一种分级式破岩硬岩滚刀钻头的制作方法

1.本实用新型涉及钻井施工技术领域，特别涉及一种分级式破岩硬岩滚刀钻头。


背景技术：

2.随着我国综合实力的提升，基建市场得到迅猛发展，大型桥梁硬岩桩基直径不断扩大，钻井设备能力也随着科技的发展和我国机加工能力的提高而不断提升，钻头作为钻井法施工的核心部件，其合理的结构设计能有效提升钻进效率，降低施工成本，具有十分重要的地位。
3.目前，钻井法施工技术取得很大进步，但是在大直径硬岩地层钻井施工中仍存在钻进效率低、施工工期长的缺点。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型旨在提出一种分级式破岩硬岩滚刀钻头，通过合理设计钻头结构，有效提高了钻进效率。
5.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种分级式破岩硬岩滚刀钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的工作端设有由内到外具有高度差的二级刀盘以及一级刀盘，所述一级刀盘、二级刀盘的后端分别连接不同频率的钻具系统用于实现分频钻进，一级刀盘、二级刀盘的前端分别用于连接刀座以及滚刀，所述钻头本体的工作端的外周设有补浆装置，所述一级刀盘上设有吸浆装置。
7.进一步的，所述一级刀盘为异性结构，装滚刀后切割断面为浅
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型。
8.进一步的，所述二级刀盘为平底结构，装滚刀后切割断面为浅
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v
″
型，还包括滚刀座垫板，所述滚刀座垫板安装于二级刀盘上用于调整滚刀高度。
9.进一步的，所述吸浆装置为按距离一级刀盘中心远近设置的用于吸收钻渣浆的内吸收管以及外吸收管，所述内吸收管以及外吸收管均与钻头本体内的上承载筒以及中承载筒内的主吸收管相连通。
10.进一步的，所述补浆装置包括设置于外导向筒内的锥形导板、补浆通道以及工作面的引流板，所述锥形导板、补浆通道以及引流板用于将泥浆导向钻进工作端。
11.进一步的，所述钻头本体的输入端设有连接法兰，所述连接法兰用于钻头本体与上部的钻具系统相连接，所述连接方式为螺栓连接，所述钻头本体内可拆卸安装有圆柱配重块，所述钻头本体内设有下传扭法盘，所述下传扭法盘与连接法兰通过第一连接筋板连接，所述钻头本体的侧面设有若干斜向设置的耐磨保径条，所述钻头本体的内部均匀设置有若干第二连接筋板用于增强钻头本体的结构强度并形成整体结构。
12.进一步的，所述一级刀盘、二级刀盘的环向各均匀设有4把外圈边刀座。
13.进一步的，所述一级刀盘、二级刀盘各设置有两把过渡刀座及两把正刀座。
14.进一步的，所述一级刀盘的中心设有一对0度中心刀座，0度中心刀座的四周间隔分布有4把主刀座。
15.进一步的，所述一级刀盘与二级刀盘之间通过内、外的第一下承载筒、第二下承载筒连接且一级刀盘与二级刀盘形成350mm高差，所述一级刀盘、二级刀盘装滚刀后切割断面高差115mm。
16.有益效果：1、由于一级刀盘超前二级刀盘，这样在钻进过程中，会形成具有115mm高差的大小孔，小孔在下，大孔在上，这样使大小钻孔间增加自由面有利于钻头破岩。2、刀盘分级式设计在钻进过程中起到稳定作用，可有效提高转数，提高滚刀破岩频次，同时有利于钻渣的吸收。3、一级刀盘滚刀浅
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型结构起到钻孔防偏作用、二级刀盘装滚刀后切割断面浅
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v
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型结构有利于破岩和钻渣吸收。4、拆装式圆柱状配重大大提高钻头重量，满足破岩需求，同时在汽车运输中避免钻头过重超载。5、补浆管道和底部引流板能有效把泥浆引流至滚刀切割作业面，提高洗井能力，6、内、外双吸收管设计能有效对孔底滚刀破除的岩块进行有效吸收，达到快速钻进目的，7、斜向耐磨保径条可有效预防钻头磨损变形同时起到导流泥浆作用。本实用新型通过上述设计实现了提高钻进效率，降低施工成本，缩短施工工期的目的。
附图说明
17.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1为本实用新型实施例所述的分级式破岩硬岩滚刀钻头(未装刀座以及滚刀)的剖视图；
19.图2为本实用新型实施例所述的分级式破岩硬岩滚刀钻头(未装刀座以及滚刀)的侧面结构示意图；
20.图3为本实用新型实施例所述的分级式破岩硬岩滚刀钻头的后端俯视图；
21.图4为本实用新型实施例所述的分级式破岩硬岩滚刀钻头的工作端俯视图；
22.图5为本实用新型实施例所述的分级式破岩硬岩滚刀钻头的侧面结构示意图；
23.图6为本实用新型实施例所述的分级式破岩硬岩滚刀钻头的一级刀盘与二级刀盘结构示意图；
24.图7为应用本实用新型实施例所述的分级式破岩硬岩滚刀钻头进行钻进后的破岩孔底岩层形状示意图。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.下面将结合本实用新型专利实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型专利保护的范围。
27.需要说明，若本实用新型专利实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、
后......)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.另外，若本实用新型专利实施例中有涉及
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第一
″
、
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第二
″
等的描述，则该
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第一
″
、
″
第二
″
等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有
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第一
″
、
″
第二
″
的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的
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和/或
