旋顶式变径钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及变径地质钻头装置【技术领域】，是一种旋顶式变径钻头，其包括上接头、活动套、旋转套、下接头和压缩弹簧；上接头的上部外壁上自上而下一体固定有外径依次减小的上台阶和下台阶，在上接头的下部外壁上沿圆周均匀一体固定有至少两个的凸台，在上接头的内壁上有贯通上接头中部和下部内壁的安装长槽，活动套为内部有圆形空腔的三棱柱，活动套套装在下台阶上。本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，能够先以小井眼钻进到储层，再通过钻压推动旋转套顶出切削臂，之后钻压通过推力杆使切削臂张开到设计角度，变径范围最少能扩至原钻头工具直径的2倍以上，起钻容易，矿藏开采效率高。
【专利说明】旋顶式变径钻头
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及变径地质钻头装置【技术领域】，是一种旋顶式变径钻头。
【背景技术】
[0002] 目前深层矿藏资源开采方式主要包括空场采矿法、充填采矿法和崩落采矿法。现 有采矿方法难以避免的会引起不同程度的地质灾害。随着地层深度的增加，井底温度和压 力也随之增加，极大的提高了采矿的劳动强度和开采难度。现有技术难以开采埋深2000m 以下的矿藏资源，但是随着浅层矿藏资源大量开采，深层矿藏必定是未来相关产业的支柱 并日益显现其重要性。有关学者提出了运用油气开采钻井工艺来开采深层矿藏，综合经济 性和开采效率，在储层以上地层钻小直径井眼，到达储层以后以大直径钻进，用钻井液将矿 物颗粒携带到地面进行分离。目前在油气井中有一种可以先进行小直径钻进接着进行大 直径钻进的变径钻头，但是该变径钻头至多扩径10%，完全无法满足采煤工作的井下扩径工 作，并且目前用于煤矿开采作业中还没有这种先进行小直径钻进、然后进行大直径钻进的 变径钻头工具。
【发明内容】
[0003] 本实用新型提供了一种旋顶式变径钻头，克服了上述现有技术之不足，其能有效 解决目前没可以先进行小直径钻进然后进行大直径钻进的变径钻头工具的问题。
[0004] 本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种旋顶式变径钻头，包括上 接头、活动套、旋转套、下接头和压缩弹簧；上接头的上部外壁上自上而下一体固定有外径 依次减小的上台阶和下台阶，在上接头的下部外壁上沿圆周均匀一体固定有至少两个的凸 台，在上接头的内壁上有贯通上接头中部和下部内壁的安装长槽，活动套为内部有圆形空 腔的三棱柱，活动套套装在下台阶上，在下台阶下方的上接头外壁上固定安装有外径大于 活动套内径的挡环，旋转套的上部内壁上设置有与凸台对应并相配的螺旋槽，每条螺旋槽 之间相互平行，旋转套的下部内壁上设置有与凸台对应并相配的轴向长槽，每条轴向长槽 相互平行，螺旋槽与轴向长槽圆滑过渡贯通，旋转套套装在上接头的下部外壁上，凸台位于 与其对应的螺旋槽内，下接头的下部外壁上一体固定有横截面呈三角形的三棱柱凸台，三 棱柱凸台上方的下接头与安装长槽以花键方式安装在一起，旋转套座在三棱柱凸台上，在 挡环与旋转套之间的上接头外壁上套装有压缩弹簧，压缩弹簧的上端与挡环的下端面相 抵，压缩弹簧的下端与旋转套的上端面相抵，在旋转套的下部外壁上沿圆周均匀固定安装 有与三棱柱凸台的三个侧面分别相对应的三个顶杆，活动套的三个侧面分别与三棱柱凸台 的三个侧面相对应，在活动套的三个侧面上分别铰接有推力杆，在三棱柱凸台的三个侧面 上分别铰接有切削臂，每个切削臂上分别有受力面，与受力面相对的切削臂侧面上分布有 切削齿，每个顶杆上分别有旋转面，每个旋转面分别与与其对应的受力面相抵，顶杆上方的 切削臂与推力杆的下端铰接在一起。
[0005] 下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：
[0006] 上述顶杆下方的旋转套外壁上一体固定有限位环台，在限位环台和三棱柱凸台之 间固定安装有推力轴承。
[0007] 上述在上接头的下部外壁上沿圆周均匀一体固定有三个凸台。
[0008] 上述在下台阶下方的上接头外壁上通过螺栓固定安装有外径大于活动套内径的 挡环，在旋转套的下部外壁上沿圆周均匀焊接有与三棱柱凸台的三个侧面分别相对应的三 个顶杆，在下接头的下端有外螺纹。
