CN218493540U - 一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具 - Google Patents

Abstract

一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，由凿岩动力头钎尾21、注水芯轴18、过渡接头17、上联钎杆16、冲靴钻杆11、连接套9、密封垫组合25、加套尼伦套5、下联钻杆钎杆3和螺纹成孔钻头1等配装于液压油动力凿岩机上破岩钻孔；用水套快接头22、水套20、密封组合19装配注水芯轴18上引高压水冲渣；定位外套管15、加接外套管14、外冲击套管13、锥外套管10、联锥外套管8、加深外套管7、排渣外套管6、入岩外套管4和管壁定位钻头2护孔，配套密封圈24、管靴组合12和提靴组合23于冲靴钻杆11上调控作业，实现对岩层孔位护孔与钻孔，配钻机钻孔稳管排渣部件后，解决使用一个凿岩动力头完成水域钻孔成孔的技术问题，高效施工，降低施工费用。

Description

一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具

技术领域

本实用新型涉及一种水域岩石钻孔成孔工具，具体说，涉及一种液压油驱动顶锤凿岩机械带动钻具钻头凿击岩石、水流排渣的水域岩石成孔钻具，使一个顶锤凿岩动力头，具有两个动力头功能，其具有凿岩速度快，能耗低、使用方便的特性，属于凿岩机械机具设备技术领域。

背景技术

驱动凿岩钻孔按照动力源的不同，可划分为气压驱动、液压驱动和水压驱动。

空气压缩机是一种使空气得以压缩、具有产生一定压力的设备。按工作原理可分为容积式和动力式两种，以活塞式空气压缩机为例，其压缩空气的过程是依靠活塞在气缸内不断地往复运动来完成的，空气具有可压缩的物理特性，这使空压机输出压力难以达到较高水平，虽然空压机技术不断发展，现在输出的工作压力已经达到2.5MPa，但也远不及以液体为工作介质的液压设备实现的压力效果；并且高气压空压机价格昂贵、噪声大。

凿岩钻孔按照项目场地的不同分为陆域钻孔和水域钻孔；水域凿岩钻具广泛应用于水域破岩钻孔，水域锚固钻孔等作业。

当前陆域应用最为广泛的是气压驱动潜孔冲击器钻孔，其次是液压油驱动顶锤水气压混合驱动钻孔，再其次是液压油驱动回转和水压冲击驱动钻孔等。而应用于水域或水下岩石的钻孔，目前多以气压驱动潜孔冲击器为主，其工作原理是依靠高压气体推动活塞循环往复运动撞击钻头释放冲击能做功，破碎岩石，排渣成孔。

随着近年来对钻孔速度要求的不断提高，依靠空压机产生高压气体驱动的潜孔冲击器暴露出许多先天性缺陷：压力低、有效功率小、钻孔速度低。随着水下钻孔深度的加深，使得使用中的空压机效率更是大大降低。

当前普通陆域顶锤凿岩机钻具，虽然有其钻孔速度快的优点，但使用的空气中低压力及气量，却不能有效解决水域水下凿岩钻孔的问题。

实用新型内容

为提高钻孔效率，降低施工成本，提供一种使用一个顶锤凿岩动力头，完成水域破岩钻孔，水域锚固钻孔的机具成为亟待解决的问题。

本实用新型主要解决的是：提供一种利用液压顶锤凿岩机钻凿水域水下岩石、高压水做动力介质排渣成孔，提高水域水下凿破岩石的成孔速度，降低成孔总能耗及费用的技术。

本实用新型提供一种顶锤式钻凿水域岩石成孔的钻具，一个动力头钻凿水域或水下一定厚度岩层，同时实现钻孔和护孔；该钻具配合相关零部件能实现孔内高压水流和孔外低压水流的分隔，消除克服钻孔成孔作业中重复或反复更换钻孔零部件的困惑；利于深水中一定厚度岩层高速钻孔及高效排渣，使水域或水下成孔作业顺利实现与完成，显著提高钻孔效率，降低施工成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，包括螺纹成孔钻头，下联钻杆钎杆，加套尼伦套，连接套，冲靴钻杆，上联钎杆，过渡接头，注水芯轴，密封组合，水套，水套快接头，凿岩动力头钎尾，管壁定位钻头，入岩外套管，排渣外套管，加深外套管，联锥外套管，锥外套管，套管靴组合，冲击外套管，加接外套管，定位外套管，提靴组合，密封圈，密封垫组合等。

