CN218844230U - 一种具有扶正功能的钻扩一体化钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有扶正功能的钻扩一体化钻具，钻具主体与钻杆依次顺序连接，钻具主体的前部设有三个呈圆周分布的刀槽，三个扩孔刀臂前端均通过安装轴可转动安装在钻具主体的不同的所述刀槽前端，扩孔刀臂末端分别与支撑杆旋转连接；支撑杆的末端通过销轴连接到支撑底座的安装架上，安装架在支撑底座的外侧面上呈圆周分布；定位块和弹簧套在支撑底座的外侧，调整杆安装在支撑底座的末端。有益效果：本发明兼顾打钻、扩孔、扶正功能于一体，其具有设备体积小、成本低、现场操作简单的优点，与井下常规钻机配套使用，安装方便快捷，可大幅度提高有效钻孔数量，减少钻孔轨迹测量以及补钻等措施，降低施工成本，节省作业时间并提高作业效率。

Description

一种具有扶正功能的钻扩一体化钻具

技术领域

本实用新型涉及矿井瓦斯防治技术领域，具体而言，涉及一种具有扶正功能的钻扩一体化钻具。

背景技术

在煤矿开采中，煤矿瓦斯灾害非常严重，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井所占比例高，而且95％以上的高瓦斯和突出矿井开采的煤层属于低透气性煤层，渗透率多在10-3～10-4mD数量级，造成煤矿瓦斯抽采(特别是预抽)影响范围小、衰减速度快、抽采难度大。近年来相关专家和学者研究了一系列提升煤层渗透率的措施，如水力压裂、水力割缝、深孔爆破等。尽管以上措施在增强渗透率方面取得了一定的效果，但是仍存在一定的局限性。水力压裂和高压水射流割缝等需配置大型设备，对操作过程要求较高；而深孔爆破技术实施过程中工艺参数计算和控制复杂，且易产生哑炮而留有安全隐患。

扩孔技术是一项在石油天然气开采领域广泛应用的增产手段，也为高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采提供了一种有效的技术途径，可有效缓解矿井采掘接替紧张的局面，降低矿井安全支出成本，降低瓦斯灾害安全事故率，符合国家的政策要求，满足煤矿的技术需求。

另一方面，随着煤矿井下施工钻孔长度的不断增加，对于常规的履带式钻机来说，随着钻杆长度的延伸，在钻杆自重的影响下，以及地层软硬变化、钻压、钻速的影响，钻孔实际轨迹往往偏离设计轨迹，二者有时相差非常大。这就导致现场资料不准确，为减少空白带，后续还需要对钻孔进行测斜以及补钻等，造成打钻施工成本的增加，也给煤矿生产带来安全隐患。钻探过程中在钻杆间接续扶正器(又称稳定器)可以有效地解决这一问题；但是现有的扶正器为一体式，并且不能通过正常钻杆接续的方式直接从动力头后端或夹持器与动力头中间进行接续的，安装使用时费时费力，因此实际煤矿钻探中很少使用。

实用新型内容

本实用新型正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种具有扶正功能的钻扩一体化钻具，兼顾打钻、扩孔、扶正功能于一体，设备体积小、成本低、现场操作简单、増透效果和可控性较好。与钻机钻杆配套使用，安装方便快捷，可大幅度提高有效钻孔数量，减少钻孔轨迹测量以及补钻等措施，降低施工成本，节省作业时间并提高作业效率。

一种具有扶正功能的钻扩一体化钻具，包括：PDC钻头、钻具主体、钻杆，PDC钻头、钻具主体与钻杆依次顺序连接，钻具主体为圆柱空腔结构，其外径尺寸与钻杆相同，在钻具主体内设有扩孔刀臂、支撑杆、定位块、支撑底座、弹簧、调整杆、卡簧，在钻具主体的前部设有三个呈圆周分布的刀槽，三个扩孔刀臂前端均通过安装轴可转动安装在钻具主体的不同的所述刀槽前端，三个扩孔刀臂末端分别与三个支撑杆通过销轴旋转连接；支撑杆的末端通过销轴连接到支撑底座的三个安装架上，所述安装架在支撑底座前部的外侧面上呈圆周分布；定位块和弹簧套在支撑底座前部的外侧，调整杆通过螺纹安装在支撑底座的末端。

进一步优选的，PDC钻头的末端带有内螺纹，钻具主体通过其前端带有的圆锥外螺纹与PDC钻头的内螺纹配合连接，钻具主体的后端也带有内螺纹，钻杆通过其前端带有的圆锥外螺纹与钻具主体后端的内螺纹配合密封连接。

