一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头制造技术

本发明专利技术公开了一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头，包括扩底中心钻头体、扩底钻头补芯、限位环、花键轴、花键套、半环卡键、导向平键及钻头活瓣。花键轴与扩底中心钻头体、镶嵌有硬质合金柱形齿的钻头活瓣等零部件组合安装共同实现对岩石进行切削；花键轴与花键套组合利用其内部的槽和孔形成空气循环介质的循环通道；半环卡键将扩底钻头固定安装在空气潜孔锤钻具下方进行冲击回转钻进；钻头活瓣安装在扩底中心钻头体上并可以沿其上T型卡键移动从而改变钻头钻进直径，本发明专利技术与护壁套管、空气潜孔锤钻具组配可进行空气反循环潜孔锤扩底跟管钻进，与常规套管钻进工艺相比具有钻具组合结构简单、便于维护、能耗低、使用寿命长等技术优势。

A kind of split large diameter Air Reverse Circulation DTH reamer bit

【技术实现步骤摘要】
一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头
本专利技术涉及一种地质勘探、石油钻井、岩土工程钻探等领域的扩孔钻进装置，特别是涉及一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头。
技术介绍
地质勘探、石油钻井、岩土工程钻探等行业的施工常常要在复杂地层中进行，针对众多复杂地层，尤其是在易坍塌破碎地层、易漏失地层中钻进时，如若不采取相应的固井护壁措施，埋钻、卡钻事故则会经常发生，钻井工程中严重的井内事故有可能影响整个工程的成败。为此，钻井工程技术人员往往采用常规的钻井后下放套管、应用套管钻井工艺或者应用跟管钻进工艺的方法以维护孔壁。常规套管护壁方法是在钻进时遇到严重坍塌破碎地层、严重漏失地层时，停止钻进，下放外径略小于孔壁直径的套管，向孔壁与套管壁间隙注入水泥，待水泥凝固之后继续钻进。如若钻井工程钻进区域复杂地层较多，该种加固井壁的方法则显得耗时较长，导致钻井工程经济钻速较低。此外，由于每次固井下放的套管外径都要小于固井段直径，为了能够继续钻进则不得不选用直径小于上一级套管内径的钻头与套管继续钻进与护壁，因此使用这种传统固井方法的钻孔自下而上呈阶梯状，但这并不利于深井与超深井的钻井生产。套管钻井是指用套管代替钻杆对钻头施加扭矩和钻压，实现钻头旋转与钻进。整个钻井过程不再使用钻杆、钻铤等，钻头是利用钢丝绳投捞，在套管内实现钻头升降，即实现不提钻更换钻头钻具。在石油钻井工程中则减少了起下钻次数，从而大大降低了井喷、卡钻等意外事故发生的概率，提高了钻井安全性。但由于套管钻井工艺使用的套管生产要求十分严格，生产成本较高，在进行深井、超深井钻进时该种钻井工艺反而大幅度提高了工程成本，因此此类钻井工艺并不能得到不同领域钻井工程的广泛应用。跟管钻进使用的钻具直径小于套管内径，因此为了使钻头钻进产生的钻孔能够容纳套管同时实现套管与钻头同步进尺，在钻具下方设置有偏心钻头，偏心钻头在钻进时会向外张开增大钻头外径进行扩孔钻进。跟管钻进只适用于孔深较浅的地质勘探、水井钻进、隧道管棚施工等工程领域，适用范围较狭窄。此外，由于跟管扩孔偏心钻头与偏心钻具结构较复杂、易损件多，因此该种钻井工艺实施效果与预期相比并不是很理想。