CN102003145B

CN102003145B - 一种孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头

Info

Publication number: CN102003145B
Application number: CN2010105152271A
Authority: CN
Inventors: 马保松; 韦立勇; 曾聪; 兰海涛; 舒彪
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: CN102003145A

Abstract

本发明提供了一种孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，其钻头体的钻头锥体和笔状锥头的内部均为中空的腔体，动力驱动装置中的传动轴中部设有转盘，装有牙轮的牙轮座安装于转盘上，钻头锥体的尾端安装于传动轴的后端部，笔状锥头的尾端安装于传动轴的前端部，电机经传动轴带动转盘和牙轮作旋转运动；电机位于钻头锥体的腔体内，钻杆接头插装于笔状锥头的腔体中，或者电机位于笔状锥头的腔体内，钻杆接头插装于钻头锥体的腔体中；钻杆接头的内部为中空腔体，该腔体通过笔状锥头的腔体或钻头锥体的腔体，以及若干吸渣口与外部连通，吸渣口位于牙轮侧下方。该钻头能克服现有技术中地表驱动的各种弊端，可克服传统正循环大直径水平定向钻进方法存在的排渣困难的难题。

Description

一种孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头

技术领域

本发明涉及一种孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，该钻头用于采用水平定向钻进工艺进行油气或市政管道铺设施工，属于非开挖工程技术领域。

背景技术

目前，在采用水平定向钻进技术铺设管道施工中，随着管道长度和钻孔直径越来越大，工程难度也越来越大。特别是对于大型水平定向钻穿越工程，所需要的施工设备也特别庞大，钻机的扭矩往往要达到10万牛米以上，钻机的回拖力要达到300吨以上，现在最大的钻机回拖力已达到800吨。另外，随着孔径的增大，钻杆在水平钻孔内的位置和状态很难控制，加上钻杆回转对孔壁的摩擦和钻杆自身的磨损，钻杆折断等孔内事故发生的几率很高。所以，大型水平定向钻工程对水平定向钻钻机和机具设计制造都提出了很高的要求。现有的由地表钻机通过钻杆回转驱动扩孔钻头切削岩石的技术还存在如下缺点：

1)钻杆回转时与孔壁摩擦，不但对钻杆有磨损，缩短钻杆的使用寿命，且钻杆在弯曲的钻孔中回转，处于极恶劣的工况条件下，容易发生钻杆折断和疲劳破坏。

2)钻杆转动对孔壁稳定性影响较大，也易使钻孔形状发生改变。

3)地表动力在由钻机通过钻杆传递到扩孔钻头的过程损失较大。

4)在孔内沉渣较多，泥浆中沙土含量较大时，易造成钻具磨损严重、扩孔扭矩过大，出现卡钻和钻具折断等工程事故。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，可以克服上述地表驱动的一系列弊端。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，该钻头至少包括钻头体和动力驱动装置，钻头体的钻头锥体和笔状锥头的内部均为中空的腔体，动力驱动装置中的传动轴中部设有转盘，装有牙轮的牙轮座安装于转盘上，钻头锥体的尾端通过轴承安装于传动轴的后端部，笔状锥头的尾端通过轴承安装于传动轴的前端部，动力驱动装置中的电机经传动轴带动转盘和牙轮作旋转运动；电机位于钻头锥体的腔体内，钻杆接头插装于笔状锥头的腔体中，或者电机位于笔状锥头的腔体内，钻杆接头插装于钻头锥体的腔体中；钻杆接头的内部为中空腔体，钻杆接头的腔体通过笔状锥头的腔体或钻头锥体的腔体，以及若干吸渣口与外部连通，吸渣口位于牙轮侧下方。

由上述技术方案可知本发明将水平定向钻进技术中驱动扩孔钻头回转的动力由传统的地表钻机驱动式转变为孔底扩孔钻头自驱动方式，以克服上述地表驱动的各种弊端。且该孔底动力扩孔钻头用反循环方式排出岩渣，还可以克服传统正循环大直径水平定向钻进方法存在的排渣极其困难的一系列技术难题，可大幅度降低工程成本。

因此，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1)采用反循环扩孔钻进，可高效地清除钻孔中的钻渣或卵砾石，不留死角。因此可有效地降低钻孔的扩径系数，从而降低扩孔级数和洗孔次数。