以下是本实用新型对上述技术方案的进一步优化：

所述螺纹成孔钻头，(连接螺纹为母螺纹)，该种钻头除其顶部有吹渣孔外，钻头体侧部也有侧向上吹渣孔，以加快水力吹渣能效。端面有定位孔、半环形容槽，有效固定加套尼伦套销轴装配的角度位置。

进一步优化，所述下联钻杆钎杆，以选择双头外螺纹形式为主(其它为辅)，接头中心孔直径尽可能的大及光滑，杆外配装有引导排渣的加套尼伦套组合。

进一步优化，所述加套尼伦套，组合其，端面销孔可用定位销定位，外圆柱上开有和钻头排渣槽数量一致的导渣槽或导渣面，一定位密封槽。

进一步优化，所述连接套，选择母螺纹结构，外形为圆柱状或多棱状，端面钻有能定位加套尼伦套组合排渣槽位置的销轴孔；其与加套尼龙套外径尺寸形成光面联接。

进一步优化，所述冲靴钻杆应是空心的柱体类结构，上下两端圆柱带双公螺纹接头，中部柱体处开有一对或多对L形沟槽，可装入套管靴合体内侧体突出的一对或多对断环状台阶爪，有直径大于该沟槽柱体的带有台阶圆柱环面，上部有冲击套管靴之受力环面，收小尺寸的圆柱部分留有使用提靴组合时的空间尺寸。

进一步优化，所述密封组合，选料合理，有一定合适的机械性能。

进一步优化，所述上联钎杆，选择一定规格尺寸与上连接套或过渡接头连接。

进一步优化，过渡接头，有合理的机械性能及尺寸公差，连接注水芯轴和上联钎杆，保证有效传递高频振动力。

进一步优化，所述注水芯轴两端为公或母螺纹接头，非螺纹处是足够长度的光滑台阶圆柱面，且能定位水套于一定位置。

进一步优化，所述水套，柱体靠中位有一个进水口，进水口两侧柱面和注水芯轴配合，有多道密封槽供安装密封，防止高压水外漏，且有与注水芯轴槽配合的卡销孔。

进一步优化，所述水套快接头，一端连接水套，另一端连接通流接头，含有可密封的密封垫圈等。

进一步优化，所述凿岩动力头钎尾，根据凿岩机或高频冲击机械的型号订购或定做，与注水芯轴母接头螺纹咬合连接，保证有效传递高频振动力。

进一步优化，所述管壁定位钻头为一带公(或母)螺纹的管状镶合金钻头，内径尺寸与螺纹成孔钻头外径尺寸匹配。

进一步优化，所述入岩外套管需和螺纹管壁定位钻头外径一致或接近，经过加工，也保证和内钻具系统尺寸配合。

进一步优化，所述排渣外套管，在套管壁上开有若干规则排渣孔。内径尺寸大于螺纹成孔钻头外径尺寸，外径符合一定尺寸规格。

进一步优化，所述加深外套管，外径尺寸和排渣外套管尺寸相同，内径尺寸大于螺纹成孔钻头外径尺寸，克服水深所匹配。

所述联锥外套管，内径尺寸大于螺纹成孔钻头外径尺寸，外径尺寸和外冲击套管外径尺寸相同。

进一步优化，所述锥接头外套管，是一端连接排渣外套管或加深外套管，另一端连接联锥外套管的锥形接头。

进一步优化，所述套管靴组合，体内侧带有一对或多对断环形突出台阶爪，可和冲靴钻杆的一对或多对L形沟槽配合，可上或下或旋转一个角度，外侧锥柱面插有若干梯形齿槽。外侧上下部台阶柱体有沟槽，且留有冲打外冲击套管的圆柱台阶，以利于冲击套管定位时应用。