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提出了一种应用于空气反循环潜孔锤扩底钻进的钻头，其为分体式大直径钻头，沿钻头环向均匀分布且可以活动的钻头活瓣与套管配合可以实现空气反循环潜孔锤跟管钻进，维护孔壁，并且无需更换更小直径的钻头与套管就能够持续钻进，并且由于钻头的特殊结构设计，钻头容易从钻孔套管中频繁的拔出与下放。本专利技术对传统的用于反循环钻进的钻头的空气流道布置与岩屑排出钻孔的路径进行了重新设计，钻头整体具有排出岩屑效率高、流体流动压力损失小，因而冲击回转钻进效率高，大幅降低生产施工能耗成本等优势。此外由于钻头整体使用的零件较少，钻头也具有结构简单、便于维护、使用寿命长等优势。本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头，其特征在于，包括：扩底中心钻头体、扩底钻头补芯、限位环、花键轴、花键套、半环卡键、导向平键及钻头活瓣，所述扩底中心钻头体为倒置的圆台形结构，扩底中心钻头体与花键轴同轴，并与花键轴的下部螺纹连接，扩底中心钻头体的顶部向内凹陷形成环形凹槽，扩底中心钻头体的外侧壁沿周向均布有至少三个T型卡键，并在每个T型卡键的下部开设有限位平键槽，同时每一个T型卡键下底面布置有一个硬质合金柱型齿；所述扩底钻头补芯与扩底中心钻头体同轴，并与扩底中心钻头体的底部螺纹连接，扩底钻头补芯的底唇面上设置有硬质合金柱型齿；所述限位环用于控制钻头活瓣行程的上止点，限位环设置在扩底中心钻头体与花键轴之间，且限位环通过定位销固定在扩底中心钻头体上；所述花键轴内部设有上下贯通的过流通道，该过流通道的底部与扩底中心钻头体的环形凹槽连通，过流通道自下而上依次为空气循环介质入口段、流体增速通道段及岩屑上返通道段，空气循环介质入口段从下至上直径逐渐变小，空气循环介质入口段顶端的直径与流体增速通道段的直径一致；岩屑上返通道段的直径大于流体增速通道段的直径；花键轴从上到下分为三段，第一轴段为花键段，花键段的外表面沿圆周均布设有矩形花键齿,相邻两个矩形花键齿之间形成花键齿凹槽，并在每个矩形花键齿上部设置有卡槽，所有卡槽呈环形布置，第二轴段为光杆段，第二轴段的直径大于第一轴段和第三轴段的直径，第二轴段中设置有沿轴向贯穿的空气过孔，空气过孔围绕着第二轴段的中轴线均匀分布，空气过孔顶部延伸至花键段并与花键齿凹槽连通，空气过孔的底部与扩底中心钻头体的环形凹槽连通，同时第二轴段外部均布有槽孔，该槽孔沿倾斜于第二轴段轴向的方向设置，槽孔的上部与花键轴内部的过流通道的流体增速段连通，槽孔的底部与第二轴段的底端面贯通；第三轴段为螺纹段，其外壁上设置有与扩底中心钻头体连接的外螺纹；所述花键套与空气潜孔锤钻具外缸筒螺纹连接，花键套套设在花键轴的花键段上，其采用外径定心的方式与花键轴花键联接，花键套与花键轴之间形成的间隙为空气过流孔道；所述半环卡键安装在位于花键轴上部的呈环形布置的卡槽内，半环卡键与空气潜孔锤钻具固定连接；所述钻头活瓣数量至少为三个，钻头活瓣数量与T型卡键数量一致，至少三个钻头活瓣沿着扩底中心钻头体外侧壁周向均匀布置，钻头活瓣朝向扩底中心钻头体的一侧形状与扩底中心钻头体外壁形状吻合，该侧上开设有与扩底中心钻头体上的T型卡键匹配的T型键槽，且T型键槽沿钻头活瓣纵向贯通，T型键槽的槽底下部开设有沿纵向布置的导向平键槽，导向平键槽的上端封闭，下端贯通，钻头活瓣的底唇面及在钻头回转的方向钻头活瓣与岩石接触的侧边上均布置有硬质合金柱型齿；所述导向平键的一侧通过螺钉固定在限位平键槽内部，导向平键的另一侧与导向平键槽相互配合用于限制钻头活瓣行程的下止点。