2)动力装置直接安装在孔内的钻头上，钻进过程中钻杆不须转动，克服钻杆回转的全部缺点；

3)可大大降低钻杆的磨损，延长钻杆的使用寿命；

4)可避免因钻杆回转振动对钻孔孔壁的破坏，减少孔内事故的发生；

5)钻杆与孔壁之间没有摩擦，有利于降低功率消耗，提高能量利用率；

6)孔下动力驱动扩孔钻头回转，改善了钻杆的受力状况，降低了对钻杆材质的要求；

7)可大大降低水平定向钻机在设计和使用中对钻机扭矩这一关键参数的要求。

附图说明

图1是本发明实施例1的整体结构示意图。

图2是本发明实施例2的整体结构示意图。

图中1、电线；2、电机；3、轴承；4、止推轴承a；5、V型止水垫圈；6、传动轴；7、转盘；8、吸渣口；9、钻杆接头；10、钻头锥体；11、止推轴承b；12、牙轮座；13、牙轮；14、保护辐条；15、接线板；16、笔状锥头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明提供的孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头的主要部件为钻头体和动力驱动装置，钻头体的钻头锥体10和笔状锥头16的内部均为中空的腔体，笔状锥头16外设有保护辐条14，动力驱动装置中的传动轴6中部设有转盘7，装有牙轮13的牙轮座12安装于转盘7上，钻头锥体10的尾端通过止推轴承b11安装于传动轴6的后端部，笔状锥头16的尾端通过止推轴承a4安装于传动轴6的前端部，动力驱动装置中的电机2经传动轴6带动转盘7和牙轮13作旋转运动；实施例1(见图1)中电机2位于中空的笔状锥头16内，钻杆接头9插装于中空的钻头锥体10中，钻杆接头9内的中空腔体通过钻头锥体10的腔体和若干吸渣口8与外部连通，笔状锥头16的端部设有接线板15，笔状锥头16的尾端与轴承之间设有止水垫圈5；实施例2(见图2)中电机2位于中空的钻头锥体10内，安装电机2的底板经轴承3与运动件分隔，钻杆接头9插装于中空的笔状锥头16中，钻头锥体10的端部设有接线板15，电机2通过电线1和接线板15与外部电源连接，钻杆接头9内的中空腔体通过笔状锥头16的腔体和若干吸渣口8与外部连通；若干吸渣口8位于牙轮13侧下方，且沿钻头体径向分层排布。使用该钻头钻进时，外部电源通过接线板15和电线1与电机2相连供给电能，驱动其回转，带动传动轴6转动，传动轴6带动与其相连的转盘7转动，固定在转盘7上的牙轮13随着转盘7转动，从电机至牙轮的传动可通过现有技术(如齿轮传动)实现。牙轮钻头通过公转和自传不断磨切、碾压破碎切削面上的岩石，磨切下来的钻渣或卵砾石与泥浆混合后直接被吸入吸渣口8，扩孔钻头通过钻杆接头与钻杆连通，钻杆内中空的腔体与扩孔钻头内中空的腔体通过吸渣口与钻孔环状空间连通，两腔体、吸渣口和钻孔环状空间共同形成泥浆通道，以满足钻进中泥浆能按照泥浆池→钻孔环状空间→扩孔钻头→钻杆→砂石泵→泥浆池的流动方向循环流动的要求，钻进中混有钻渣的泥浆地表砂石泵的抽吸作用下通过泥浆通道被排至地表。含有钻渣的泥浆在钻渣被分离装置分离后可重新补给进入泥浆循环***，形成泥浆按照泥浆池→钻孔环状空间→扩孔钻头→钻杆→砂石泵→泥浆池的流动方向循环流动。地面钻机提供的牵引力通过钻杆传至钻头，提供使钻头切入岩层的压力并牵引钻头不断向回扩的方向前进，实现扩孔钻进。

Claims

1.一种孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，至少包括钻头体和动力驱动装置，其特征在于：钻头体的钻头锥体和笔状锥头的内部均为中空的腔体，动力驱动装置中的传动轴中部设有转盘，装有牙轮的牙轮座安装于转盘上，钻头锥体的尾端通过轴承安装于传动轴的后端部，笔状锥头的尾端通过轴承安装于传动轴的前端部，动力驱动装置中的电机经传动轴带动转盘和牙轮作旋转运动；电机位于钻头锥体的腔体内，钻杆接头插装于笔状锥头的腔体中，或者电机位于笔状锥头的腔体内，钻杆接头插装于钻头锥体的腔体中；钻杆接头的内部为中空腔体，钻杆接头的腔体通过笔状锥头的腔体或钻头锥体的腔体，以及若干吸渣口与外部连通，吸渣口位于牙轮侧下方。

2.根据权利要求1所述的孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，其特征在于：若干吸渣口沿钻头体径向分层排布。

3.根据权利要求1所述的孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，其特征在于：笔状锥头外设有保护辐条。

4.根据权利要求1所述的孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，其特征在于：所述轴承为止推轴承。

5.根据权利要求1所述的孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，其特征在于：电机位于中空的钻头锥体内时，钻头锥体的端部设有接线板。

6.根据权利要求1所述的孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，其特征在于：电机位于中空的笔状锥头内时，笔状锥头的端部设有接线板。

7.根据权利要求1所述的孔内驱动式水平定向钻反循环扩孔钻头，其特征在于：笔状锥头的尾端与轴承之间设有止水垫圈。