扩孔用反循环集束式潜孔锤的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种扩孔用反循环集束式潜孔锤，包括：上接头、内管、外管、配气室、气动潜孔锤、中心管、密封固定盘，所述内管外部从上到下依次套设上接头、外管，所述接头与外管连接，所述内管下端与中心管连接，所述外管上部套设配气室，所述中心管下部套设密封固定盘，所述配气室与密封固定盘之间设置有若干个气动潜孔锤。本发明与配套的双壁钻具系统连接后，在岩石段扩孔钻进过程中，孔内可形成反循环通道，实现反循环排渣，从而达到充分发挥气动潜孔锤高效碎岩优势。
【专利说明】扩孔用反循环集束式潜孔锤
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于钻探设备【技术领域】，具体涉及一种扩孔用反循环集束式潜孔锤。
【背景技术】
[0002]气动潜孔锤钻进技术具有高效碎岩的特点，目前在油气勘探、金属矿勘探、基础桩基钻探等领域已经得到较为广泛的应用。
[0003]气动潜孔锤钻进技术在矿山应急救援领域的应用也一直是业界努力的方向，尤其是在2010年智利铜矿矿难大救援中，当导向孔与被困人员所在井下区域打通后，扩孔时采用了大直径集束式潜孔锤进行扩孔钻进，破碎下来的岩屑沿着导向孔落入巷道，被困人员则在钻孔下方配合清渣工作，大直径集束式潜孔锤在岩石段扩孔钻进中的优良表现，极大地缩短了钻孔成孔周期，对加快实施救援行动起到了积极作用，这也使国内相关行业对该项技术投入了更大的关注。
[0004]但是在很多矿区，矿床上覆地层通常含有一段或多段含水层，如果导向孔提前与巷道打通，则地层水会沿着导向孔进入巷道，假若地层水较大此时则不能照搬智利铜矿难救援钻孔施工方案；而导向孔与巷道不提前打通，则由于最终要求的钻孔直径很大，采用气动潜孔锤正循环钻进，为了顺利排洛，需要几百m3/min的注气量，且随着钻孔深度的增加、或地层出水量增大，所需的注气量急剧增加，对钻机、空压机、增压机、以及钻具都提出了极为严苛的要求，更严重的是大量的上返高速气流对钻孔上部地层冲刷不可忽视，甚至是不可解决的，极容易造成孔内事故。因此，在这种工况条件下，若要利用气动潜孔锤的高效碎岩的优势，采用大直径潜孔锤反循环钻进是最佳的选择。
[0005]据公开报道，国内大直径反循环潜孔锤产品主要有:单头大直径湿式反循环潜孔锤(FGC-15型、FGC-15B型)、大直径组合捆绑式风动潜孔锤(FC-312型)、大直径贯通式潜孔锤(最大直径为Φ660πιπι)，以上大直径反循环潜孔锤都是全断面潜孔锤，施工时可能会钻偏，而前述两种类型的大直径反循环潜孔锤配套的是多通道法兰连接式的钻具，加接钻具时所需时间长。
【发明内容】
[0006]为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种扩孔用反循环集束式潜孔锤。
[0007]为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的:
[0008]本发明实施例提供一种扩孔用反循环集束式潜孔锤，该潜孔锤包括:上接头、内管、外管、配气室、气动潜孔锤、中心管、密封固定盘，所述内管外部从上到下依次套设上接头、外管，所述接头与外管连接，所述内管下端与中心管连接，所述外管上部套设配气室，所述中心管下部套设密封固定盘，所述配气室与密封固定盘之间设置有若干个气动潜孔锤。
[0009]上述方案中，所述配气室包括上联板、下联板、侧护管，所述上联板和下联板通过侧护管连接，所述上联板和下联板的中心设置有第一中心孔，所述外管设置在第一中心孔内，所述下联板设置有若干个第一孔，所述第一孔内设置有潜孔锤接头，所述潜孔锤接头的下端与气动潜孔锤的上端连接，所述配气室的侧部连续焊接有高度不大于2_的第一 Z字型耐磨带。
[0010]上述方案中，所述侧护管由两种不同规格直径的圆弧相间焊接而成。
[0011]上述方案中，所述上联板顶面通过若干个导正加强筋板与外管连接。
[0012]上述方案中，所述中心管下部与排渣弯管的一端连接，所述排渣弯管的另一端与密封固定盘连接。
[0013]上述方案中，所述上接头的上端为母扣，下端为公扣，下部外侧设置有两对第一铣扁O
[0014]上述方案中，所述外管的上端为母扣，下端为母扣，上部外侧设置有两对第二铣扁，中部设有若干个进气孔。
[0015]上述方案中，所述内管的上下两端均为插接式连接结构，并且分别设有两道O型密封圈槽，且两端均有若干个扶正块。
[0016]上述方案中，所述中心管的上端为公扣，下端为母扣，所述公扣内侧的插接为插接式结构，中部设置有若干高度不等的斜孔。
