CN212803060U - 钻孔内径向切槽装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型钻孔内径向切槽装置，包括由尾端壳体、中段壳体、前端壳体依次同轴密封连接而成的呈圆柱状的外壳，所述外壳内部中空形成容纳腔，所述中段壳体转动连接有刀片组件，所述尾端壳体安装于密封钻杆上，所述密封钻杆外接钻机及高压水泵，高压水经所述密封钻杆注入容纳腔内，所述容纳腔内设置有刀片开合控制组件，所述刀片开合控制组件沿所述外壳轴向往复运动控制所述刀片组件的张开或闭合。其目的是为了提供一种利用高压水控制刀片开合，切槽工艺简单、效率高、质量好且成本低的钻孔内径向切槽装置。

Description

钻孔内径向切槽装置

技术领域

本实用新型涉及通过形成裂隙或裂缝从井中开采油、气、水、可溶解或可熔化物质或矿物泥浆的方法或设备，特别是涉及一种钻孔内径向切槽装置。

背景技术

目前，煤矿采用水力压裂控制坚硬顶板冒落的案例越来越多，主要应用于工作面坚硬难跨顶板预裂，防止形成大面积顶板垮落造成安全隐患。煤矿顶板高压水力压裂技术是采用刀片人为地在钻孔中旋转切割一个径向缝槽，利用封孔器将此区域封堵后注入高压液体，使岩体沿切好的槽处致裂，钻孔径向切槽是形成定向水力压裂裂隙的有效方法。

当前水力压裂施工中，往往在同一个钻孔内不同深度进行“浅部”、“中部”、“深部”三次切缝和压裂作业。由于切槽刀自身结构限制，必须将刀体前端顶在钻孔的底部，依靠钻机提供沿轴向的推力才能将刀片打开。因此，施工时需先打孔至“浅部”待切槽的位置，退出钻杆换上切槽刀进行第一次切槽；之后退钻杆换钻头钻孔至“中部”待切槽区域，换切槽刀进行第二次切槽；然后再次退钻杆换钻头钻孔至“深部”待切槽区域，换切槽刀进行第三次切槽。施工过程中需多次退出钻杆切换切槽刀和钻头，作业过程繁琐，耗时耗力，而且，在已切槽的位置再向深处钻孔经常造成槽缝的质量不高、适应性差，这些因素均严重影响顶板高压水力压裂的施工效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种利用高压水控制刀片开合，切槽工艺简单、效率高、质量好且成本低的钻孔内径向切槽装置。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，包括由尾端壳体、中段壳体、前端壳体依次同轴密封连接而成的呈圆柱状的外壳，所述外壳内部中空形成容纳腔，所述中段壳体转动连接有刀片组件，所述尾端壳体安装于密封钻杆上，所述密封钻杆外接钻机及高压水泵，高压水经所述密封钻杆注入容纳腔内，所述容纳腔内设置有刀片开合控制组件，所述刀片开合控制组件沿所述外壳轴向往复运动控制所述刀片组件的张开或闭合。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述刀片开合控制组件包括微型油缸、顶杆、回刀推杆，所述顶杆沿径向与容纳腔密封连接，沿轴向的一端与微型油缸连接，另一端端部呈锥形，所述中段壳体上沿径向两端对称开设有一对长孔，所述刀片组件包括两个对称布置且打开后呈“V”字形的刀片，所述刀片转动连接于所述长孔内，所述回刀推杆滑动连接于中段壳体与前端壳体之间，所述刀片的固定端被夹持在端部与回刀推杆之间。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述回刀推杆包括粗端、细端，所述粗端位于中段壳体内，所述细端一端与粗端连接，另一端伸入前端壳体内且外部套设有弹簧，所述弹簧一端固定在粗端与细端连接处，另一端固定在所述容纳腔的前端内壁上。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述微型油缸包括缸筒及配套活塞，所述活塞靠近顶杆的一端开设凹槽，所述顶杆上设置有与所述凹槽适配的伸出部。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述缸筒靠近密封钻杆的一端开设进水孔，所述进水孔与所述容纳腔位于尾端壳体内的进水端连通，所述活塞与缸筒之间设置有密封组件。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述缸筒的外壁与尾端壳体的内壁螺纹连接，所述顶杆上沿径向向外伸出的凸缘与容纳腔内壁密封滑动连接，所述凸缘两侧分别形成周向间隙，所述尾端壳体内设置有与容纳腔连通的进水通道，所述顶杆内部设置有流道，所述进水通道、流道均与间隙A连通。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述刀片包括基体及焊接于其上的刀刃，所述基体上开设一通孔，所述长孔两侧各开设一销孔，所述圆柱销穿过所述通孔、销孔将所述刀片连接在所述长孔内。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述容纳腔的内壁设置有若干处阶梯面，所述顶杆及回刀推杆处的阶梯面上均装设有配套的挡圈螺母、防尘圈。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述中段壳体两端分别螺纹连接所述前端壳体、尾端壳体且连接处分别设置有O型密封圈a、O型密封圈b，所述凸缘与容纳腔内壁之间装设有O型密封圈c。

