CN209444331U - 自动式水力开采钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于钻孔水力开采的钻具，尤其涉及一种自动式水力开采钻具，包括顶端盖、单动轴承、保护管、底端盖、高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统；该自动式水力开采钻具，水枪伸出角度调节自由，可根据设计控制水枪喷嘴与矿层的距离，避免淹没射流造成高压水能量急剧减弱的问题，从而达到提高高压水射流的能量利用率的目的，最终提高开采效率；同时，可按所需设置水枪伸出参数，实现在水力开采过程中，水枪按设计参数自动伸出，从而简化钻孔水力开采的工序，降低操作人员的劳动强度。

Description

自动式水力开采钻具

技术领域

本实用新型涉及一种适用于钻孔水力开采的钻具，尤其涉及一种自动式水力开采钻具。

背景技术

钻孔水力开采技术是先在目标区钻孔，然后将高压水枪放置在钻孔内目标矿层深度处，利用高压射出的高速流体携带的能量破碎岩石，最后破碎的岩石与钻井液形成固液混合物，由地表装置抽吸至地表，然后对矿浆进行分离提取矿物的开采方法。钻孔水力开采技术具有开采成本低、生产效率高、对周围环境影响小等优点。传统的水力开采钻具其高压水喷嘴固定在钻具外壁，喷嘴位置不可移动，在矿层破碎区的半径逐渐变大的过程中，高压水喷出后受到的破碎区内钻井液及矿渣的阻力也随之增大，导致高压水破碎岩石的能量急剧降低，极大地降低了水力开采的生产效率。

为了解决上述问题，现有的专利文献“CN104018840A”公开了一种基于棘爪锁紧机构的伸缩水枪，但该水枪只能在水枪张开至最大角度时，才能通过解卡装置解卡，收回水枪。“CN104005767A”公开了一种用于钻孔水力开采的电控伸缩钻具，但该钻具远程控制技术还不完善，步进电机和减速器、控制器工作环境恶劣，密封环境不容易散热，伸缩部位处于矿浆环境下工作，密封要求高，易损坏。“CN203961980U”公开了一种基于弹簧卡头控制的伸缩水枪，但该水枪在有钻井液的条件下工作时，夹紧力不够，水枪固定不可靠，而且在水枪未伸出至最大角度时，水枪无法收回；另外，上述水枪伸缩式水力开采钻具均需地表操作实现水枪的伸出，这增加了钻孔水力开采技术的工序，增加了操作人员的劳动强度，因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术方问题是：提供了一种自动式水力开采钻具，在水力开采的过程中，可按所需设置水枪伸出参数，实现在水力开采过程中，水枪按设计参数自动伸出的目的。

本实用新型采用如下的技术方案：自动式水力开采钻具，其特征在于，包括：顶端盖、单动轴承、保护管、底端盖、高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统；

所述保护管为两端敞口的空心圆柱，并在保护管的侧壁上设有呈轴向布置的开口，保护管的顶端与钻杆柱螺纹连接；

所述顶端盖设置在保护管上部；

所述单动轴承的外圈通过轴承座固定在顶端盖上，单动轴承的内圈与保护管连接；

所述底端盖与保护管的底端螺纹连接；

所述高压水输送系统包括第一高压水管、高压旋转接头、第二高压水管、直角接头、水枪高压旋转接头及水枪，第一高压水管的顶端穿过顶端盖与地表高压水源管道密封连接，同时第一高压水管固定在顶端盖上，第一高压水管的底端与高压旋转接头的进水口密封连接；第二高压水管的顶端与高压旋转接头的出水口密封连接，第二高压水管的底端与直角接头的进水口密封连接；直角接头的出水口与水枪高压旋转接头的进水口密封连接，水枪高压旋转接头的出水口与水枪密封连接；

所述水枪伸缩系统设置在保护管内，水枪伸缩系统包括固定板、拉伸板、连杆、顶杆、滑动板、橡胶套、滚珠、拉杆、齿盘及齿轮，固定板焊接在第一高压水管上；顶杆的顶端通过销键与焊接在水枪上的卡槽枢接，顶杆的底端通过销键与焊接在滑动板上的卡槽枢接；所述橡胶套嵌入与其形状相适配且设置于保护管下部的环形卡槽内，橡胶套的内侧壁上均布有环形槽；滑动板与橡胶套同轴设置，且滑动板能够沿橡胶套的轴向运动，滑动板与橡胶套之间保持静止时，滑动板的边缘嵌置在橡胶套的环形槽内；拉伸板套设在第二高压水管上，拉伸板能够相对第二高压水管上下运动，拉伸板的下行程由设置在第二高压水管底端的限位片控制；拉伸板通过连杆与滑动板相连，拉伸板的上表面设置有环形滑槽，且在该环形滑槽内设置有滚珠；拉杆上沿轴向等间隔均匀开设有矩形槽，拉杆的下端连接在滚珠上，拉杆的上端为自由端，拉杆的自由端穿过开设在固定板上的预留孔向上延伸；齿盘安装在位于保护管内侧壁的卡槽内；齿轮与齿盘的啮合区通过啮合方式连接，齿轮的一端焊接有齿轮盘，并在齿轮盘上焊接有拨动杆，拨动杆与拉杆上的矩形槽啮合；

