CN210439970U - 一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，涉及水文地质勘察钻探设备技术领域，包括：金刚石钻头，与金刚石钻头的接头连接的单动套管，安装在单动套管上的钻杆，以及安装在金刚石钻头内壁的滚轮组件；滚轮组件包括与金刚石钻头内壁连接的滚轴，在滚轴上通过轴承安装的滚轮，以及滚轮上设置的钻齿。在破碎地层快速钻进取芯时能减少取芯次数，提高取芯率，加快钻进速度。

Description

一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头

技术领域

本实用新型属于岩土工程勘察领域，涉及一种钻探钻头，具体涉及一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头。

背景技术

我国有些地区尤为干旱而且干旱季节持续时间长，当地对地下水的开采需求也相应增加。尤其是在高原地区，工程地质及水文地质条件均很复杂，对地下水的开发技术要求也很高，有些地区水文凿井深度达3000多米，这对凿井钻探工程的钻探技术及钻头都带了很大的困难和挑战。

在很多破碎地层的水文工程的钻探凿井施工过程中，一般采用常规的工艺及钻头，经常出现质量安全事故。因破碎地层一般层理和节理比较发充、地层产状变化较大，地层的岩石或上体软硬不均，弹塑性和水溶性变化较大，断层、裂隙发育，施工中常遇到坍塌、掉块等现象，造成钻孔弯曲、卡钻、夹钻、钻进困难、取芯率低等质量事故。同时，水文凿井工程一般凿井深度比较深，达200m左右，而每钻进1.0～2.0m取进行取芯，在钻进到100m以后，每次提钻取芯及再次下钻的一个循环往往需要1个小时左右，这大大降低了效率，使综合钻进速度减慢。

实用新型内容

本实用新型克服现有钻探钻具的不足，提供一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，目的在于在破碎地层能通过滚轮组件的钻齿作用，减少取芯次数，提高取芯率，加快钻进速度。

为解决上述问题，本实用新型的第一方面提供了一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，包括：金刚石钻头，与金刚石钻头的接头连接的单动套管，安装在单动套管上的钻杆，以及安装在金刚石钻头内壁的滚轮组件；滚轮组件包括与金刚石钻头内壁连接的滚轴，在滚轴上通过轴承安装的滚轮，以及滚轮上设置的钻齿。其中轴承可以选用滑动轴承，当使用滚动轴承时可以在滚轴与滚轮之间安装挡泥圈来保护轴承。

更进一步的技术方案是，滚轮为圆台状；滚轴上对称安装有两个滚轮，两个滚轮上底面内嵌轴承，两个滚轮的上底面相对。其中滚轮可以为金刚石材料制成。

更进一步的技术方案是，钻齿为若干个，均匀分布安装安装在两个滚轮的表面上。

更进一步的技术方案是，滚轮上底面直径50mm，下底面直径60mm，内径为22mm。其中滚轮的尺寸还可以根据金刚石钻头的尺寸进行适应性调整。

更进一步的技术方案是，滚轴的两个端头固定连接于金刚石钻头的内壁。

更进一步的技术方案是，滚轴穿过并垂直于金刚石钻头的轴线。

更进一步的技术方案是，金刚石钻头的直径为91mm～150mm。其中金刚石钻头的直径还可以小于91mm或大于150mm，但是当金刚石钻头的直径还小于91mm时滚轮绕滚轴的旋转变得困难，金刚石钻头的直径当大于150mm时滚轴受力较大容易弯折。

更进一步的技术方案是，单动套管通过丝扣与金刚石钻头连接，单动套管的直径为91mm～150mm。其中单动套管的直径根据金刚石钻头的直径进行确定。通过丝扣进行连接容易拆装和更换，连接也十分牢固。

更进一步的技术方案是，滚轴为圆柱形，长度为90～148mm，直径为 20mm。其中滚轴的长度有金刚石钻头内径决定，使滚轴能够安装在金刚石钻头内部，且滚轴的轴线与金刚石钻头的截面平行，在滚轴随金刚石钻头旋转时滚轴能在一水平面内旋转。

更进一步的技术方案是，滚轴与滚轮之间还安装有挡泥圈，挡泥圈设置在轴承外侧；出水口为齿状结构。

本实用新型的原理为：在使用时，通过钻杆的钻动，带动金刚石钻头转动，并通过滚轴将扭转力传至滚轮内嵌轴承，通过轴承实现两个滚轮随滚轴绕金刚石钻头轴线的转动，并且钻头还具有向下的压力，因此两个滚轮与破碎地层之间具有摩擦力。钻杆具有中空结构，在使用时同时从钻杆中向金刚石钻头通入高压水，高压水流从金刚石钻头的出水口中冲出。滚轴与滚轮之间还可以安装轴承，通过轴承实现滚轮的滚动，滚轮与破碎地层之间的摩擦力大于滚轮与滚轴之间的摩擦力，因此滚轮在工作时会绕滚轴转动，其中两个滚轮绕滚轴转动的方向相反。滚轮上安装的钻齿对破碎地层进行钻进和磨碎，磨碎后的岩层小颗粒部分经高压水流返至自然地面，粗颗粒部分进入钻头内，这样每钻进10～20m，才需要进行一次取芯。

