专利名称：内螺旋筒式组合岩石钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种内螺旋筒式组合岩石钻具，适用于钻成孔施工作业。
背景技术：
在旋挖钻机钻进施工过程中钻具的选择至关重要。在硬岩地层钻进工况下，可以 选用筒式岩石钻具及短螺旋钻具，但在实际应用过程中，均存在着影响钻进效率和成孔质 量的问题。普通筒式岩石钻具的工作原理是钻具外筒体下方的切削工具在地层中切割出一 个环形槽，在提钻时利用钻机上提拉力拉断岩心，岩心依靠岩屑之间的粘附和卡堵被钻具 携带到地表后卸除。其优点是施加在切削工具上的比压力大，切削效率高，但是在旋挖钻进 成孔过程中由于钻孔机能力、岩心长径比及地层特性等原因，常会出现无法拉断岩心，或是 岩屑在提钻过程中脱落的情况。短螺旋钻具利用沿螺旋叶片布置的切削工具可有效破碎岩 心，但常会出现岩渣从叶片外侧脱落的情况。因此目前在大口径旋挖钻进施工过程中目前 通常采用分级组合钻进的工法，即先采用小规格的筒式岩石钻具切削并取出岩心，随后再 使用大规格的螺旋钻具完成扩孔工作，最后再使用清孔钻头完成成孔工作，工序复杂，效率 低下。在此种情况下，需要研究新型式的岩石钻具，有效解决硬岩地层钻进以及携带岩 心的问题，简化工作步骤，提高钻进效率。
发明内容为了解决目前硬岩地层旋挖钻进施工工序复杂及钻进困难、难以有效携带岩心的 问题，本实用新型提供一种内螺旋筒式组合岩石钻具，该钻具可完成钻孔、碎岩、成孔的工 作。该钻具由连接法兰1、加强筋2、连接盖板3、外筒体4、耐磨条5、芯轴连接板6、螺 旋芯轴7、螺旋叶片8、切削工具9、贯通开口 10组成，所述外筒体通过连接盖板与连接法兰 固定连接。螺旋芯轴与外筒体完全同心，通过芯轴连接板与连接法兰固定连接。螺旋叶片 的内侧与芯轴固定连接，外侧与外筒体的内壁固定连接。数个螺旋叶片沿圆周方向均勻布 置。所述切削工具分别固定在外筒体与螺旋叶片的下端。优选地，所述螺旋叶片上的切削工具的下端高于外筒体上切削工具的下端。优选地，所述螺旋叶片设置为两片，对称布置。优选地，所述若干个耐磨条分为2至3组，圆周方向均勻布置，每组耐磨条自上而 下延轴向方向均勻间隔布置。所述贯通开口在圆周方向上均勻布置在各组耐磨条之间的空隙内。优选地，各贯通开口的位置设置在筒体的不同高度位置。外筒超前钻进，利用外筒体上的切削工具相对于螺旋叶片上的切削工具的高度差 和径向位置差，实现分级钻进、破碎的功能。外筒体上切削工具先切削地层，利用外筒体上 切削工具较大的比压力先克服地层围压切削地层，岩心进入外筒体内部后螺旋叶片上的切削工具开始对去除围压之后的岩心进行破碎切削，破碎后的岩心沿螺旋叶片导向进入筒体 内壁与芯轴之间的空间内。在提钻过程中，相比起相同外径规格的单筒体的筒式岩石钻具， 内螺旋筒式组合岩石钻具在切削岩层之后对岩心进行了破碎，所需拉力大幅降低。芯轴与 筒体内壁之间的岩心依靠芯轴以及外筒体内壁之间的摩擦力及卡阻力携带到地面，外筒体 内表面与螺旋芯轴外表面及螺旋叶片组成相对封闭的环形空间，此设计减小了筒体内部空 间，增大了岩心的长径比，提高了提钻过程中发生岩心楔形卡堵的几率，便于携带岩心。本实用新型的有益效果是一种钻具实现多种功能，改善取心效果，简化施工工序， 提高钻进效率，有效降低成本。
以下结合附图对本实用新型进一步说明。
图1为内螺旋筒式组合岩石钻具的正视结构示意图。图2为内螺旋筒式组合岩石钻具的仰视结构示意图。图中1.连接法兰，2.加强筋，3.连接盖板，4.外筒体，5.耐磨条，6.芯轴连接板， 7.螺旋芯轴，8.螺旋叶片，9.切削工具，10.贯通开口。
具体实施方式