所述排渣系统包括排渣管，所述排渣管的底端位于拉伸板上方，排渣管的顶端依次穿过齿盘、固定板和顶端盖上的预留孔向上延伸，同时排渣管固定在顶端盖上。

所述的自动式水力开采钻具，其特征在于：还包括齿轮固定套，所述齿轮固定套的下端套在齿轮的齿轮轴上，齿轮固定套上端与固定板螺纹连接。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：本实用新型提供的自动式水力开采钻具，水枪伸出角度调节自由，可根据设计控制水枪喷嘴与矿层的距离，避免淹没射流造成高压水能量急剧减弱的问题，从而达到提高高压水射流的能量利用率的目的，最终提高开采效率；同时，可按所需设置水枪伸出参数，实现在水力开采过程中，水枪按设计参数自动伸出，从而简化钻孔水力开采的工序，降低操作人员的劳动强度。

附图说明

图1是本实用新型自动式水力开采钻具整体结构示意图。

图2是本实用新型自动式水力开采钻具装配图一。

图3是本实用新型自动式水力开采钻具装配图二。

图4是图3中B处放大示意图。

图5是本实用新型自动式水力开采钻具装配图三。

图6是图5中C处放大示意图。

图中各标记如下：1-顶端盖，2-导向套，3-排渣管，4-固定板，5-第一高压水管，6-高压旋转接头，7-第二高压水管，8-拉伸板，9-连杆，10-直角接头，11-水枪高压旋转接头，12-水枪，13-顶杆，14-滑动板，15-橡胶套，16-滚珠，17-拉杆，18-齿盘，19-齿轮，20-齿轮固定套，21-单动轴承，22-保护管，23-底端盖。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

如图1至图6所示，本实用新型提出的自动式水力开采钻具，其特征在于，包括：顶端盖1、单动轴承21、保护管22、底端盖23、高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统；

所述保护管22为两端敞口的空心圆柱，并在保护管22的侧壁上设有呈轴向布置的开口，保护管22的顶端与钻杆柱螺纹连接，钻杆柱转动时带动保护管22与其同步转动；

所述顶端盖1设置在保护管22上部；

所述单动轴承21的外圈通过轴承座固定在顶端盖1上，单动轴承21的内圈与保护管22连接，从而实现保护管22转动时顶端盖1保持不动；

所述底端盖23与保护管22的底端螺纹连接；

所述高压水输送系统包括第一高压水管5、高压旋转接头6、第二高压水管7、直角接头10、水枪高压旋转接头11及水枪12，第一高压水管5的顶端穿过顶端盖1与地表高压水源管道密封连接，同时第一高压水管5固定在顶端盖1上，第一高压水管5的底端与高压旋转接头6的进水口密封连接；第二高压水管7的顶端与高压旋转接头6的出水口密封连接，第二高压水管7的底端与直角接头10的进水口密封连接；直角接头10的出水口与水枪高压旋转接头11的进水口密封连接，水枪高压旋转接头11的出水口与水枪12密封连接；该自动式水力开采钻具工作时，地表高压水依次经第一高压水管5、高压旋转接头6、第二高压水管7、直角接头10、水枪高压旋转接头11流入水枪12，从水枪12的喷嘴高速喷出，实现对岩石的破碎。