进一步，所述扩底中心钻头体上的环形凹槽的截面为半圆形，并在其边缘处设置有圆形倒角。进一步，所述扩底中心钻头体上的T型卡键上开设有与扩底中心钻头体的环形凹槽连通的空气分流孔，同时在扩底中心钻头体上任意相邻两个钻头活瓣安装空隙之间开设有与扩底中心钻头体的环形凹槽连通的空气分流孔。进一步，所述槽孔为圆角矩形直槽孔。进一步，所述钻头活瓣为扇环柱体结构，扇环柱体朝向扩底中心钻头体的一侧形状与扩底中心钻头体外壁形状吻合，扇环柱体远离扩底中心钻头体的一侧从上部到中部为倒置抛物线型曲面。进一步，所述花键套外部加工有空间螺线型的凹槽。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：(1)本专利技术提出的分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头结构简单可靠，易于维修。分体式、可活动、通过相对扩底中心钻头体移动实现变径的钻头活瓣可以与护壁套管良好配合工作，在钻头进尺时钻头活瓣张开实现扩孔钻进，在提钻时各个钻头活瓣间的空隙会将钻头上方岩屑落至钻孔底部，防止埋钻事故发生，同时钻头活瓣收缩会减小钻头外径，从而使钻头可以顺利进入套管内部并被提离钻孔，该种设计摒弃了传统的套管钻进结构复杂工艺方法实现困难的缺点，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头，其特征在于，包括：扩底中心钻头体、扩底钻头补芯、限位环、花键轴、花键套、半环卡键、导向平键及钻头活瓣，/n所述扩底中心钻头体为倒置的圆台形结构，扩底中心钻头体与花键轴同轴，并与花键轴的下部螺纹连接，扩底中心钻头体的顶部向内凹陷形成环形凹槽，扩底中心钻头体的外侧壁沿周向均布有至少三个T型卡键，并在每个T型卡键的下部开设有限位平键槽，同时每一个T型卡键下底面布置有一个硬质合金柱型齿；/n所述扩底钻头补芯与扩底中心钻头体同轴，并与扩底中心钻头体的底部螺纹连接，扩底钻头补芯的底唇面上设置有硬质合金柱型齿；/n所述限位环用于控制钻头活瓣行程的上止点，限位环设置在扩底中心钻头体与花键轴之间，且限位环通过定位销固定在扩底中心钻头体上；/n所述花键轴内部设有上下贯通的过流通道，该过流通道的底部与扩底中心钻头体的环形凹槽连通，过流通道自下而上依次为空气循环介质入口段、流体增速通道段及岩屑上返通道段，空气循环介质入口段从下至上直径逐渐变小，空气循环介质入口段顶端的直径与流体增速通道段的直径一致；岩屑上返通道段的直径大于流体增速通道段的直径；花键轴从上到下分为三段，第一轴段为花键段，花键段的外表面沿圆周均布设有矩形花键齿,相邻两个矩形花键齿之间形成花键齿凹槽，并在每个矩形花键齿上部设置有卡槽，所有卡槽呈环形布置，第二轴段为光杆段，第二轴段的直径大于第一轴段和第三轴段的直径，第二轴段中设置有沿轴向贯穿的空气过孔，空气过孔围绕着第二轴段的中轴线均匀分布，空气过孔顶部延伸至花键段并与花键齿凹槽连通，空气过孔的底部与扩底中心钻头体的环形凹槽连通，同时第二轴段外部均布有槽孔，该槽孔沿倾斜于第二轴段轴向的方向设置，槽孔的上部与花键轴内部的过流通道的流体增速段连通，槽孔的底部与第二轴段的底端面贯通；第