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的含义，包括三个并列的方案，以
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a和/或b
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为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，
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多个
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指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在实用新型专利要求的保护范围之内。
29.实施例1
30.参见图1
‑
7：一种分级式破岩硬岩滚刀钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的工作端设有由内到外具有高度差的二级刀盘12以及一级刀盘13，所述一级刀盘13、二级刀盘12的后端分别连接不同频率的钻具系统用于实现分频钻进，一级刀盘13、二级刀盘12的前端分别用于连接刀座以及滚刀26，所述钻头本体的工作端的外周设有补浆装置，所述一级刀盘13上设有吸浆装置。
31.本实施例的一级刀盘由于超前二级刀盘，这样在钻进过程中，会形成具有 115mm高差的大小孔，小孔在下，大孔在上，这样使大小钻孔间增加自由面有利于钻头破岩，另外，由于一级刀盘在内侧进行钻进，二级刀盘在外侧进行钻进时会更加顺利，提高钻进效率；其次，一级刀盘和二级刀盘可以连接不同频率的钻具系统，因此可以实现一级刀盘和二级刀盘不同的转速，同时分级式设计在钻进过程中起到稳定作用，可有效提高转数，提高滚刀破岩频次，而且当二级刀盘的转速可以设置的大于一级刀盘的转速，钻渣浆向中心靠拢，从而有利于钻渣的吸收。
32.在一具体的实例中，所述一级刀盘13为异性结构，装滚刀后切割断面为浅
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型。
33.本实施例的一级刀盘滚刀浅
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u
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型结构能起到钻孔防偏的作用，另外，异性结构设计，可以方便二级刀盘布刀和改善一二级间泥浆流动，提高泥浆携带钻渣能力。
34.在一具体的实例中，还包括滚刀座垫板18，所述二级刀盘12为平底结构，装滚刀26后切割断面为浅
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v
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型，所述滚刀座垫板18安装于二级刀盘12 上用于调整滚刀26高度。
35.本实施例的二级刀盘装滚刀后切割断面浅
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v
″
型结构有利于破岩和钻渣吸收，进而提升钻进效率。
36.在一具体的实例中，所述吸浆装置为按距离一级刀盘13中心远近设置的用于吸收钻渣浆的内吸收管16以及外吸收管14，所述内吸收管16以及外吸收管14均与钻头本体内的上承载筒2以及中承载筒7内的主吸收管3相连通。
37.本实施例内外吸收管的设计，泥浆携带钻渣能力更强，能有效对孔底滚刀破除的岩块进行有效吸收，进而提升钻进效率。
38.在一具体的实例中，所述补浆装置包括设置于外导向筒8内的锥形导板6、补浆通道10以及工作面的引流板11，所述锥形导板6、补浆通道10以及引流板11用于将泥浆导向钻进工作端。
39.需要说明的是，本实施例的引流板高度大于二级刀盘，小于一级刀盘，从而能在不妨碍刀盘正常工作的情况下，最大限度的将泥浆引流至滚刀切割作业面，提高洗井能力，由此提高掘进效率。
40.在一具体的实例中，所述钻头本体的输入端设有连接法兰1，所述连接法兰1用于钻头本体与上部的钻具系统相连接，所述连接方式为螺栓连接，所述钻头本体内可拆卸安装有圆柱配重块9，所述钻头本体内设有下传扭法盘5，所述下传扭法盘5与连接法兰1通过第一连接筋板4连接，所述钻头本体的侧面设有若干斜向设置的耐磨保径条19，所述钻头本体的内部均匀设置有若干第二连接筋板20用于增强钻头本体的结构强度并形成整体结构。
41.本实施例的拆装式圆柱状配重块可以均匀设置有六个，由此，大大提高了钻头重量，满足破岩需求，同时在汽车运输中可以避免钻头过重超载；斜向的耐磨保径条可有效预防钻头磨损变形同时起到导流泥浆作用。
42.在一具体的实例中，所述一级刀盘、二级刀盘的环向各均匀设有4把外圈边刀座21。
43.环向均布的设计，提高了钻进稳定性，破岩效果更好。
44.在一具体的实例中，所述一级刀盘、二级刀盘各设置有两把过渡刀座22 及两把正刀座23。
45.在实践中发现，组对使用，能够提高滚刀使用寿命，破岩效果更好。
46.在一具体的实例中，所述一级刀盘13的中心设有一对0度中心刀座25， 0度中心刀座25的四周间隔分布有4把主刀座25。
47.本实施例因为有内吸收管以及外吸收管的因素，因此4把主刀座间隔错位分布在内吸收管以及外吸收管的四周，在保证钻进效率的同时能够更好的将钻渣以及浆液吸收，进一步提高钻进效率，另外一对0度中心刀座能有效预防滚刀里侧面磨损，改善滚刀使用寿命。
48.在一具体的实例中，所述一级刀盘13与二级刀盘12之间通过内、外的第一下承载筒15、第二下承载筒17连接且一级刀盘13与二级刀盘12形成 350mm高差，所述一级刀盘13、二级刀盘12装滚刀26后切割断面高差 115mm。
49.在实践中发现，一级刀盘与二级刀盘形成350mm高差，一、二级刀盘装滚刀后切割断面高差115mm；这样设计，即保护一级刀盘边刀座外侧刀座体不至于磨损，同时二级钻头破岩有自由面，破岩效果更好。
50.在具体实现中，本实施例的内吸收管距离中心500mm，外吸收管距离中心950mm，本实施例的一级刀盘的直径为2930mm，二级刀盘的直径为4000mm。本实施例适用于大直径分级式破岩硬岩滚刀钻头，并共计可装滚刀26把。
51.另外，需要说明的是，本实施例的钻头已成功应用于福建福平公铁大桥桩基项目中，在硬岩地层中新型钻头钻进效率为常规钻头钻进效率的1.5倍，钻进效率提高显著，大大缩短了施工工期，可为类似施工项目提供参考依据。
52.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。