[0017]上述方案中，所述密封固定盘的中心设置有第二中心孔，在所述第二中心孔外侧圆周上设置有若干个用于与潜孔锤接头下端连接的第二孔，所述密封固定盘上还设置有用于连接排渣弯管的第三孔，所述密封固定盘的侧部连续焊接有高度不大于2_的第二 Z字型耐磨带，底部布设若干用于安装硬质合金的小孔。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果:
[0019]本发明与大直径正循环潜孔锤相比，本发明注入空气量取决于气动潜孔锤正常工作所需气量，极大减小了所注入的压缩空气量，降低了对钻机、空压机、增压机以及钻具系统等的要求；
[0020]本发明与单体大直径反循环潜孔锤相比，将小型潜孔锤组合构成大断面大直径施工钻具，无论从机械加工、热处理工艺的难度方面讲，还是从造价、后期维护成本方面来说，都是具有明显的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的剖视图；
[0022]图2为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的上接头结构示意图；
[0023]图3为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的外管结构示意图；
[0024]图4为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的内管结构示意图；
[0025]图5为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的中心管结构示意图；
[0026]图6为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的配气室结构的侧视图；
[0027]图7为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的配气室结构的俯视图；
[0028]图8为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的配气室结构的立体图；
[0029]图9为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的潜孔锤接头结构示意图；
[0030]图10为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的排渣弯管结构示意图；
[0031]图11为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的密封固定盘结构示意图；
[0032]图12为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的密封固定盘的剖视图；
[0033]图13为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的密封固定盘的侧视图；
[0034]图14为本发明实施例提供的一种扩孔用反循环集束式潜孔锤的密封固定盘的俯视图。
[0035]图中标号及符号说明:1、上接头；2、内管；3、外管；4、导正加强板筋；5、配气室；6、潜孔锤接头；7、气动潜孔锤；8、中心管；9、排渣弯管；10、密封固定盘；11、进气孔；12、第一铣扁；13、第二铣扁；14、第一道O型密封槽；17、第二道O型密封槽；15、16、扶正块；18、插接；19、斜孔；501、上联板;503、侧护管;502、下联板；504、第一中心孔；505、第一孔；506、第一 Z字型耐磨带；101、第二中心孔；102、第二孔；103、第三孔；104、第二 Z字型耐磨带。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0037]本发明实施例提供一种扩孔用反循环集束式潜孔锤，如图1?14所示，该潜孔锤包括:上接头1、内管2、外管3、配气室5、气动潜孔锤7、中心管8、密封固定盘10，所述内管2外部从上到下依次套设上接头1、外管3，所述接头I与外管3连接，所述内管2下端与中心管8连接，所述外管3上部套设配气室5，所述中心管8下部套设密封固定盘10，所述配气室5与密封固定盘10之间设置有若干个气动潜孔锤7。
[0038]所述气动潜孔锤7的冲击器外径Φ 181mm，钻头直径Φ215.9mm，接头扣型为4A11。
[0039]如图6?8所示，所述配气室5包括上联板501、下联板502、侧护管503，所述上联板501和下联板502通过侧护管503连接，所述上联板501和下联板502的中心设置有第一中心孔504，所述外管3设置在第一中心孔504内，所述下联板502设置有若干个第一孔505，所述第一孔505内设置有潜孔锤接头6，所述潜孔锤接头6的下端与气动潜孔锤7的上端连接；在配气室5侧部连续焊有高度2_的第一 Z字型耐磨带506，所述配气室5材料均选择Q235可焊性较好的常规钢材加工。