本实用新型钻孔内径向切槽装置，其中所述钻机与高压水泵之间的输水管路上安装有管路压力表。

本实用新型钻孔内径向切槽装置至少具有以下有益效果：

利用密封钻杆将本申请的切槽装置送入钻孔内，以高压水为动力，通过刀片开合控制组件控制切槽装置的刀片打开或闭合，适用于任意倾角钻孔内的切槽施工，而且无需多次退出密封钻杆切换刀片、钻头，大大简化了切槽工艺，提高了操作便利性，现场施工工程量显著减小，缩短了切槽时间，整体压裂施工效率明显提高，施工人工成本大大降低。同时，切槽效率高，切槽质量高，操作安全性也更高。而且，以高压水为动力打开刀片，根据岩石硬度调整水压大小，显著改善了切槽效果、提高了压裂效率。

下面结合附图对本实用新型的钻孔内径向切槽装置作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型钻孔内径向切槽装置的主视图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图2中B处的局部放大图；

图4为本实用新型钻孔内径向切槽装置中的刀片的主视图；

图5为本实用新型钻孔内径向切槽装置中的刀片的侧视图；

图6为本实用新型钻孔内径向切槽装置安装于密封钻杆上时的主视图；

图7为图6的C-C剖面图(水平方向箭头表示水流方向)；

图8为本实用新型钻孔内径向切槽装置的应用场景示意图。

具体实施方式

如图1至图8所示：

本实用新型钻孔内径向切槽装置包括呈圆柱状的外壳，该外壳由尾端壳体 2、中段壳体3、前端壳体6从左至右依次同轴密封连接而成，中段壳体3左右两端分别螺纹连接前端壳体6、尾端壳体2且连接处分别设置有O型密封圈a13、O型密封圈b15，保证了足够的气密性。尾端壳体2、中段壳体3、前端壳体6 内部均中空形成空腔单元，3个空腔单元相互连通使得外壳内部形成容纳腔，容纳腔内设置有刀片开合控制组件，刀片开合控制组件包括沿容纳腔轴向从左至右依次安装的微型油缸7、顶杆8、回刀推杆10，刀片开合控制组件沿外壳轴向往复运动控制刀片组件4的张开或闭合。

微型油缸7包括缸筒71及配套活塞72，缸筒71的外壁与尾端壳体2的内壁通过螺纹连接，方便活塞72和密封组件73的安装，同时旋紧的螺纹使得缸筒71左端面镶嵌的密封垫18被压紧，起到较好的密封作用。活塞72靠近顶杆 8的一端开设凹槽721，顶杆8上设置有与凹槽721适配的伸出部82，伸出部 82位于凹槽721内，二者配合实现了顶杆8沿轴向的左端与微型油缸7的活动连接。

顶杆8中部设有沿径向向外伸出的凸缘83，凸缘83与容纳腔内壁滑动连接，优选的，凸缘83与容纳腔内壁之间装设有O型密封圈c14，以此实现了二者之间的密封。

刀片组件4包括两个对称布置且打开后呈“V”字形的刀片40，刀片40包括基体41及焊接于其上的刀刃42，基体41上开设一通孔43，中段壳体3上沿径向上下两端对称开设有一对长孔31，长孔31沿中段壳体3轴向延伸，长孔 31前后两侧各开设一销孔，圆柱销5穿过销孔、通孔43将刀片40连接在长孔 31内，这样，该刀片40可围绕圆柱销5在长孔31内转动。优选的，基体41采用高强度工具钢，采用硬质合金制成的刀刃42焊接在基体41上，基体41强度高，切槽速度快，刀刃42耐磨，刀片40整体结构紧凑，既有足够韧性又有足够强度，使用寿命长。同时，刀片40的成本仅有市场上现有的同类产品成本的 1/5，经济实用。

回刀推杆10滑动连接于中段壳体3与前端壳体6之间，回刀推杆10包括粗端101、细端102，粗端101直径大于细端102，二者同轴一体成型。粗端101 位于中段壳体3内，细端102左端与粗端101连接，右端伸入前端壳体6内的空腔单元中，该右端外部套设有弹簧12，弹簧12一端固定在粗端101与细端 102连接处，另一端固定在前端壳体6内的空腔单元的右端内壁61上。