[0009] 本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，能够先以小井眼钻进到储层，再通过钻压 推动旋转套顶出切削臂，之后钻压通过推力杆使切削臂张开到设计角度，变径范围最少能 扩至原钻头工具直径的2倍以上，起钻容易，矿藏开采效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 附图1为本实用新型切削臂收缩状态下的主视半剖视结构示意图。
[0011] 附图2为本实用新型顶杆运动到止点状态下的主视半剖视结构示意图。
[0012] 附图3为本实用新型切削臂完全张开状态下的主视半剖视结构示意图。
[0013] 附图4为附图1的A-A向剖视结构示意图。
[0014] 附图5为附图2的B-B向剖视结构示意图。
[0015] 附图6为本实用新型切削臂的受力面的示意图。
[0016] 附图7为本实用新型顶杆的旋转面的示意图。
[0017] 附图中的编码分别为：1为上接头，2为上台阶，3为下台阶，4为凸台，5为安装长 槽，6为活动套,7为挡环，8为旋转套，9为下接头，10为三棱柱凸台，11为压缩弹簧，12为顶 杆，13为推力杆，14为切削臂，15为受力面，16为旋转面，17为限位环台，18为轴承，19为 轴向长槽。
【具体实施方式】
[0018] 本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来 确定具体的实施方式。
[0019] 在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书 附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图 方向来确定的。
[0020] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：
[0021] 如附图1、2、3、4、5、6、7所示，该旋顶式变径钻头包括上接头1、活动套6、旋转套8、 下接头9和压缩弹簧11 ;上接头1的上部外壁上自上而下一体固定有外径依次减小的上台 阶2和下台阶3,在上接头1的下部外壁上沿圆周均匀一体固定有至少两个的凸台4,在上 接头1的内壁上有贯通上接头中部和下部内壁的安装长槽5,活动套6为内部有圆形空腔 的三棱柱，活动套6套装在下台阶3上，在下台阶3下方的上接头1外壁上固定安装有外径 大于活动套6内径的挡环7,旋转套8的上部内壁上设置有与凸台4对应并相配的螺旋槽， 每条螺旋槽之间相互平行，旋转套8的下部内壁上设置有与凸台4对应并相配的轴向长槽 19,每条轴向长槽19相互平行，螺旋槽与轴向长槽19圆滑过渡贯通，旋转套8套装在上接 头1的下部外壁上，凸台4位于与其对应的螺旋槽内，下接头9的下部外壁上一体固定有横 截面呈三角形的三棱柱凸台10,三棱柱凸台10上方的下接头9与安装长槽5以花键方式安 装在一起，旋转套8座在三棱柱凸台10上，在挡环7与旋转套8之间的上接头1外壁上套 装有压缩弹簧11，压缩弹簧11的上端与挡环7的下端面相抵，压缩弹簧11的下端与旋转套 8的上端面相抵，在旋转套8的下部外壁上沿圆周均匀固定安装有与三棱柱凸台10的三个 侧面分别相对应的三个顶杆12,活动套6的三个侧面分别与三棱柱凸台10的三个侧面相对 应，在活动套6的三个侧面上分别铰接有推力杆13,在三棱柱凸台10的三个侧面上分别铰 接有切削臂14,每个切削臂14上分别有受力面15,与受力面15相对的切削臂14侧面上分 布有切削齿，每个顶杆12上分别有旋转面16,每个旋转面16分别与与其对应的受力面15 相抵，顶杆12上方的切削臂14与推力杆13的下端铰接在一起。
[0022] 在钻压的作用下，上接头1下行，进而压缩压缩弹簧11，压缩弹簧11对旋转套8施 加压力，在凸台4和螺旋槽的配合下，旋转套8旋转，并通过顶杆12使切削臂14从三棱柱 凸台10的侧面旋出，活动套6轴向有一定自由度，在顶杆12顶出切削臂14过程中，活动套 6轴向运动来配合切削臂14和推力杆13的运动，防止运动干涉，当切削臂14和推力杆13 之间的夹角为120°时，凸台4滑动到螺旋槽的尾端，之后凸台4由螺旋槽过渡到与其连通 的轴向长槽19内，钻压继续作用，上台阶2的下端面与活动套6接触，并通过推力杆13推 动切削臂14继续张开，直到上接头1的下端面接触到三棱柱凸台10的上端面，此时切削臂 14保持张开角度；起钻时，在压缩弹簧11作用下，切削臂14收回；挡环7限制活动套6的 轴向位移，三棱柱凸台10上方的下接头9与安装长槽5以花键方式安装在一起方便下接头 9与上接头1之间传递扭矩，压缩弹簧11在旋转套8和上接头1之间产生推力，螺旋槽与轴 向长槽19圆滑过渡贯通这样能保证旋转套8在顶杆12顶出切削臂14以后保持应有的位 置而不再旋转，每个切削臂14上的受力面15如附图6所示，每个顶杆12上的旋转面16如 附图7所示。