进一步优选的，扩孔刀臂的外端面带有扩孔齿，扩孔齿沿扩孔刀臂轴向均匀分布，扩孔刀臂的初始位置与钻具主体平行，且扩孔齿在钻具主体外侧。

进一步优选的，在定位块的前方和调整杆的后方各设有一个卡簧进行定位，卡簧的外侧卡在钻具主体内壁上的卡簧安装槽内。

进一步优选的，定位块的外边缘与钻具主体的内壁接触，调整杆底部也与钻具主体的内壁接触。

进一步优选的，在钻杆的末端设置内螺纹，钻杆的内螺纹与钻具主体的圆锥外螺纹配合密封连接。

有益效果：本实用新型采用三组连杆机构，兼顾打钻、扩孔、扶正于一体，结构简单，安装使用方便；钻具主体安装在钻头与钻杆之间，送入钻孔，进行常规打钻施工；随着打钻深度的增加，为保证钻孔轨迹，在钻杆的后部继续安装钻具主体，根据需要，在需要扩孔时，停止钻进，保持钻具主体旋转，调整钻机供水水压，随着水压不断增大，作用在调整杆上的作用力也在随之增大，进而压缩弹簧，支撑底座向前移动，扩孔刀臂与支撑杆夹角不断缩小，扩孔刀臂展开，随着钻杆旋转实现扩孔；三组扩孔刀臂与支撑杆组成的连杆机构，中心对称，在扩孔的同时，对整个钻杆系统来说具有支撑扶正的作用，保证了钻孔轨迹，提高施工质量；完成扩孔后，降低水压，支撑底座在弹簧作用下恢复到初始状态，扩孔刀臂随之收回，后可继续进行常规钻进。根据需要，在钻进或者退钻过程中，可重复上述步骤，实现多次扩孔；

本装置可通过调节钻机供水水压来实现上述功能，能够有效保证钻孔轨迹，降低工人劳动强度，提高作业效率，具有较好的现场适用性。

附图说明

图1示出了本实用新型初始状态的结构剖面图；

图2示出了定位块的结构示意图；

图3示出了调整杆的结构示意图；

图4示出了支撑底座的俯视结构图；

图5示出了支撑底座的结构剖面图；

图中标号：1-PDC钻头、2-钻具主体、3-扩孔刀臂、4-支撑杆、5-定位块、6-支撑底座、7-弹簧、8-调整杆、9-卡簧、10-钻杆、11-安装架、31-扩孔齿。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1～图5所示，一种具有扶正功能的钻扩一体化钻具，由PDC钻头1、钻具主体2、扩孔刀臂3、支撑杆4、定位块5、支撑底座6、弹簧7、调整杆8、卡簧9以及钻杆10组成，PDC钻头1、钻具主体2与钻杆10依次顺序连接，扩孔刀臂3、支撑杆4、定位块5、支撑底座6、弹簧7、调整杆8、卡簧9安装在钻具主体2内部。

钻具主体2为圆柱空腔结构，外径尺寸与钻杆10一致，在其前端预留有安装扩孔刀臂3的刀槽，为保证稳定性，在钻具主体2的前部呈圆周均布三个，钻具主体2的前端为公头，并通过圆锥外螺纹与PDC钻头1的末端的内螺纹配合连接；钻具主体2的后端为母头，通过圆锥内螺纹与钻杆10外螺纹一端配合实现连接，采用密封连接，能够减少管路压力损失，保证压力的稳定性。

扩孔刀臂3安装在钻具主体2的刀槽内，扩孔刀臂3的前端通过安装轴可旋转安装在刀槽前端，扩孔刀臂3的末端与支撑杆4通过销轴旋转连接，方便安装。扩孔刀臂3的外端面带有扩孔齿31，沿扩孔刀臂3长轴向均匀分布，三个扩孔刀臂3为在钻具主体2上为三角对称结构，在使用过程中，靠外侧一端磨损严重后，可临时调转方向安装，节省时间，也提高了装置使用寿命以及利用率。

刀臂3初始位置为水平状态，同时扩孔齿31在钻具主体2外侧，这样既能防止装置卡死，无法触发，又保证扩孔切削效果。

为保证刀臂3初始状态，钻具主体2内部留有两个卡簧安装槽，卡簧9安装在卡簧安装槽内，卡簧内圈直径小于定位块5和调整杆8的最大外径，所以卡簧可以对定位块5和调整杆8进行限制定位，在内侧卡簧9安装后，在支撑底座6上依次安装定位块5和弹簧7，支撑底座6为圆柱空腔结构，前端封闭，后端加工有内螺纹，在封闭端外侧圆周分布有三个安装架11，通过销轴分别与三根支撑杆4的末端相连接；调整杆8螺纹连接在支撑底座的后部，调整杆8的末端依靠卡簧9进行定位，这样既方便定位块5与弹簧7的安装，也可以根据安装后的尺寸以及弹簧7的参数来计算触发装置所需要的理论压力值。

