扩孔器的制作方法

本实用新型涉及水电水利工程地质钻探领域，尤其涉及一种扩孔器。

背景技术：

扩孔钻进是指用相应的扩孔器具或钻具在原勘探钻孔内进行第二次钻进，以将原钻孔某些孔深段的口径切削扩大至需要口径的过程。在地质钻探时，因需要在钻孔内下放套管、跟进套管或扩大局部孔段口径的要求，往往需要对全孔或部分孔深段进行扩孔作业。

在石油天然气钻探中，钻孔扩孔作业应用较多，主要是提供满足套管下入到孔内的空间断面。一般采用大口径钻头直接从孔口自上而下将全钻孔扩大至与下放套管直径相适应的孔径。但在某些成井困难的地质条件下采用大口径钻头直接成孔方式施工难度大，于是国内已发展出了多种适用不同地质条件和钻机特点的扩孔钻头或扩孔器，如川石SH33型、史密斯FH547型、江钻HJT537型、江钻HJT547型和机械式可伸缩的PDC随钻扩孔钻具等扩孔钻头或扩孔器。

在工民建勘察、岩土工程的桩孔施工中，发展出了三翼正向扩孔钻头、筒式阶梯扩孔钻头、铰链式杆件扩孔钻头、偏心扩孔钻头和机械压出式伸缩扩孔钻头等能适应钻机特点和不同覆盖层地质条件的扩孔钻头。一般采用的是先小钻取心或先施工先导钻孔，再使用扩孔钻头或扩孔器从孔口或孔底位置自上而下扩大孔径成井，这种工艺不仅能提高钻进效率又能节省钻井成本。

然而在水电水利地质钻探中，扩孔钻进仍采用传统的孔内爆破，以满足套管跟进的需要。这主要是水电水利地质钻探的特点所决定的，水电水利钻探工区一般位于交通条件极为不便的高山峡谷地区，大型钻探设备、大型套管进场十分困难，钻探区域的河床覆盖层深厚且组成复杂，含大直径的孤块石现象严重，覆盖层架空现象突出，钻孔冲洗液漏失量大，一般采用先取芯钻进后及时跟管的工序实施，因此无法采用先完成所有扩孔作业后再下设套管的施工方式，因此也无法直接采用上述的各种扩孔钻进施工方法。

另外，水电水利地质钻探孔内爆破工艺存在火工产品使用手续办理繁琐，现场使用受到诸多的限制以及使用危险等弊端，同时当钻孔深度较深时爆破效果很难达到预期目标，还存在药包下放深度位置不到位可能造成套管被炸坏或炸断，增加了处理套管的成本，还可能因套管处理困难导致钻孔报废。特别是当套管跟进遇到较大孤块石或密实地层，采用孔内爆破效果不明显时，通常采用变径处理的方式通过大孤块石。变径处理会导致孔径过快减小，如果覆盖层较厚，如大于100m以上时，该方法会导致成孔的难度和风险增大，还可能导致钻孔无法形成终孔，进而造成钻孔报废。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供一种可以用于水电水利地质钻探工程中的扩孔器，可有效地对钻孔进行扩孔钻进，同时可及时地跟进套管。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：扩孔器，包括钻头机构、下连接管和上连接管；所述上连接管的下端与下连接管的上端相连；所述钻头机构包括钻头体、阀杆、阀座、切削翼齿和弹簧；所述钻头体的一端与下连接管的上端连接；在钻头体上设置有阀杆孔，所述阀杆设置在下连接管内，并且阀杆的下端可上下移动地插入到所述阀杆孔内，在钻头体上还设置有翼齿孔，所述翼齿孔的一端与阀杆孔连通，翼齿孔的另一端向下倾斜地从钻头体的外周壁面穿出；所述切削翼齿活动地设置在所述翼齿孔内，并且切削翼齿的一端与阀杆铰接；所述阀座固定安装在阀杆的上端，并且阀座位于下连接管和上连接管的连接处；所述弹簧套在位于阀座和钻头体之间的阀杆上；当阀座移动至与上连接管配合时为密封配合，当阀座移动至与下连接管配合时为间隙配合。

进一步的是：在钻头体上还设置有导流孔，所述导流孔的一端从钻头体的上端穿出后与下连接管连通，导流孔的另一端与翼齿孔连通。

进一步的是：在钻头体的两侧设置有两个对称分布的翼齿孔，与每个翼齿孔对应地设置有一个切削翼齿。

进一步的是：所述上连接管与下连接管之间为螺纹连接，所述下连接管与钻头体之间为螺纹连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的扩孔器，实现了利用水力控制相应切削翼齿从钻头体的外周壁面上伸出，以进行扩孔切削作业。可实现从钻孔内套管底部开始进行扩孔，将下部地层扩出略大于套管外径的环状间隙，以使套管继续顺利跟进。本实用新型所述的扩孔器可从钻孔内已放入的套管内部下放到套管底部，然后再进行回转扩孔，并且所扩孔径可大于跟进套管的外径，以便于套管的继续下放跟进。而且本实用新型的结构简单，操作过程方便，并且可以在钻孔内任意需要的位置进行扩孔作业，完全避免了采用孔内爆破方式带来的种种不便和使用时的安全隐患，简化了水电水利地质钻探跟管作业的工艺流程，降低了钻探现场管理的难度。另外，本实用新型采用水力作为控制力，并且还可直接利用水力作为冲洗液，在扩孔的过程中进行不断地冲洗。

