用于冲击式岩石钻孔的插入部分、钻头和螺纹接头的制作方法

文档序号:5417659阅读:204来源:国知局
专利名称:用于冲击式岩石钻孔的插入部分、钻头和螺纹接头的制作方法
技术领域
本发明涉及一种根据随后独立权利要求的前序部分所述的用于冲击式岩石钻孔的插入部分、钻头和螺纹接头。
背景技术
在岩石中进行冲击式顶锤钻孔中,钻柱往往通过杆或管的一个端面紧固在钻机中的钻杆尾连接件中。杆或管的另一个端部螺纹连接在另一根杆或另一根管或钻头上以进行冲击钻孔。该杆或管也可以通过螺纹套筒紧固在钻杆尾连接件或另一个零件上。冲洗通道延伸穿过整个钻柱以便将冲洗介质引导给钻头以清洗钻头刀具。
在钻孔时,钻柱即钻头、杆、管、套筒和钻杆尾连接件会受到机械和腐蚀侵蚀。在其中采用水作为冲洗介质并且环境潮湿的地下钻孔时尤为如此。侵蚀在受到最大应力的部分处即在螺纹连接底部和其它尺寸减小部分即具有较小横截面积的部分处尤为严重。在钻头到达在岩石中的空腔中的斜壁时该钻具往往受到弯矩。随着由冲击波和弯曲应力引起的脉动应变,出现疲劳或断裂。

发明内容
本发明的一个目的在于明显改善在用于冲击岩石钻孔的钻孔元件中的抗疲劳性。
本发明的另一个目的在于明显改善在用于冲击岩石钻孔的钻孔元件中的横断面积减小部分中的抗疲劳性。
本发明的再一个目的在于明显改善在用于冲击岩石钻孔的钻孔元件中的螺纹部分中的螺纹底部中的抗疲劳性。


这些和其它目的是通过用于冲击岩石钻孔的插入部分、钻头和螺纹接头来实现的,它们具有根据随后独立权利要求的特征部分参照附图所述的特征。
图1以侧视图显示出传统钻杆的插入部分。
图2以侧视图显示出传统钻杆的另一个插入部分。
图3A以侧视图显示出根据本发明的钻杆的插入部分。
图3B显示出根据在图3A中的B-B线剖开的剖视图。
图3C显示出根据在图3A中的C-C线剖开的剖视图。
图3D显示出该插入部分的透视图。
图4显示出根据本发明的钻头的轴向剖视图。
图5以局部剖开的方式显示出根据本发明的螺纹接头。
具体实施例方式
在图1和2中所示的用于冲击钻孔的每个钻杆1、2在其一个端部处设有螺纹插入部分3,在另一个端部处设有呈内螺纹套筒形部分的凹入部分(未示出)。插入部分3在该情况中优选通过摩擦焊接与圆杆4连接。该插入部分的最弱横断面在横断面积最小的位置处,参见螺纹间隙5和最后的螺纹匝6。
在利用有限元方法(FEM)模拟弯曲试验时,我们发现可以明显降低在插入部分的最弱横断面处的负载,由此延长这些插入部分的寿命。
在图3A-3D中所示的用于冲击钻孔的钻杆10的端部形成有设有阳螺纹或外螺纹12的根据本发明的套口接头或插入部分11。该钻杆还具有贯通的冲洗通道13,通过它引导通常为气体或水的冲洗介质。插入部分11的端面形成环形邻接面14,它在与钻头连接时用来抵靠在位于钻头中的中央凹槽底部处的相应环形邻接面上。在插入部分11上的螺纹的整个轮廓的面积具有最小的第一横截面积X,参见在图3B中的虚线区域。该插入部分11包括最后螺纹匝15或螺纹出口,它具有相对于螺纹的全部轮廓区域增大的第二横截面积,参见在图3C中的虚线区域Y。插入部分的最小横截面积设在该螺纹具有全部轮廓的区域中,并且第二横截面积在离第一横截面积1-5mm的间隔内测量出。螺纹12设在位于插入部分的端部处的第一部分16处。部分16的长度L为距离假想笔直圆柱体C的冲击面14的平面P的长度,该假想圆柱体接触着螺纹的外周或外径Dy,参见图3D。圆柱体C的外径Dy优选小于37mm。平面P垂直于中心线CL。由圆柱体的直径Dy分开的长度L位于1-2的间隔内。该间隔优选为1.2-1.9,最优选为1.3-1.6。作为一个示例,可以提出,长度L=57mm并且Dy=32.85mm的插入部分其大致配额1.7,并且长度为L=44.3mm并且Dy=32.85的插入部分其大致配额为1.3。邻接面14通过斜面与圆柱形或锥形套口接头17连接。该套口接头17没有螺纹,并且在某些情况中在已经安装有连接部分时在钻头中的凹槽中转动。套口接头17与螺纹12连接。