进一步优化，所述外冲击套管，内部上端加工成锥花键形式，花键数量和套管靴组合外花键数量一致，尺寸也相配合。

进一步优化，所述加接外套管，是一端连接外冲击套管，另一端连接定位外套管的套件，在套管壁上可开或不开排渣孔。内径尺寸与外冲击套管上部尺寸相同，外径尺寸和定位外套管外径尺寸相同。钻孔过程中水深时使用，水浅时不用。

进一步优化，所述定位外套管，内径尺寸与加接外套管内径尺寸相同，外径尺寸与加接外套管外径尺寸或定位钳口尺寸匹配。

进一步优化，所述提靴组合，是一组能深入套管内、焊接于套管靴组合体、调整套管靴组合随内钻具提升、可链接于定位外套管上被拉开的半柔性承载体组合件，其上有拉具用的定位孔，有固合用的定位槽；提靴组合在钻机微角度反转、提升分离冲靴钻杆后，拉开提靴组合，使三者分离或反之结合，即提起内钻具、提升套管靴合体离开组合位，或放下内钻具、放下套管靴合体使组合体结合。

进一步优化，所述密封垫组合，与连接套及冲靴钻杆圆柱紧密安装，并靠紧冲靴钻杆台阶端面，外围与锥套管动配合；密封岩渣，防止或减少岩渣进入冲靴机构。

进一步优化，所述密封圈，保证承受高压水压力，使被密封件密封。

各套管外径尺寸均考虑排渣器钢管内径尺寸，利于形成密封状态。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型进一步说明。

附图1为本实用新型实施例的组成示意图

附图2为本实用新型实施例的总体结构示意图

附图3为本实用新型实施例的冲靴钻杆结构示意图

附图4为本实用新型实施例的套管靴组合与提靴组合结构示意图

附图5为本实用新型实施例的螺纹成孔钻头体结构示意图

附图1中所示，1-螺纹成孔钻头，2-管壁定位钻头，3-下联钻杆钎杆， 4-入岩外套管，5-加套尼伦套，6-排渣外套管，7-加深外套管，8-联锥外套管，9-连接套，10-锥外套管，11-冲靴钻杆，12-套管靴组合，13-外冲击套管，14-加接外套管，15-定位外套管，16-上联钎杆，17-过渡接头(连接套)，18-注水芯轴，19-密封组合，20-水套，21-凿岩动力头钎尾，22-水套快接头，23-提靴组合，24-密封圈，25-密封垫组合。

具体实施方式

1、实施例：附图5所示，螺纹成孔钻头1，钻头体顶部面上有出水孔和排渣槽，钻头体侧部有排渣槽、也有向上出水吹渣孔，以加快水力吹渣能效，库体上端面有定位孔或半环形槽，有效固定加套尼伦套排渣槽或面的装配角度。

所述管壁定位钻头2，有若干个和合金齿间隔排列的出渣槽，头部尺寸略大于管柱侧面尺寸。

所述下联钻杆钎杆3，选择市场规格尺寸钎杆配套。

附图2所示，所述入岩外套管4规格尺寸，与管壁定位钻头2管柱侧面尺寸匹配。长度与孔位附近的浮渣厚度匹配。

附图2所示，所述加套尼伦套5规格尺寸，与螺纹成孔钻头1尺寸和规格钎杆尺寸匹配。

所述排渣外套管6开有若干个细长椭圆孔，规则地分布一定位置管壁上。

所述加深外套管7供岩层较厚时钻孔加接使用，与下联钻杆钎杆 3长度规格协调匹配。

附图2所示，所述联锥外套管8规格尺寸与下联钻杆钎杆3规格长度协调匹配.