[0040]所述潜孔锤接头6选用符合SY/T5290-2000石油钻杆接头标准，其扣型为4A10，接头外径Φ168.3mm,尾部焊颈直径为Φ 127mm。
[0041]所述上联板501顶面通过若干个导正加强筋板4与外管3连接。所述导正加强筋板4为成直角三角形形状，宽度为30mm，两直角边分别焊接于配气室5上联板501、外管3外侧壁，其中较短边长度为200mm，焊在配气室5的上联板501上，较长边长度为400mm，焊接在外管3外侧壁上，材料为Q235板材。
[0042]所述中心管8下部与排渣弯管9的一端连接，所述排渣弯管9的另一端与密封固定盘10连接。所述排渣弯管9设置3个，均由Φ73πιπι无缝钢管按照一定比例弯制而成，长度分别为:568mm、750mm、980mm，对应折弯比例分别为:0.49:1、0.80:1、0.98:1。
[0043]如图2所示，所述上接头I的上端为母扣，下端为公扣，下部外侧设置有两对第一铣扁12;管材为Φ177.8πιπι钻铤(4145Η或40CrMo)，将原管材内径从Φ71.4mm扩至Φ90πιιη。
[0044]如图3所示，所述外管3的上端为母扣，下端为母扣，上部外侧设置有两对第二铣扁13，中部设有若干个进气孔11 ;管材为Φ 177.8mm钻铤(4145H或40CrMo)，将原管材内径从 Φ71.4mm 扩至 C>90mm。
[0045]如图4所示，所述内管2的上下两端均为插接式连接结构，并且分别设有第一道O型密封圈槽14、第二道O型密封圈槽17，且两端分别设置有第一扶正块15、第二扶正块16 ；管材材料Q235钢材,外径为Φ80ι?πι。
[0046]如图5所示，所述中心管8的上端为公扣，下端为母扣，所述公扣内侧的插接18为插接式结构，中部设置有若干高度不等的斜孔19;管材为Φ177.8πιπι钻铤(4145Η或40CrMo).
[0047]如图11?14所示，所述密封固定盘10的中心设置有第二中心孔101，在所述第二中心孔101外侧圆周上设置有若干个用于与潜孔锤接头6下端连接的第二孔102，所述密封固定盘10上还设置有用于连接排渣弯管9的第三孔103，所述密封固定盘10的侧部连续焊接有高度不大于2mm的第二 Z字型耐磨带104，所述密封固定盘10下端面设计有若干孔径Φ 15mm、孔深1mm的硬质合金孔105,硬质合金柱体装入后其出露高度不能超过潜孔锤钻头的柱齿球面，其作用主要搅动孔底碎岩粉、碎屑，使之从孔底岩石表面脱离，且可防止泥岩层遇水钻进时泥岩凝结成块。
[0048]所述上接头I下端的公扣与外管3上端的母扣螺纹连接；所述外管3穿过配气室5的第一中心孔504，使外管3的进气孔11位置处于配气室5内部，所述外管3与配气室5在第一中心孔504上下两侧以焊接连接，所述外管3下端的母扣与中心管8上端的公扣螺纹连接；所述内管2上部设置的扶正块15与上接头I内侧相接触，所述内管2下部设置的扶正块16与外管3下部内侧相接触，所述内管2下端与中心管8上端的公扣内侧以插接方式连接；所述中心管8经中部若干斜孔19与排渣弯管9插接并外圈焊接，所述中心管8下端穿过密封固定盘10的第二中心孔101，所述中心管8与密封固定盘10在第二中心孔101上下两侧以焊接连接；所述配气室5的下联板502上的若干第一孔505与潜孔锤接头6插式焊接；所述气动潜孔锤7穿过密封固定盘10上的第二孔102与潜孔锤接头6螺纹连接；所述排渣弯管9上端与中心管8斜孔19插接连接，下端与密封固定盘10上的第三孔103以插式焊接连接；所述导正加强筋板4与外管3、配气室5上联板502焊接。
[0049]所述外管3与中心管8的分体设计，将内侧18插接式结构设置于中心管8公扣内侧处，有效解决了由于外管长度过大，在机械加工过程中不能保障对内侧18插接式结构的同心度、粗糙度设计要求的难题，保障了其与内管2下端插接式结构的配合密封效果，极大降低了机械加工的难度；
[0050]所述导向加强板筋4的设计、配气室5梅花状结构设计及其侧部耐磨带506设计、以及密封固定盘10侧部耐磨带104的设计，具有以下几个主要技术优势:可保障在提钻过程中顺利通过易缩径的泥岩孔段，避免集束式潜孔锤配气室5上联板501卡阻在安装在钻孔上部孔段套管的下端边沿，以及避免钻进过程中集束式潜孔锤的偏磨，提高其使用寿命。
[0051]本发明的底部可直接螺纹连接与导向孔相适应的导向钻头，从而保障扩孔钻进不会偏离原钻孔轨迹，且导向钻头可拆装式的设计，方便了后期单个潜孔锤的快速更换。