本实用新型的一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头的施工步骤如下：

(1)对施工场区进行地质调查，初步判断工程地质条件及水文地质条件，确定凿井位置；

(2)选择合适的钻机设备，确定钻机的金刚石钻头尺寸；

(3)选择与金刚石钻头尺寸相匹配的滚轮组件，组合滚轮组件；

(4)将刚石钻头通过丝扣与单动套管拧扣连接，钻进就位。

(5)连续钻进至破碎地层时，将滚轮组件中的滚轴两端焊接在金刚石钻头内壁，下钻；

(6)左右两个滚轮正反旋转，钻齿磨碎破碎岩层，小颗粒部分岩碎粒通过高压水流返至自然地面，大颗粒部分岩碎粒进入钻头内，每10m～20m进行一次取芯。

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)在破碎地层时可以有效的避免出现夹钻、卡钻的情况，可以较长时间的持续钻进。

(2)滚轮磨碎的岩碎粒小颗粒通过高压水流返至自然地平，粗颗粒部分进入钻头内，进入钻头内颗粒少且不易掉落，可以每10～20m进行一次取芯，大大减少取芯次数，提高取芯率，综合提高钻进速度，缩短工期。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例1的金刚石钻头示意图；

图3是根据本实用新型实施例1的滚轮组件示意图；

图4是根据本实用新型实施例1的使用示意图；

图5是根据本实用新型实施例1的滚轮组件剖面图。

附图标记：

1：金刚石钻头；2：单动套管；3：钻杆；4：滚轮组件；5：丝扣；6：自然地面；7：破碎地层；8：岩碎粒；9：高压水流；10：水井井壁；11：出水口；41：滚轴；42：滚轮；43：钻齿；44：轴承；45：挡泥圈。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例1

如图1至图4所示，一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，包括：金刚石钻头1，单动套管2，钻杆3和滚轮组件4。单动套管2通过丝扣5与金刚石钻头1的接头连接，钻杆3安装在单动套管2上，滚轮组件4 安装在金刚石钻头1内壁中。其中金刚石钻头1的外径为91mm，单动套管2 的直径为91mm。

滚轮组件4包括滚轴41、两个滚轮42和四个轴承44。滚轴41为圆柱形，长度为90mm，直径为20mm，滚轴41的两个端头焊接于金刚石钻头1的内壁，滚轴41穿过并垂直于金刚石钻头1的轴线。滚轮42为圆台状，上底面直径 50mm，下底面直径60mm，内径为22mm。两个滚轮42通过轴承44对称安装在滚轴41上，其中两个滚轮42的上底面相对，形成沙漏形状，滚轮42的侧面上安装钻齿43。滚轮42两侧安装有如图5所示的挡泥圈45，挡泥圈45安装在滚轴41上，能够防止钻头在工作时泥沙进入滚轴41和滚轮42之间。

在使用时，先对施工场区进行地质调查，初步判断工程地质条件及水文地质条件，确定凿井位置。再选择合适的钻机设备，确定钻机的金刚石钻头 1尺寸；选择与金刚石钻头1尺寸相匹配的滚轮组件4，组合滚轮组件4，尺寸如上文所述；将刚石钻头通过丝扣5与单动套管2拧扣连接，钻进就位后打开钻机。

钻头连续钻进至破碎地层7时，将钻头退出钻孔，再将滚轮组件4中的滚轴41两端焊接在金刚石钻头1内壁，再下钻；如图4所示的滚轮42随滚轴41进行顺时针旋转，同时左滚轮绕滚轴41进行顺时针旋转，而右滚轮绕滚轴41进行逆时针旋转。在下钻时，从钻杆3通入高压水流9，高压水流经过钻杆3和单动套管2进入金刚石钻头1内部，在经过金刚石钻头1的出水口11流出，最终高压水流9通过钻头与水井井壁10之间的夹缝返至自然地面6。滚轮42上的钻齿43在旋转的过程中磨碎破碎岩层7，小颗粒部分岩碎粒8随着高压水流9一起返至自然地面6，大颗粒部分岩碎粒8进入钻头内，每10m～20m进行一次取芯。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，包括：金刚石钻头(1)，与所述金刚石钻头(1)的接头连接的单动套管(2)，安装在所述单动套管(2)上的钻杆(3)，以及安装在所述金刚石钻头(1)内壁的滚轮组件(4)；所述滚轮组件(4)包括与所述金刚石钻头(1)内壁连接的滚轴(41)，通过轴承(44)安装在所述滚轴(41)上的滚轮(42)，以及所述滚轮(42)上设置的钻齿(43)。

2.根据权利要求1所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述滚轮(42)为圆台状；所述滚轴(41)上对称安装有两个所述滚轮(42)，两个所述滚轮(42)上底面内嵌轴承(44)，两个所述滚轮(42)的上底面相对。

3.根据权利要求2所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述钻齿(43)为若干个，均匀分布安装在两个所述滚轮(42)的表面上。

4.根据权利要求3所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述滚轮(42)上底面直径50mm，下底面直径60mm，内径为22mm。

5.根据权利要求1所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述滚轴(41)的两个端头固定连接于所述金刚石钻头(1)的内壁。

6.根据权利要求5所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述滚轴(41)穿过并垂直于所述金刚石钻头(1)的轴线。

7.根据权利要求1所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述金刚石钻头(1)的直径为91mm～150mm。

8.根据权利要求1所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述单动套管(2)通过丝扣(5)与所述金刚石钻头(1)连接，所述单动套管(2)的直径为91mm～150mm。

9.根据权利要求1所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述滚轴(41)为圆柱形，长度为90～148mm，直径为20mm。

10.根据权利要求2所述的能在破碎地层快速钻进取芯的水文钻机钻头，其特征在于，所述滚轴(41)与所述滚轮(42)之间还安装有挡泥圈(45)，所述挡泥圈(45)设置在所述轴承(44)外侧；所述金刚石钻头(1)的底部为出水口(11)，所述出水口(11)为齿状结构。

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