附图3所示，冲靴钻杆11，是空心的柱体件，上下两端圆柱带有螺纹公接头，中部柱体有一对或多对L形沟槽，可装入钻具附图套管靴组合内孔体上突出的一对或多对断环状台阶爪，有直径大于该沟槽柱体的环面圆柱台阶柱，冲击套管靴组合之上部受力环面，上端收小尺寸的圆柱确定了连接套的外形尺寸。冲靴钻杆11，传递钻孔冲击力，带动套管靴组合12体工作。

附图2所示，所述锥外套管10，具有承上启下、强化密封的作用。

附图3所示，所述冲靴钻杆11，柱体处开一对或多对L形沟槽，方便使用和脱离套管靴组合12。

附图4所示，套管靴组合12，内侧台爪容易和冲靴钻杆的一对或多对L形沟槽配合，上或下或旋转一个角度，外侧若干锥度梯形齿容易和外冲击套管13链接或脱离。

附图2所示，所述外冲击套管13工作中接受套管靴组合12的高频率冲击力，使管壁定位钻头2迅速入岩护孔。

附图2所示，所述加接外套管14，水浅时不用或少用，水深时使用。

附图2所示，所述上联钎杆16，按照施工水深选择规格。

附图2所示，所述定位外套管15旋转时合理定位防止偏心摆动，降低旋转进尺阻力。

附图2所示，过渡接头17，利于上联钎杆15和注水芯轴18螺纹连接。

附图2所示，所述注水芯轴18、密封组合19、水套20、水套快接头22形成供水通道系统。

附图2所示，所述凿岩动力头钎尾21，连接钻岩机(高频冲击机械)，传递高频动力于水下凿岩钻孔。

附图2所示，所述提靴组合23，便于机构提升套管靴组合12零部件

附图2所示，所述密封圈24，便于固合套管靴组合体12。

附图2所示，所述密封垫组合25防止岩渣进入冲靴机构。

附图2所示，所述下联钻杆钎杆3、连接套9、加套尼伦套5、加深外套管7配装及钻孔中应符合岩层钻孔厚度或钻孔深度要求，使密封垫组合24始终不低于排渣外套管6的排渣口。

附图所示，

一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，包括：螺纹成孔钻头1，管壁定位钻头2，下联(钻杆)钎杆3，入岩外套管4，加套尼伦套5，排渣外套管 6，加深外套管7，联锥外套管8，连接套9，锥外套管10，冲靴钻杆11，套管靴组合12，外冲击套管13，加接外套管14，定位外套管15，上联钎杆16，过渡接头17，注水芯轴18，密封组合19，水套20，凿岩动力头钎尾21，水套快接头22，提靴组合23，密封圈24，密封垫组合25等系统零件；其特征

一、护孔作业：其凿岩动力头钎尾21连接凿岩机或高频冲击机械后，在钻机稳管机构滚轮护孔钳对定位外套管15的夹持下进行护孔定位作业；护孔作业时全部零件实施作业过程。

该系零部件通过套管靴组合12和提靴组合23及密封圈24的有效作用，实施管壁定位钻头护孔凿岩钻孔作业；密封垫组合25防止岩渣上穿上串。

二、护孔：当管壁定位钻头2及螺纹成孔钻头1钻入岩层一定深度满足护孔钻孔作业后停止护孔钻孔作业，此时由定位外套管15、加接外套管 14、外冲击套管13、锥外套管10、联锥外套管8、加深外套管7、排渣外套管6、入岩外套管4和管壁定位钻头2等形成的系统，在钻机稳管结构护孔钳的夹持和推压油缸的推压下护孔；

护孔零件连接关系：管壁定位钻头2尾部用螺纹和入岩外套管4下部螺纹连接，入岩外套管4上部螺纹和排渣外套管6下部螺纹连接，排渣外套管6上部螺纹和加深外套管7下部螺纹连接，加深外套管7上部螺纹和联锥外套管8下部螺纹连接，联锥外套管8上部螺纹和锥接头外套管10 下部螺纹连接，锥接头外套管10上部螺纹和外冲击套管13下部螺纹连接，外冲击套管13上部螺纹和加接外套管14下部螺纹连接，加接外套管14 上部螺纹和定位外套管15下部螺纹连接；