所述水枪伸缩系统设置在保护管22内，水枪伸缩系统包括固定板4、拉伸板8、连杆9、顶杆13、滑动板14、橡胶套15、滚珠16、拉杆17、齿盘18及齿轮19，固定板4焊接在第一高压水管5上；顶杆13的顶端通过销键与焊接在水枪12上的卡槽枢接，顶杆13的底端通过销键与焊接在滑动板14上的卡槽枢接；所述橡胶套15嵌入与其形状相适配且设置于保护管22下部的环形卡槽内，橡胶套15的内侧壁上均布有环形槽；滑动板14与橡胶套15同轴设置，且滑动板14能够沿橡胶套15的轴向运动，滑动板14与橡胶套15之间保持静止时，滑动板14的边缘嵌置在橡胶套15的环形槽内；拉伸板8套设在第二高压水管7上，拉伸板8能够相对第二高压水管7上下运动，拉伸板8的下行程由设置在第二高压水管7底端的限位片控制；拉伸板8通过连杆9与滑动板14相连，拉伸板8的上表面设置有环形滑槽，且在该环形滑槽内设置有滚珠16；拉杆17上沿轴向等间隔均匀开设有矩形槽，拉杆17的下端连接在滚珠16上，拉杆17的上端为自由端，拉杆17的自由端穿过开设在固定板4上的预留孔向上延伸；齿盘18安装在位于保护管22内侧壁的卡槽内；齿轮19与齿盘18的啮合区通过啮合方式连接，齿轮19的一端焊接有齿轮盘，并在齿轮盘上焊接有拨动杆，拨动杆与拉杆17上的矩形槽啮合；该自动式水力开采钻具工作时，在钻杆柱的带动下，保护管22随钻杆柱顺时针转动，从而带动齿盘18顺时针转动，当齿盘18转至与齿轮19的啮合区时齿轮19顺时针转动转动，齿轮19上的拨动杆拨动拉杆17向上运动一定距离，在拉杆17的带动下，拉伸板8上移相同距离，从而由连杆9带动滑动板14上移，此时，安装在滑动板14上的顶杆13支撑水枪12向外伸出一定角度，当齿盘18转过啮合区时，齿轮19保持不转，拉杆17停止向上运动，在橡胶套15的作用下，滑动板14轴向保持不动，从而固定水枪12的伸出角度，当齿盘18转至啮合区时，重复上述运动；在钻具转动过程中，由于保护管22与顶端盖1之间连有单动轴承21，所以在保护管22转动过程中，顶端盖1及连接在顶端盖1上的第一高压水管5、排渣管3不随之转动，由于拉伸板8上开有环形滑槽，在拉伸板8随保护管22转动时，连接在拉杆17上的滚珠16在环形滑槽内滑动，从而保证了拉杆17不随拉伸板8转动。

所述排渣系统包括排渣管3，所述排渣管3的底端位于拉伸板8上方，排渣管3的顶端依次穿过齿盘18、固定板4和顶端盖1上的预留孔向上延伸，同时排渣管3固定在顶端盖1上；在水力开采的过程中，破碎的岩屑由钻井液携带经排渣管3返排到地表。

本实用新型的具体工作过程：

水枪12伸出及固定：在完成水力开采所需的钻孔后，将该自动式水力开采钻具下放至孔底，在钻杆柱的带动下，保护管22随之顺时针转动，从而带动齿盘18顺时针转动，当齿盘18转至与齿轮19的啮合区时，齿轮19顺时针转动，齿轮19的拨动杆拨动拉杆17向上运动一定距离，在拉杆17的带动下，拉伸板8上移相同距离，从而由连杆9带动滑动板14上移，此时，安装在滑动板14上的顶杆13支撑水枪12向外伸出一定角度，当齿盘18转过啮合区时，齿轮19保持不转，拉杆17停止向上运动，在橡胶套15的作用下，滑动板14轴向保持不动，从而固定水枪12的伸出角度，当齿盘18转至啮合区时，重复上述运动；由于保护管22与顶端盖1之间连有单动轴承21，所以在保护管22转动过程中，顶端盖1及连接在顶端盖上1的第一高压水管5、排渣管3不随之转动，由于拉伸板8上开有环形滑槽，在拉伸板8随保护管22转动时，连接在拉杆17上的滚珠16在环形滑槽内滑动，从而保证了拉杆17不随拉伸板8转动；通过调整齿轮19与齿盘18上啮合区的大小或钻杆柱回转速度的大小，即可实现水枪12的伸出速度，通过齿轮19与齿盘18的啮合关系及钻杆柱的转数，可从地表计算得到滑动板14的上移距离，从而得到水枪12的实时伸出状态。

水枪12旋转喷射碎岩：地表高压水源经第一高压水管5、高压旋转接头6、第二高压水管7、直角接头10、水枪高压旋转接头11流入水枪12，从水枪12的喷嘴高速喷出，同时，在保护管22的带动下，第二高压水管7、拉伸板8、连杆9、直角接头10、水枪高压旋转接头11、水枪12、顶杆13、滑动板14和橡胶套15随之转动，从而实现水枪12旋转喷射碎岩；由于保护管22与顶端盖1之间连有单动轴承21，所以在保护管22转动过程中，顶端盖1及连接在顶端上1的第一高压水管5、排渣管3不随之转动，由于高压旋转接头6和滚珠16的作用，保证了第一高压水管5、拉杆17等部件不随保护管22转动，实现单动目的。

水枪12收回：当开采完成后或因孔内异常情况需要提钻时，需要将伸出的水枪12收回，此时，停止钻具转动，封闭井口，调低泥浆泵的排量，下放排渣管3使之与拉伸板8接触，此时，液体流通通道受阻，由于拉伸板8和滑动板14的半径均小于保护管22，所以，在压差的作用下，拉伸板8和滑动板14向下运动，在地表观察泵压，当泵压突然增大时，说明拉伸板8已经与焊接在第二高压水管7的限位片接触，即水枪12达到收回状态。