[0023] 可根据实际需要，对上述旋顶式变径钻头作进一步优化或/和改进：
[0024] 如附图1、2、3所示，顶杆12下方的旋转套8外壁上一体固定有限位环台17,在限 位环台17和三棱柱凸台10之间固定安装有推力轴承18。推力轴承18能够减小旋转套8 转动的阻力。
[0025] 根据需要，在上接头1的下部外壁上沿圆周均匀一体固定有三个凸台4。
[0026] 根据需要，在下台阶3下方的上接头1外壁上通过螺栓固定安装有外径大于活动 套6内径的挡环7,在旋转套8的下部外壁上沿圆周均匀焊接有与三棱柱凸台10的三个侧 面分别相对应的三个顶杆12,在下接头9的下端有外螺纹。
[0027] 本实用新型在钻压作用下使旋转套8带动顶杆12旋转，顶杆12从侧面顶出切削 臂14,当切削臂14张开设计角度120°时候，钻压作用下推力杆13受力并推动切削臂14 继续张开，直到切削臂14到达设计角度，顶杆2能够保证即使切削臂14和推力杆13在初 始大角度也能进一步推动切削臂14张开，控制简单可靠；在进行钻柱提拉时，在压缩弹簧 11作用下，活动套6带动推力杆13运动，推力杆13拖动切削臂14收回，起钻容易；并且， 本实用新型的切削臂14和推力杆13从侧面张开，能够有效避免矿物颗粒卡住导致工具无 法张开的现象。本实用新型能够先以小井眼钻进到储层，再通过钻压推动旋转套8顶出切 削臂14,之后钻压通过推力杆使切削臂14张开到设计角度，结构简单，变径范围最少能扩 至原钻头工具直径的2倍以上，起钻容易，矿藏开采效率高。
[0028] 以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施 效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
【权利要求】
1. 一种旋顶式变径钻头，其特征在于包括上接头、活动套、旋转套、下接头和压缩弹簧； 上接头的上部外壁上自上而下一体固定有外径依次减小的上台阶和下台阶，在上接头的下 部外壁上沿圆周均匀一体固定有至少两个的凸台，在上接头的内壁上有贯通上接头中部和 下部内壁的安装长槽，活动套为内部有圆形空腔的三棱柱，活动套套装在下台阶上，在下台 阶下方的上接头外壁上固定安装有外径大于活动套内径的挡环，旋转套的上部内壁上设置 有与凸台对应并相配的螺旋槽，每条螺旋槽之间相互平行，旋转套的下部内壁上设置有与 凸台对应并相配的轴向长槽，每条轴向长槽相互平行，螺旋槽与轴向长槽圆滑过渡贯通，旋 转套套装在上接头的下部外壁上，凸台位于与其对应的螺旋槽内，下接头的下部外壁上一 体固定有横截面呈三角形的三棱柱凸台，三棱柱凸台上方的下接头与安装长槽以花键方式 安装在一起，旋转套座在三棱柱凸台上，在挡环与旋转套之间的上接头外壁上套装有压缩 弹簧，压缩弹簧的上端与挡环的下端面相抵，压缩弹簧的下端与旋转套的上端面相抵，在旋 转套的下部外壁上沿圆周均匀固定安装有与三棱柱凸台的三个侧面分别相对应的三个顶 杆，活动套的三个侧面分别与三棱柱凸台的三个侧面相对应，在活动套的三个侧面上分别 铰接有推力杆，在三棱柱凸台的三个侧面上分别铰接有切削臂，每个切削臂上分别有受力 面，与受力面相对的切削臂侧面上分布有切削齿，每个顶杆上分别有旋转面，每个旋转面分 别与与其对应的受力面相抵，顶杆上方的切削臂与推力杆的下端铰接在一起。
2. 根据权利要求1所述的旋顶式变径钻头，其特征在于顶杆下方的旋转套外壁上一体 固定有限位环台，在限位环台和三棱柱凸台之间固定安装有推力轴承。
3. 根据权利要求1或2所述的旋顶式变径钻头，其特征在于在上接头的下部外壁上沿 圆周均匀一体固定有三个凸台。
4. 根据权利要求1或2所述的旋顶式变径钻头，其特征在于在下台阶下方的上接头外 壁上通过螺栓固定安装有外径大于活动套内径的挡环，在旋转套的下部外壁上沿圆周均匀 焊接有与三棱柱凸台的三个侧面分别相对应的三个顶杆，在下接头的下端有外螺纹。
5. 根据权利要求3所述的旋顶式变径钻头，其特征在于在下台阶下方的上接头外壁上 通过螺栓固定安装有外径大于活动套内径的挡环，在旋转套的下部外壁上沿圆周均匀焊接 有与三棱柱凸台的三个侧面分别相对应的三个顶杆，在下接头的下端有外螺纹。
【文档编号】E21B10/32GK203847003SQ201420218575
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】秦勇, 胡永昌 申请人:新疆准东石油技术股份有限公司