三、提升钻具使钻孔系统脱鞋

在钻岩机提升力作用下，动力头钎尾21、水套快接头22、水套20、密封组合19、注水芯轴18、过渡接头17、上联钎杆16、冲靴钻杆11、套管靴组合12、提靴组合23、密封圈24、连接套9、密封垫组合25、加套尼伦套5、下联(钻杆)钎杆3、螺纹成孔钻头1等零件提高一定位置，冲靴钻杆11、套管靴组合12、提靴组合23、密封圈24过定位外套管15管口，使套管靴组合12、提靴组合23、密封圈24分离于冲靴钻杆11脱鞋，置于钻机稳管机系统合理位置；

系统配合以实现状态切换，从附图4可以看出：套管靴组合与提靴组合两体焊接后的套管靴组合与提靴组合是可以对称分开的合体，其中有三道沟槽，从附图1可以看出在两道沟槽里分别安装着密封圈，其方便合体分开和合装，使冲靴钻杆在完成一个钻孔中容易安装或拆卸；安装时冲击外冲击套管，拆卸后加深钻凿水下岩石孔(钻头安装前接头的类似原理)；

另一道空置或备用沟槽，是可选择使用的软连接或硬联接，增加对外冲击套管配合的紧密度；

提靴组合上的通孔方便套管靴组合与提靴组合提取出护外套管后穿入拉具，拉开距离时使内钻具下移通过，拆卸后挂置于施工场地保养。

四、钻孔成孔作业：

螺纹成孔钻头1头部直径选择应为成孔直径，尾部用螺纹和钻杆钎(钻杆3下部螺纹连接，端面钻定位孔或铣槽，和加套尼伦套5下端面定位销定位；钻头侧面有数个排渣槽，加套尼伦套5排渣槽与其数量一致；实施中钻头排渣槽和尼龙套排渣组合形成光滑过渡联接。下联钻杆钎杆3上部通过连接套9和冲靴钻杆11下部螺纹连接；冲靴钻杆11上部螺纹通过另一连接套和上联钎杆16下部螺纹连接，上联钎杆16上部螺纹和过渡接头 17下部螺纹连接，过渡接头17上部螺纹连接注水芯轴18下部螺纹，注水芯轴上部螺纹连接凿岩动力头钎尾21，密封组合19、水套20包围注水芯轴18进水孔，水套快接头22连接高压供水系统；该系列零部件在定位外套管15、加接外套管14、外冲击套管13、锥外套管10、联锥外套管8、加深外套管7、排渣外套管6、入岩外套管4和管壁定位钻头2等组成的护管系统的护孔下，一起实施凿岩钻孔孔径要求的作业。

本实用新型顶锤水域凿岩钻具工作时，分两种情况，一种是水下岩石在套管加压过程中孔位岩石平整、周围岩层容易封孔正常护孔，则不需要安装套管靴合体及提件组合时实现正常钻孔；一种是水下岩石在套管加压过程中孔位岩石不平整，不正常护孔，不能正常钻孔，则需要安装套管靴合体及提件组合，对套管进行冲压，破碎孔位岩石后护孔才能正常护孔钻孔。一般尽量使用安装套管靴合体及提件组合方式，进行护孔钻孔。

本实用新型优点是：通过安装或分离套管靴合体及提件组合，简单、迅速实现一个凿岩动力头完成两种凿岩作业状态，护孔钻孔或定尺钻孔，利于快速凿岩钻孔成孔。

本实用新型钻具在作业时，由钻机稳管夹钳固定及调节水下出渣器夹钳外套管高度位置，支护护孔零件。

该顶锤式钻机钻凿水域岩石成孔钻具结构简单，产品便于制造、使用和维护；可安装于富水区域的顶驱凿岩设备上完成水域岩石钻孔成孔。

对于本领域的普通技术人员而言，根据实用新型内容，在不脱离实际及本实用新型原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，其特征是，包括：螺纹成孔钻头(1)，管壁定位钻头(2)，下联钻杆钎杆(3)，入岩外套管(4)，加套尼伦套(5)，排渣外套管(6)，加深外套管(7)，联锥外套管(8)，连接套(9)，锥外套管(10)，冲靴钻杆(11)，套管靴组合(12)，外冲击套管(13)，加接外套管(14)，定位外套管(15)，上联钎杆(16)，过渡接头(17)，注水芯轴(18)，密封组合(19)，水套(20)，凿岩动力头钎尾(21)，水套快接头(22)，提靴组合(23)，密封圈(24)，密封垫组合(25)；