顶杆8沿轴向的右端端部81呈锥形，刀片40呈“L”形，刀片40的固定端(即“L”形的短边)被夹持在端部81与回刀推杆10的粗端101之间，该固定端绕圆柱销5转动，带动摆动端(即“L”形的长边)上下摆动，以此实现刀片组件4的张开与闭合。

尾端壳体2安装于密封钻杆1上，密封钻杆1外接钻机及高压水泵，高压水经密封钻杆1注入容纳腔内，为实时监测、调节水压，保证高压水产生足够推动力，钻机与高压水泵之间的输水管路上安装有管路压力表。密封钻杆1的长度可通过增减数量实现，由此，本申请的切槽装置配合密封钻杆1可以实现在钻孔的任意深度切割径向槽。

缸筒71靠近密封钻杆1的左端开设进水孔711，进水孔711与容纳腔位于尾端壳体2内的进水端连通，以便高压水从此进入缸筒71内。为避免漏水，进水孔711位于密封垫18径向内侧。活塞72与缸筒71之间设置有密封组件73，有效避免了高压水经进水孔711进入缸筒71推动活塞72前进时发生漏水泄压现象。

由于顶杆8中部设置了向外伸出的凸缘83，且缸筒71的轴向长度小于活塞 72的轴向长度，故，在该凸缘83左右两侧分别形成了周向间隙A74、周向间隙 B75，周向间隙A74、周向间隙B75一方面为高压水提供流动通道，另一方便为顶杆8的轴向移动提供活动空间。尾端壳体2内设置有与容纳腔连通的进水通道21，尾端壳体2内壁沿径向开设有孔22，孔22靠近中段壳体3的左端且孔 22的一端与进水通道21连通，缸筒71的右端伸入中段壳体3内且与其内壁间隙配合，孔22的另一端与该处间隙连通。顶杆8内部设置有相互连通的多个流道84，进水通道21、孔22、流道84均与间隙A74连通，高压水进入尾端壳体 2内的容纳腔后，依次经进水通道21、孔22、缸筒71右端与中段壳体3内壁之间的空隙、周向间隙A74进入顶杆8左端的流道84内，最终从顶杆8右端的流道84内喷出，为靠近其的刀片40降温。

上述容纳腔的内壁设置有若干处阶梯面，中段壳体3左半部分的内壁设有阶梯面，顶杆8中部装设有相互配套使用的小挡圈螺母9、小防尘圈16，小挡圈螺母9、小防尘圈16与该阶梯面适配。中段壳体3右端内壁也设置有阶梯面，回刀推杆10的粗端101的右端装设有相互配套使用的大挡圈螺母11、大防尘圈 17，大挡圈螺母11、大防尘圈17与该阶梯面适配。上述挡圈螺母、防尘圈与阶梯面配合使用，对顶杆8、回刀推杆10起到了良好的限位作用，防止它们沿径向窜动，既便于安装，也有利于避免因窜动导致砂砾、碎屑损坏零部件或使零部件卡死影响正常作业。

本实用新型钻孔内径向切槽装置使用时，先施工水力压裂钻孔100，施工完毕，将尾端壳体2安装在密封钻杆1上，密封钻杆1安装在矿用钻机上并连接高压水泵，利用密封钻杆1将本申请的切槽装置送入钻孔100内。接着，启动钻机带动本申请的切槽装置随着密封钻杆1旋转。然后，启动高压水泵，调节控制水压至工况所需范围，高压水经密封钻杆1注入容纳腔内，并进入缸筒71 内，推动活塞72沿外壳轴向向右运动，进而推动顶杆8同向运动，顶杆8通过端部81推动挤压刀片40使其绕圆柱销5转动，两个刀片40的摆动端逐渐沿外壳径向张开，切缝开始，随着钻机的旋转，刀片40将钻孔100的孔壁切出一个锥面的缝隙。同时，回刀推杆10被向右推，弹簧12被压缩。切割过程中产生大量的热量，高压水可从顶杆8上的流道84两侧喷出及时为刀片40降温。由于上述各处密封圈、密封垫的设置，本切槽装置整体气密性高，保证了水压的稳定，因而水压推动效果好，打开刀片40所需动力充足。切槽完毕，关闭高压水泵泄压，容纳腔内的轴向向右的推动力消失，弹簧12回弹带动回刀推杆10 沿外壳轴向向左移动，推动刀片40沿与上述转动方向相反的方向转动，两个刀片40逐渐并拢闭合，当刀片40完全闭合并再次容纳于长孔31内时，取出密封钻杆1及本申请的切槽装置。重复以上步骤，直至完成切槽作业。作为一种实施方式，本申请的上述外壳的外径为50mm，将其布置在孔径为60mm的钻孔 100内进行切槽作业，切成的缝槽最大直径为128mm。当然，实际应用时，根据工况不同，本申请的切槽装置各组成部分可以在结构不变的情况下依照本申请的发明构思调整大小规格，以对不同孔径的钻孔进行切槽，此处不一一列举。