一种内螺旋筒式组合岩石钻具，包括连接法兰1、加强筋2、连接盖板3、外筒体4、 耐磨条5、芯轴连接板6、螺旋芯轴7、螺旋叶片8、切削工具9、贯通开口 10。连接法兰1根 据钻机配套，一般为方形，其上有连接穿销孔，通过销轴与钻机钻杆相连接。连接法兰1与 加强筋2、连接盖板3固定在一起，连接法兰1在圆形连接盖板3的中心部位，与连接盖板水 平面保证垂直，外筒体4上端与连接盖板3固定为一体，连接法兰1同心，螺旋芯轴7、芯轴 连接板6与连接法兰1固定为一体，保证螺旋芯轴7与外筒体4保持同心，并且保证与连接 盖板的垂直度。螺旋叶片8与螺旋芯轴7固定为一体。在外筒体4的外壁沿圆周方向均勻 地布置有2至3组耐磨条5，每组耐磨条若干条，耐磨条5起到抗磨、扶正钻具的作用，在外 筒体4和螺旋叶片8的下部均固定有数个切削工具9，切削工具9交错布置，切削岩层。在使用过程中，首先钻机钻杆通过连接法兰1向钻具传递扭矩和压力，钻具的外 筒体5上的切削工具低于螺旋叶片8上的切削工具，外筒体上安装的切削工具首先切削地 层，可以充分发挥钻具比压，压入地层，岩心随之进入筒式钻具外筒体4内部，切削到一定 深度后，螺旋叶片8上的切削工具开始工作，切削进入到外筒体4内部的岩心，已经去除地 层围压的岩心破碎阻力降低，可实现有效破碎，破碎后的岩心沿螺旋叶片8的导向进入外 筒体4内部以及螺旋芯轴7之间的空间之中，螺旋叶片8与外筒体4及芯轴组成相对封闭 的环形空间，在提钻过程中增大岩心之间发生的卡堵，便于有效携带岩心到地表。钻具将岩心携带到地表后，利用钻机反转，使破碎的岩心沿着螺旋叶片导向脱落 下来。为便于清除岩心，在外筒体4上布置有不同高度的贯通开口 10，可在发生岩心卡堵时 自钻具外部施加外力加速岩心的卸除。
权利要求一种内螺旋筒式组合岩石钻具，其特征在于，包括连接法兰(1)、加强筋(2)、连接盖板(3)、外筒体(4)、耐磨条(5)、芯轴连接板(6)、螺旋芯轴(7)、螺旋叶片(8)、切削工具(9)、贯通开口(10)组成；连接法兰(1)、加强筋(2)、连接盖板(3)及芯轴连接板(6)组成连接部件；螺旋芯轴(7)与螺旋叶片(8)组成内螺旋，其上端与所述连接部件固定连接；外筒体(4)套装在所述内螺旋的外侧，其上端与所述连接部件固定连接。
2.按权利要求1所述的内螺旋筒式组合岩石钻具，其特征在于，外筒体(4)通过连接盖 板(3)与连接法兰(1)固定连接；螺旋芯轴(7)通过芯轴连接板(6)与连接法兰(1)固定 为一体，螺旋芯轴(7)与外筒体(4)同心。
3.按权利要求1所述的内螺旋筒式组合岩石钻具，其特征在于，螺旋芯轴(7)的下端固 定有数片螺旋叶片(8)；数片螺旋叶片(8)沿圆周方向均勻布置。
4.按权利要求1所述的内螺旋筒式组合岩石钻具，其特征在于，在外筒体(4)和螺旋叶 片(8)的下部均固定有数个切削工具(9)，切削工具(9)交错布置，切削岩层。
5.按权利要求1所述的内螺旋筒式组合岩石钻具，其特征在于，外筒体(4)上布置的切 削工具(9)比螺旋叶片(8)上布置的切削工具(9)低一定高度。
6.按权利要求1所述的内螺旋筒式组合岩石钻具，其特征在于，在外筒体(4)的外表 面上圆周方向上均勻地布置有若干组耐磨条(5)，耐磨条呈螺旋上升，每组耐磨条沿外筒体 (4)轴向自上而下间隔均布，耐磨条(5)起到抗磨及扶正钻具的作用。
7.按权利要求1所述的内螺旋筒式组合岩石钻具，其特征在于，贯通开口(10)在圆周 方向上均勻布置在各组耐磨条(5)之间的空隙内；各贯通开口设置在筒体的不同高度位置。
专利摘要本实用新型提供一种内螺旋筒式组合岩石钻具，包括连接部分、外筒体、螺旋芯轴、螺旋叶片及若干切削工具等组成；所述外筒体的上部与连接盖板固定连接为一体，螺旋叶片与螺旋芯轴通过芯轴连接板与连接法兰固定连接在一起；所述若干切削工具固定连接在外筒体及螺旋叶片的下端；外筒体外表面上固定连接有若干组均匀布置的呈螺旋上升的耐磨条。外筒体上的切削工具环状切削岩层后，岩心进入筒体，螺旋叶片上的切削工具破碎岩心，破碎的岩心进入芯轴与外筒体之间的空间，在提钻过程中，螺旋叶片与外筒体及芯轴组成的空间，大幅提高了携带岩心的能力，提高了钻具的钻进效率和成孔速度。
文档编号E21B10/04GK201738814SQ20102023720
公开日2011年2月9日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者冯美贵, 史新慧, 朱迪斯, 杨鹏, 翁炜, 黄玉文 申请人:北京探矿工程研究所