螺纹成孔钻头(1)头部直径选择为成孔直径，尾部螺纹和下联钻杆钎杆(3)下部螺纹连接，其尾部端面钻定位孔或铣槽，和加套尼伦套(5)下端面销定位，钻头侧面有数个排渣槽，加套尼伦套(5)排渣槽与其数量一致，实施中螺纹成孔钻头(1)排渣槽和加套尼伦套(5)排渣组合形成光滑过渡联接，

下联钻杆钎杆(3)上部螺纹通过连接套(9)螺纹和冲靴钻杆(11)下部螺纹连接，冲靴钻杆(11)上部螺纹通过另一连接套(9)和上联钎杆(16)下部螺纹连接，

上联钎杆(16)上部螺纹和过渡接头(17)下部螺纹连接，过渡接头(17)上部连接注水芯轴(18)下部端面，注水芯轴(18)上部螺纹连接凿岩动力头钎尾(21)，密封组合(19)、水套(20)包围注水芯轴(18)进水孔，水套快接头(22)连接高压供水系统，

上述该系列连接零部件构成凿岩钻孔成孔孔径结构单元；

管壁定位钻头(2)尾部用螺纹和入岩外套管(4)下部螺纹连接，入岩外套管(4)上部螺纹和排渣外套管(6)下部螺纹连接，排渣外套管(6)上部螺纹和加深外套管(7)下部螺纹连接，加深外套管(7)上部螺纹和联锥外套管(8)下部螺纹连接，联锥外套管(8)上部螺纹和锥外套管(10)下部螺纹连接，锥外套管(10)上部螺纹和外冲击套管(13)下部螺纹连接，外冲击套管(13)上部螺纹和加接外套管(14)下部螺纹连接，加接外套管(14)上部螺纹和定位外套管(15)下部螺纹连接，该系列零部件通过套管靴组合(12)和提靴组合(23)及密封圈(24)的有效作用，构成凿岩钻孔的护孔作业结构单元，密封垫组合(25)置于防止岩渣上穿上串的一定位置；

实施中，排渣外套管(6)排渣孔口和置于水域的与之配套的专用管状排渣器排渣罩或单向阀配合连接；

定位外套管(15)外壁由钻机稳管零件及滚轮夹钳夹持固定，钻机推压油缸推压下护孔，各单元一起形成该钻具水域钻孔、排渣、护孔完整作业系统。

2.根据权利要求1所述的一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，其特征在于螺纹成孔钻头(1)，除钻头顶部有吹渣孔外，钻头体侧部也有侧向上吹渣斜孔，以加快水力吹渣能效；端面有定位孔、半环形容槽，有效固定加套尼伦套(5)销的装配角度位置。

3.根据权利要求1所述的一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，其特征在于冲靴钻杆(11)是空心的柱体类结构，上下两端圆柱带双公螺纹接头，中部柱体处开有一对或多对的L形沟槽，可装入套管靴组合(12)体内侧体突出的一对或多对的断环状台阶爪，有直径大于该沟槽柱体的带有台阶圆柱环面，上部有冲击套管靴之受力环面，收小尺寸的圆柱部分留有使用提靴组合(23)时的空间尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，其特征在于套管靴组合(12)体内侧带有一对或多对的断环形突出台阶爪，可和冲靴钻杆的一对或多对的L形沟槽配合，可上或下或旋转一个角度，外侧锥柱面插有若干梯形齿槽；外侧上下部台阶柱体有沟槽，且留有冲打外冲击套管(13)的圆柱台阶，利于外冲击套管(13)定位应用。

5.根据权利要求1所述的一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，其特征在于外冲击套管(13)，内部上端加工成锥花键形式，花键数量和套管靴组合(12)外花键数量一致，尺寸也相配合。

6.根据权利要求1所述的一种顶锤钻机钻凿水域岩石钻具，其特征在于加套尼伦套(5)组合，外圆柱上开有和钻头排渣槽数量一致的导渣槽或导渣面，有定位密封槽。

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