本实用新型钻孔内径向切槽装置由高压水驱动液压微型油缸7提供刀片40 打开及收回的动力，切槽工序大大简化、时间缩短、效率提高，可在任意角度钻孔的任意位置进行径向切槽，不需要在孔底借助钻机的轴向推力打开刀片40，彻底避免了切槽过程中多次退出密封钻杆1切换刀片40和钻头，作业难度、繁琐度显著降低，切槽效率极大提高，同时，因不需在切槽后再钻孔，故切槽质量明显改善。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钻孔内径向切槽装置，包括由尾端壳体(2)、中段壳体(3)、前端壳体(6)依次同轴密封连接而成的呈圆柱状的外壳，所述外壳内部中空形成容纳腔，所述中段壳体(3)转动连接有刀片组件(4)，所述尾端壳体(2)安装于密封钻杆(1)上，所述密封钻杆(1)外接钻机及高压水泵，高压水经所述密封钻杆(1)注入容纳腔内，其特征在于：所述容纳腔内设置有刀片开合控制组件，所述刀片开合控制组件沿所述外壳轴向往复运动控制所述刀片组件(4)的张开或闭合。

2.根据权利要求1所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述刀片开合控制组件包括微型油缸(7)、顶杆(8)、回刀推杆(10)，所述顶杆(8)沿径向与容纳腔密封连接，沿轴向的一端与微型油缸(7)连接，另一端端部(81)呈锥形，所述中段壳体(3)上沿径向两端对称开设有一对长孔(31)，所述刀片组件(4)包括两个对称布置且打开后呈“V”字形的刀片(40)，所述刀片(40)转动连接于所述长孔(31)内，所述回刀推杆(10)滑动连接于中段壳体(3)与前端壳体(6)之间，所述刀片(40)的固定端被夹持在端部(81)与回刀推杆(10)之间。

3.根据权利要求2所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述回刀推杆(10)包括粗端(101)、细端(102)，所述粗端(101)位于中段壳体(3)内，所述细端(102)一端与粗端(101)连接，另一端伸入前端壳体(6)内且外部套设有弹簧(12)，所述弹簧(12)一端固定在粗端(101)与细端(102)连接处，另一端固定在所述容纳腔的前端内壁(61)上。

4.根据权利要求3所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述微型油缸(7)包括缸筒(71)及配套活塞(72)，所述活塞(72)靠近顶杆(8)的一端开设凹槽(721)，所述顶杆(8)上设置有与所述凹槽(721)适配的伸出部(82)。

5.根据权利要求4所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述缸筒(71)靠近密封钻杆(1)的一端开设进水孔(711)，所述进水孔(711)与所述容纳腔位于尾端壳体(2)内的进水端连通，所述活塞(72)与缸筒(71)之间设置有密封组件(73)。

6.根据权利要求5所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述缸筒(71)的外壁与尾端壳体(2)的内壁螺纹连接，所述顶杆(8)上沿径向向外伸出的凸缘(83)与容纳腔内壁密封滑动连接，所述凸缘(83)两侧分别形成周向间隙(74、75)，所述尾端壳体(2)内设置有与容纳腔连通的进水通道(21)，所述顶杆(8)内部设置有流道(84)，所述进水通道(21)、流道(84)均与间隙A(74)连通。

7.根据权利要求6所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述刀片(40)包括基体(41)及焊接于其上的刀刃(42)，所述基体(41)上开设一通孔(43)，所述长孔(31)两侧各开设一销孔，圆柱销(5)穿过所述通孔(43)、销孔将所述刀片(40)连接在所述长孔(31)内。

8.根据权利要求7所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述容纳腔的内壁设置有若干处阶梯面，所述顶杆(8)及回刀推杆(10)处的阶梯面上均装设有配套的挡圈螺母(9、11)、防尘圈(16、17)。

9.根据权利要求8所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述中段壳体(3)两端分别螺纹连接所述前端壳体(6)、尾端壳体(2)且连接处分别设置有O型密封圈a(13)、O型密封圈b(15)，所述凸缘(83)与容纳腔内壁之间装设有O型密封圈c(14)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的钻孔内径向切槽装置，其特征在于：所述钻机与高压水泵之间的输水管路上安装有管路压力表。

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