附图说明

图1为本实用新型所述得扩孔器在自然状态下的示意图；

图2为图1所述的扩孔器在扩孔作业时的状态示意图；

图中标记为：切削翼齿1、转轴2、阀杆3、钻头体4、下垫片5、阀杆孔41、翼齿孔42、导流孔43、弹簧6、下连接管7、上垫片8、阀座9、螺母10、上连接管11。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1和图2中所示，本实用新型所述的扩孔器，包括钻头机构、下连接管7和上连接管11；所述上连接管11的下端与下连接管7的上端相连；所述钻头机构包括钻头体4、阀杆3、阀座9、切削翼齿1和弹簧6；所述钻头体4的一端与下连接管7的上端连接；在钻头体4上设置有阀杆孔41，所述阀杆3设置在下连接管7内，并且阀杆3的下端可上下移动地插入到所述阀杆孔41内，在钻头体4上还设置有翼齿孔42，所述翼齿孔42的一端与阀杆孔41连通，翼齿孔42的另一端向下倾斜地从钻头体4的外周壁面穿出；所述切削翼齿1活动地设置在所述翼齿孔42内，并且切削翼齿1的一端与阀杆3铰接；所述阀座9固定安装在阀杆3的上端，并且阀座9位于下连接管7和上连接管11的连接处；所述弹簧6套在位于阀座9和钻头体4之间的阀杆3上；当阀座9移动至与上连接管11配合时为密封配合，当阀座9移动至与下连接管7配合时为间隙配合。

本实用新型所述的扩孔器在使用时需要将上连接管11与上方相应的钻杆进行连接，以通过驱动机构带动相应的钻杆转动，进而带动扩孔器整体转动。而在扩孔器的下端，一般还可与相应的钻头或者取芯钻具进行连接。另外，在进行扩孔作业时，还需要通过钻杆向上连接管11内通入具有一定水压的水流；以通过水压推动阀座9在克服弹簧6的弹力后向下移动；以使得阀座9与上连接管11的密封配合变为阀座9向下移动后与下连接管7之间的间隙配合，进而可使得水流通过阀座9与下连接管7之间的间隙流过。而当阀座9向下移动时，则可带动阀杆3向下移动，进而带动切削翼齿1从翼齿孔42内穿出，穿出后的切削翼齿1在随着扩孔器一起转动的过程中实现扩孔切削，以此实现扩孔的目的。而当施加的水压取消时，阀座9将由于受到弹簧6的弹力作用而向上移动，进而阀座9再次与上连接管11密封配合，同时使切削翼齿1收回至翼齿孔42内。具体的，阀座9可通过螺母10可拆卸地安装在阀杆3的上端。并且一般的，阀座9、阀杆3、上连接管11和下连接管7优选为同轴设置。

更具体的，参照附图中所示，通常在弹簧6的两端还可设置有相应的上垫片8和下垫片5；另外，切削翼齿1一般可通过转轴2可转动的与所述阀杆3铰接连接。

另外，为了保持钻头机构的平稳性，参照附图中所示，本实用新型中优选在钻头体4的两侧设置有两个对称分布的翼齿孔42，与每个翼齿孔42对应地设置有一个切削翼齿1。这样，通过在两侧设置的两个切削翼齿1，在进行扩孔切削的过程中，可使得整个钻头机构的受力平稳。当然，不失一般性，也可设置有大于两个的切削翼齿1，并且将相应数量的切削翼齿1沿周向均匀的分布，以确保钻头机构在扩孔切削过程中的受力均衡。

另外，在钻进的过程中，应当保证水压的持续稳定，以保证切削翼齿1始终可进行扩孔切削作业。另外，从钻杆内流入到上连接管11，进而流入到下连接管7内的水将最终通过阀杆孔41和翼齿孔42后排出；并且在排出的过程中还可起到一定的冲洗效果，以确保扩孔钻进的有效进行。参照附图2中待箭头方向的曲线，其表示的既是水流的流动过程。一般的，通入到扩孔器内的水可采用清水或无固相冲洗液，也可以是植物胶浆液或泥浆等低固相冲洗液。

另外，为了提高水流从下连接管11内流入到对应的翼齿孔42内，还可进一步在钻头体4上设置有导流孔43，所述导流孔43的一端从钻头体4的上端穿出后与下连接管7连通，导流孔43的另一端与翼齿孔42连通。这样，水流将通过导流孔43直接流入到翼齿孔42内，然后沿着翼齿孔42排出。

另外，为了便于连接，本实用新型进一步可优选设置上连接管11与下连接管7之间为螺纹连接，以及设置下连接管7与钻头体4之间为螺纹连接。而且还可在上连接管11上预留其与钻杆连接的螺纹结构，以及还可在钻头体4上设置与相应的钻头或者取芯钻具连接的螺纹结构。