根据钻具主体2安装位置的不同，可以实现不同的功能，安装在钻头1末端，主要用于实现钻进/扩孔一体化作业；安装在钻杆10与钻杆10之间时，在不同水压作用下，既可以实现扩孔，对于整个钻具系统来说，还具有扶正的功能；根据施工长度的需要，在钻杆10间可安装一个或者间隔安装多个，既保证钻孔轨迹，还能有效防止钻孔卡钻、堵孔等问题。

本发明采用三组连杆机构，兼顾打钻、扩孔、扶正于一体，结构简单，安装使用方便，通过调节钻机供水水压来实现上述功能，能够有效保证钻孔轨迹，降低工人劳动强度，提高作业效率，具有较好的现场适用性。

实施例一

本钻具的施工步骤举例：

(1)钻进阶段，根据需要，将钻具主体安装在钻头1与钻杆10之间，送入钻孔，在钻机带动下常规钻进；

(2)扩孔阶段，在需要扩孔时，停止钻进，保持钻具主体2低速旋转，调整钻机供水水压，随着水压不断增大，调整杆8在压力作用下向前移动，进而压缩弹簧7，随着支撑底座6向前移动，扩孔刀臂3与支撑杆4夹角不断缩小，扩孔刀臂3旋转展开，随着钻杆10旋转实现扩孔；

(3)扶正阶段，根据施工钻孔长度的不同，在整个钻具系统中可采用“1+2+10+…”、“1+2+10+…+2+10+…”或者“1+2+10+…+2+10+…+2+10+…”等多种方式，随着水压的不断增大，当扩孔刀臂3完全展开后，在钻机推进力作用下，钻具不断前进，由于三组扩孔刀臂3与支撑杆4组成的连杆机构，中心对称，在不断扩孔前进的同时，对整个钻杆系统来说也具有支撑扶正的作用，保证了钻孔轨迹。

(4)退钻阶段，扩孔结束后，降低水压，支撑底,6在弹簧7作用下恢复到初始状态，扩孔刀臂3随之收回，在钻机作用下即可退出钻具，进行下一钻孔施工；

(5)根据施工的需要，在钻进或者退钻过程中，可重复上述(1)(2)(3)步骤，实现多次扩孔。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有扶正功能的钻扩一体化钻具，其特征在于，包括：PDC钻头(1)、钻具主体(2)、钻杆(10)，PDC钻头(1)、钻具主体(2)与钻杆(10)依次顺序连接，钻具主体(2)为圆柱空腔结构，其外径尺寸与钻杆(10)相同，在钻具主体(2)内设有扩孔刀臂(3)、支撑杆(4)、定位块(5)、支撑底座(6)、弹簧(7)、调整杆(8)、卡簧(9)，在钻具主体(2)的前部设有三个呈圆周分布的刀槽，三个扩孔刀臂(3)前端均通过安装轴可转动安装在钻具主体(2)的不同的所述刀槽前端，三个扩孔刀臂(3)末端分别与三个支撑杆(4)通过销轴旋转连接；支撑杆(4)的末端通过销轴连接到支撑底座(6)的三个安装架(11)上，所述安装架(11)在支撑底座(6)前部的外侧面上呈圆周分布；定位块(5)和弹簧(7)套在支撑底座(6)前部的外侧，调整杆(8)通过螺纹安装在支撑底座(6)的末端。

2.根据权利要求1所述的具有扶正功能的钻扩一体化钻具，其特征在于，PDC钻头(1)的末端带有内螺纹，钻具主体(2)通过其前端带有的圆锥外螺纹与PDC钻头(1)的内螺纹配合连接，钻具主体(2)的后端也带有内螺纹，钻杆(10)通过其前端带有的圆锥外螺纹与钻具主体(2)后端的内螺纹配合密封连接。

3.根据权利要求1所述的具有扶正功能的钻扩一体化钻具，其特征在于，扩孔刀臂(3)的外端面带有扩孔齿(31)，扩孔齿(31)沿扩孔刀臂(3)轴向均匀分布，扩孔刀臂(3)的初始位置与钻具主体(2)平行，且扩孔齿(31)在钻具主体(2)外侧。

4.根据权利要求1所述的具有扶正功能的钻扩一体化钻具，其特征在于，在定位块(5)的前方和调整杆(8)的后方各设有一个卡簧(9)进行定位，卡簧(9)的外侧卡在钻具主体(2)内壁上的卡簧安装槽内。

5.根据权利要求1所述的具有扶正功能的钻扩一体化钻具，其特征在于，定位块(5)的外边缘与钻具主体(2)的内壁接触，调整杆(8)底部也与钻具主体(2)的内壁接触。

6.根据权利要求1所述的具有扶正功能的钻扩一体化钻具，其特征在于，在钻杆(10)的末端设置内螺纹，钻杆(10)的内螺纹与钻具主体(2)的圆锥外螺纹配合密封连接。

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