在图4中所示的用于冲击钻孔的钻头20包括一钻头头部21和一柄部或套筒22。钻头21和套筒22形成为一个部件。在这些附图中画出了用于钻头20和插入部分10的共同纵向中心线CL。该钻头20设有带有内部阴螺纹24的凹槽23,它将容纳插入部分10的外部阳螺纹12。根据本发明的钻头的钻头头部21按照通常方式设有在所示实施方案中为硬质合金嵌入件形状的岩石切削部件,其中显示出圆周定位的多个外围嵌入件25和两个前部按钮26。多条冲洗通道27在钻头的凹槽23和钻头头部21的前部之间轴向延伸。在所述凹槽的底部处设有用于插入部分10的邻接面14的邻接面30,即所谓的底部邻接面。
螺纹24包括其横截面积减小的螺纹间隙28。螺纹24设在凹槽23中的第二部分29处。部分29的长度L′为距离冲击面30的平面P′的长度,在所述平面处假想的笔直圆柱体C′接触着螺纹的内圆周Di。圆柱体C′的内径Di优选小于37mm,优选小于36mm。该平面P′优选与中心线CL垂直。由圆柱体的直径Di分开的长度L′位于间隔1-2的范围内。该间隔优选为1.2-1.9,最优选为1.3-1.6。邻接面30通过台肩与螺纹间隙28连接。该螺纹间隙与螺纹24连接。作为示例,可以提出,长度L′=39.7mm并且Di=29.5的钻头其大致配额为1.4,并且长度为L′=52.5mm并且Di=29.5的插入部分其大致配额为1.8。
只要该螺纹具有全部轮廓,则从平面P、P′中计算出L、L′。可选的是,笔直圆柱体应该能够在插入部分10上进入,或者以滑动配合方式从平面P、P′进入凹槽23一段距离或长度L、L′,直到圆柱体没有螺纹或抵靠在加厚的螺纹端部上。
在图5中,显示出根据本发明的螺纹接头40,它包括插入部分10和钻头20。插入部分10已经拧入到钻头20中直到冲击面14和30相互抵触。由于在插入部分10上的横截面积减小的部分设在距离接头40的自由端相对较短的位置处,所以弯曲应力在那里将低于在柄部明显更长的普通接头处。该插入部分和钻头包括轴向和径向设置在螺纹外面的用来在安装期间相互滑动配合的圆柱形表面。
本发明其依据在于,螺纹越短,则所导致的弯曲应力越低。在最后螺纹匝或螺纹间隙中的拉伸与已知接头相比降低了至少30%。从图3A、4和5中可以总结,在每个部分上通常仅有少许螺纹匝例如两个螺纹匝与另一个部分接合。在传统的螺纹接头的情况下,正常的工具寿命大约为850m,而新的插入部分在认为该接头已经磨坏之前达到大约2050m。
在本申请要求了其优先权的瑞典专利申请No.0201989-1中的公开内容在这里被结合作为参考。
权利要求
1.一种用于冲击式岩石钻孔的插入部分,它包括横截面积减小的部分,用于进行冲击式岩石钻孔的至少一个螺纹(12),其设在位于插入部分的端部处的部分(16)处,该插入部分的所述端部包括用于传递冲击波的邻接面(14),所述插入部分在该螺纹具有全部轮廓的区域处具有第一横截面积,其特征在于,所述部分(16)的长度(L)定义为圆柱体(C)距离冲击面的平面(P)的长度,圆柱体的直径与螺纹的外径(Dy)一致,其中由螺纹的外径(Dy)划分的所述长度位于1-2的间隔内,所述插入部分具有正好超出所述面积的第二横截面积,所述第二横截面积大于所述第一横截面积。