三轴段为螺纹段，其外壁上设置有与扩底中心钻头体连接的外螺纹；/n所述花键套与空气潜孔锤钻具外缸筒螺纹连接，花键套套设在花键轴的花键段上，其采用外径定心的方式与花键轴花键联接，花键套与花键轴之间形成的间隙为空气过流孔道；/n所述半环卡键安装在位于花键轴上部的呈环形布置的卡槽内，半环卡键与空气潜孔锤钻具固定连接；/n所述钻头活瓣数量至少为三个，钻头活瓣数量与T型卡键数量一致，至少三个钻头活瓣沿着扩底中心钻头体外侧壁周向均匀布置，钻头活瓣朝向扩底中心钻头体的一侧形状与扩底中心钻头体外壁形状吻合，该侧上开设有与扩底中心钻头体上的T型卡键匹配的T型键槽，且T型键槽沿钻头活瓣纵向贯通，T型键槽的槽底下部开设有沿纵向布置的导向平键槽，导向平键槽的上端封闭，下端贯通，钻头活瓣的底唇面及在钻头回转的方向钻头活瓣与岩石接触的侧边上均布置有硬质合金柱型齿；/n所述导向平键的一侧通过螺钉固定在限位平键槽内部，导向平键的另一侧与导向平键槽相互配合用于限制钻头活瓣行程的下止点。/n...

【技术特征摘要】
1.一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头，其特征在于，包括：扩底中心钻头体、扩底钻头补芯、限位环、花键轴、花键套、半环卡键、导向平键及钻头活瓣，
所述扩底中心钻头体为倒置的圆台形结构，扩底中心钻头体与花键轴同轴，并与花键轴的下部螺纹连接，扩底中心钻头体的顶部向内凹陷形成环形凹槽，扩底中心钻头体的外侧壁沿周向均布有至少三个T型卡键，并在每个T型卡键的下部开设有限位平键槽，同时每一个T型卡键下底面布置有一个硬质合金柱型齿；
所述扩底钻头补芯与扩底中心钻头体同轴，并与扩底中心钻头体的底部螺纹连接，扩底钻头补芯的底唇面上设置有硬质合金柱型齿；
所述限位环用于控制钻头活瓣行程的上止点，限位环设置在扩底中心钻头体与花键轴之间，且限位环通过定位销固定在扩底中心钻头体上；
所述花键轴内部设有上下贯通的过流通道，该过流通道的底部与扩底中心钻头体的环形凹槽连通，过流通道自下而上依次为空气循环介质入口段、流体增速通道段及岩屑上返通道段，空气循环介质入口段从下至上直径逐渐变小，空气循环介质入口段顶端的直径与流体增速通道段的直径一致；岩屑上返通道段的直径大于流体增速通道段的直径；花键轴从上到下分为三段，第一轴段为花键段，花键段的外表面沿圆周均布设有矩形花键齿,相邻两个矩形花键齿之间形成花键齿凹槽，并在每个矩形花键齿上部设置有卡槽，所有卡槽呈环形布置，第二轴段为光杆段，第二轴段的直径大于第一轴段和第三轴段的直径，第二轴段中设置有沿轴向贯穿的空气过孔，空气过孔围绕着第二轴段的中轴线均匀分布，空气过孔顶部延伸至花键段并与花键齿凹槽连通，空气过孔的底部与扩底中心钻头体的环形凹槽连通，同时第二轴段外部均布有槽孔，该槽孔沿倾斜于第二轴段轴向的方向设置，槽孔的上部与花键轴内部的过流通道的流体增速段连通，槽孔的底部与第二轴段的底端面贯通；第三轴段为螺纹段，其外壁上设置有与扩底中心钻头体连接的外螺纹；
所述花键套与空气潜孔锤钻具外缸筒螺纹连接，花键套套设在花键轴的花键段上，其采用外径定心的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑显赫，王清岩，李昊轩，盛洁，钟蔚岭，雷菊，李舒霞，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22