[0052]本发明与配套的双壁钻具系统连接后，在岩石段扩孔钻进过程中，孔内可形成反循环通道，实现反循环排渣，从而达到充分发挥气动潜孔锤高效碎岩优势的目的。
[0053]钻进时，孔底反循环形成通道如下:
[0054]钻具下入孔底前，所述中心管8下端螺纹连接Φ311πιπι三牙轮导向钻头，上接头I上部螺纹连接Φ 127mm/Φ70mm双壁钻杆；钻具下至孔底后，下行的压缩气体自上接头1、外管3与内管2构成的环状间隙经外管3下部设有的气孔进入配气室5，然后由多个潜孔锤接头6进入气动潜孔锤7驱动潜孔锤高效破碎孔底岩石，工作后的废气经气动潜孔锤7的钻头气孔喷出，由于密封固定盘10与钻孔的间隙很小，废气携带岩屑进入排渣管9，经中心管8、内管2进入与上接头I螺纹连接的双壁钻杆内管中，携带至钻孔外。
【权利要求】
1.一种扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于，该潜孔锤包括:上接头(I)、内管(2)、外管(3)、配气室(5)、气动潜孔锤(7)、中心管(8)、密封固定盘(10)，所述内管(2)外部从上到下依次套设上接头(I)、外管(3)，所述接头(I)与外管(3)连接，所述内管(2)下端与中心管(8)连接，所述外管(3)上部套设配气室(5)，所述中心管(8)下部套设密封固定盘(10)，所述配气室(5)与密封固定盘(10)之间设置有若干个气动潜孔锤(7)。
2.根据权利要求1所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述配气室(5)包括上联板(501)、下联板(502)、侧护管(503)，所述上联板(501)和下联板(502)通过侧护管(503)连接，所述上联板(501)和下联板(502)的中心设置有第一中心孔(504)，所述外管(3)设置在第一中心孔(504)内，所述下联板(502)设置有若干个第一孔(505)，所述第一孔(505)内设置有潜孔锤接头(6)，所述潜孔锤接头(6)的下端与气动潜孔锤(7)的上端连接，所述配气室(5)的侧部连续焊接有高度不大于2_的第一 Z字型耐磨带(506)。
3.根据权利要求2所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述侧护管(503)由两种不同规格直径的圆弧相间焊接而成。
4.根据权利要求2所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述上联板(501)顶面通过若干个导正加强筋板(4)与外管(3)连接。
5.根据权利要求1或3所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述中心管(8)下部与排渣弯管(9)的一端连接，所述排渣弯管(9)的另一端与密封固定盘(10)连接。
6.根据权利要求1所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述上接头(I)的上端为母扣，下端为公扣，下部外侧设置有两对第一铣扁(12)。
7.根据权利要求1所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述外管(3)的上端为母扣，下端为母扣，上部外侧设置有两对第二铣扁(13)，中部设有若干个进气孔(11)。
8.根据权利要求1所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述内管(2)的上下两端均为插接式连接结构，并且分别设有两道O型密封圈槽，且两端均有若干个扶正块。
9.根据权利要求1所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述中心管(8)的上端为公扣，下端为母扣，所述公扣内侧的插接为插接式结构，中部设置有若干高度不等的斜孔(19) ο
10.根据权利要求1所述的扩孔用反循环集束式潜孔锤，其特征在于:所述密封固定盘(10)的中心设置有第二中心孔(101)，在所述第二中心孔(101)外侧圆周上设置有若干个用于与潜孔锤接头(6)下端连接的第二孔(102)，所述密封固定盘(10)上还设置有用于连接排渣弯管(9)的第三孔(103)，所述密封固定盘(10)的侧部连续焊接有高度不大于2mm的第二 Z字型耐磨带(104)，底部布设若干用于安装硬质合金的小孔(105)。
【文档编号】E21B4/06GK104499935SQ201410747538
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】赵江鹏, 石智军, 王四一, 刘建林, 李泉新, 刘祺, 曹明 申请人:中煤科工集团西安研究院有限公司