2.如权利要求1所述的插入部分,其特征在于,所述插入部分的最小横截面积设在螺纹具有全部轮廓的区域处,并且第二横截面积在离第一横截面积间隔1-5mm的范围内测量出。
3.如权利要求1或2所述的插入部分,其特征在于,所述间隔为1.2-1.9,最优选为1.3-1.6,并且圆柱体(C)的外径(Dy)优选小于37mm。
4.如权利要求1所述的插入部分,其特征在于,该插入部分与钢杆或钢管的端部牢固连接并且形成钻杆,并且该钻杆包括贯通的冲洗通道(13)。
5.一种用于冲击式岩石钻孔的钻头,它包括横截面积减小的部分,所述钻头(20)设有包括内部阴螺纹(24)的中央凹槽(23),该内部阴螺纹设在凹槽(23)中的部分(29)处并且用于进行冲击岩石钻孔,所述凹槽包括一邻接面(30),其特征在于,该部分(29)的长度(L′)定义为笔直圆柱体(C′)距离冲击面(30)的平面(P′)的长度,圆柱体的直径与螺纹的内径(Di)一致,其中由螺纹的内径(Di)划分的所述长度(L′)位于1-2的间隔内。
6.如权利要求5所述的钻头,其特征在于,该间隔为1.2-1.9,最优选为1.3-1.6,并且圆柱体(C)的外径(Dy)优选小于36mm。
7.如权利要求5或6所述的插入部分,其特征在于,该插入部分与钢杆或钢管的端部牢固连接并且形成钻杆(25),并且该钻杆包括贯通的冲洗通道(20)。
8.一种在插入部分和钻头之间用来进行冲击岩石钻孔的螺纹接头,所述插入部分包括横截面积减小的部分,用于进行冲击式岩石钻孔的至少一个螺纹(12)设在位于插入部分的端部处的第一部分(16)处,该插入部分的所述端部包括用于传递冲击波的邻接面(14),所述插入部分在该螺纹具有全部轮廓的区域处具有第一横截面积,所述钻头包括横截面积减小的部分,所述钻头(20)设有中央凹槽(23),它包括设在凹槽(23)的另一个部分(29)处的用于进行冲击岩石钻孔的内部阴螺纹(224),所述凹槽包括一邻接面(30),其特征在于,所述第一部分(16)的长度(L)定义为圆柱体(C)距离冲击面的平面(P)的长度,在那里圆柱体接触着螺纹的外径(Dy),其中由螺纹的外径(Dy)划分的所述长度位于1-2的间隔内,并且第二部分(29)的长度(L′)定义为距离笔直圆柱体(L′)的冲击面(30)的平面(P′)的长度,在那里圆柱体接触着螺纹的内径(Di),并且由螺纹的内径(Di)划分的所述长度(L′)位于1-2的间隔内。
9.如权利要求8所述的插入部分,其特征在于,所述间隔为1.2-1.9,最优选为1.3-1.6,并且圆柱体(C)的外径(Dy)优选小于37mm。
全文摘要
根据本发明,提供一种用于冲击式岩石钻孔的插入部分(10),它包括横截面积减小的部分,用于进行冲击式岩石钻孔的至少一个螺纹(12),其设在位于插入部分的端部处的部分(16)处。该插入部分的所述端部包括用于传递冲击波的邻接面(14)。所述部分(16)的长度(L)定义为圆柱体(C)距离冲击面的平面(P)的长度,圆柱体的直径与螺纹的外径(Dy)一致,其中由螺纹的外径(Dy)划分的所述长度位于1-2的间隔内。本发明还涉及钻头和螺纹接头。
文档编号E21B17/042GK1662726SQ03814806
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月6日 优先权日2002年6月27日
发明者博·卡尔斯特伦, 安德斯·布龙斯, 克里斯特·伦德贝里, 佩尔-奥洛夫·利耶布兰德 申请人:山特维克公司
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