内的高压气体与管内的泥浆混合后向上排出，并且多根排渣支管在过渡接头内部汇集至同一排渣管后统一向上排出；

另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，其特征在于：包含有钻头支架(1)，所述钻头支架(1)的底面为刀盘(2)，所述刀盘(2)上安装有多个刀具；所述刀盘(2)上设置有多个长圆形结构的排渣口(2.1)，且长圆形结构的排渣口(2.1)沿刀盘(2)的径向交错布置，多个排渣口(2.1)随刀盘(2)旋转时扫过刀盘(2)正下方的整个作业面。

2.如权利要求1所述一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，其特征在于：所述钻头支架(1)内设置有多根排渣管一(1.1)，所述排渣管一(1.1)的底部截面为长圆形结构，且排渣管一(1.1)的底部与长圆形结构的排渣口(2.1)相连通，排渣管一(1.1)由底部网上截面渐变直至达到顶部时截面为圆形结构，且排渣管一(1.1)底部的长圆形结构的面积等于顶部圆形结构的面积。

3.如权利要求1所述一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，其特征在于：所述刀具包含有滚刀(2.2)、刮刀(2.3)和边刀(2.4)，多个滚刀(2.2)和多个刮刀(2.3)交错排布于一与刀盘(2)同心设置的环面上，且刮刀(2.3)的刃口高于滚刀(2.3)最低端；所述边刀(2.4)包含有斜向设置的刀架、以及斜向外安装于刀架上的滚刀。

4.如权利要求1所述一种多排渣口大型钻头的组合式钻具系统，其特征在于：所述系统包含有多个钻杆(5)，多个钻杆(5)竖向串联构成钻杆组件，动力头驱动钻杆组件旋转；位于钻杆组件最底部一级的钻杆(5)连接于过渡接头(6)的顶部，所述过渡接头(6)的底部经由导向段(7)和联接筒(8)与混合联接筒(9)相连接；导向段(7)的外壁上通过轴承(4)套装有环状支撑架(3)，混合联接筒(9)底部连接于钻头支架(1)上。