综上所述，本实用新型提出的自动式水力开采钻具优点如下：

1、本实用新型的自动式水力开采钻具的伸出角度由齿轮19、齿盘18和钻具转速配合控制，便于调节，一方面避免了淹没射流造成的高压水能量急剧减弱的问题；另一方面，增加了单个钻孔水力开采的区域，从而提高了钻孔水力开采的开采效率。

2、本实用新型的自动式水力开采钻具通过齿轮19、齿盘18等控制水枪12的伸出，无需在地表操作即可实现水枪12的伸出，可以简化水力开采的工序，降低操作人员的劳动强度。

3、本实用新型的自动式水力开采钻具可在任意时刻收回，当工程出现异常时，可以及时收回水枪，提升钻具，从而可增加该自动式水力开采钻具的可靠性和适用性。

Claims (2)

1.自动式水力开采钻具，其特征在于，包括：顶端盖(1)、单动轴承(21)、保护管(22)、底端盖(23)、高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统；

所述保护管(22)为两端敞口的空心圆柱，并在保护管(22)的侧壁上设有呈轴向布置的开口，保护管(22)的顶端与钻杆柱螺纹连接；

所述顶端盖(1)设置在保护管(22)上部；

所述单动轴承(21)的外圈通过轴承座固定在顶端盖(1)上，单动轴承(21)的内圈与保护管(22)连接；

所述底端盖(23)与保护管(22)的底端螺纹连接；

所述高压水输送系统包括第一高压水管(5)、高压旋转接头(6)、第二高压水管(7)、直角接头(10)、水枪高压旋转接头(11)及水枪(12)，第一高压水管(5)的顶端穿过顶端盖(1)与地表高压水源管道密封连接，同时第一高压水管(5)固定在顶端盖(1)上，第一高压水管(5)的底端与高压旋转接头(6)的进水口密封连接；第二高压水管(7)的顶端与高压旋转接头(6)的出水口密封连接，第二高压水管(7)的底端与直角接头(10)的进水口密封连接；直角接头(10)的出水口与水枪高压旋转接头(11)的进水口密封连接，水枪高压旋转接头(11)的出水口与水枪(12)密封连接；

所述水枪伸缩系统设置在保护管(22)内，水枪伸缩系统包括固定板(4)、拉伸板(8)、连杆(9)、顶杆(13)、滑动板(14)、橡胶套(15)、滚珠(16)、拉杆(17)、齿盘(18)及齿轮(19)，固定板(4)焊接在第一高压水管(5)上；顶杆(13)的顶端通过销键与焊接在水枪(12)上的卡槽枢接，顶杆(13)的底端通过销键与焊接在滑动板(14)上的卡槽枢接；所述橡胶套(15)嵌入与其形状相适配且设置于保护管(22)下部的环形卡槽内，橡胶套(15)的内侧壁上均布有环形槽；滑动板(14)与橡胶套(15)同轴设置，且滑动板(14)能够沿橡胶套(15)的轴向运动，滑动板(14)与橡胶套(15)之间保持静止时，滑动板(14)的边缘嵌置在橡胶套(15)的环形槽内；拉伸板(8)套设在第二高压水管(7)上，拉伸板(8)能够相对第二高压水管(7)上下运动，拉伸板(8)的下行程由设置在第二高压水管(7)底端的限位片控制；拉伸板(8)通过连杆(9)与滑动板(14)相连，拉伸板(8)的上表面设置有环形滑槽，且在该环形滑槽内设置有滚珠(16)；拉杆(17)上沿轴向等间隔均匀开设有矩形槽，拉杆(17)的下端连接在滚珠(16)上，拉杆(17)的上端为自由端，拉杆(17)的自由端穿过开设在固定板(4)上的预留孔向上延伸；齿盘(18)安装在位于保护管(22)内侧壁的卡槽内；齿轮(19)与齿盘(18)的啮合区通过啮合方式连接，齿轮(19)的一端焊接有齿轮盘，并在齿轮盘上焊接有拨动杆，拨动杆与拉杆(17)上的矩形槽啮合；

所述排渣系统包括排渣管(3)，所述排渣管(3)的底端位于拉伸板(8)上方，排渣管(3)的顶端依次穿过齿盘(18)、固定板(4)和顶端盖(1)上的预留孔向上延伸，同时排渣管(3)固定在顶端盖(1)上。

2.根据权利要求1所述的自动式水力开采钻具，其特征在于：还包括齿轮固定套(20)，所述齿轮固定套(20)的下端套在齿轮(19)的齿轮轴上，齿轮固定套(20)上端与固定板(4)螺纹连接。