环着的有压浆液的流量足够大时，当其流经限位台阶34与超前喷嘴出口 22时，由于中心通道横截面积(过流断面)的收缩将引起流体(有压浆液)的“节流堵塞效应”，一部分有压浆液从超前喷嘴出口 22高速喷出形成高压射流，另一部分来不及喷出的浆液则会在钻具中心通道内不断聚集累积，当有压浆液的液面分别达到一级贯通孔43和二级贯通孔52时，则有压浆液将会分别流入一级贯通孔43和二级贯通孔52中，并从若干个仿生喷嘴8的仿生喷嘴出口 82高速喷出形成高压射流，该射流可对已有小径钻孔孔壁周遭岩土体进行超前(预)冲蚀破碎，，从而达到分别辅助一级切削环4和二级切削环5对已有小径钻孔孔壁周遭岩土体的扩孔钻进，同时由高压射流形成的漫流还可有效提升岩肩的排除与冷却一级切削具421和二级切削具511的效果。
[0054]本发明的有益效果:
[0055]利用本发明在岩土体中能够同时实施钻孔与扩孔两项施工作业程序。可以同时实现扭力冲击器联合多级扩孔器与孕镶金刚石钻头的高效回转切削碎岩方式下的钻扩孔施工作业，或液动冲击器联合多级扩孔器与孕镶金刚石钻头的冲击回转碎岩方式下的钻扩孔施工作业；此外，还能同时利用从若干个仿生喷嘴与超前喷嘴出口高速喷出的高压射流分别辅助多级扩孔器与孕镶金刚石钻头对已有小径钻孔孔壁周遭及处于孔底的岩土体进行超前(预)冲蚀破碎。
[0056]综上所述，利用本发明可同时实现扭力冲击器(为整套钻具提供持续的冲击扭力作用)/液动冲击器(为整套钻具提供轴向的往复冲击载荷作用)+多级扩孔器(实现对已钻成小径钻孔的多级扩孔作业)+若干个仿生喷嘴(当有压浆液以正循环的方式不断循环流经仿生喷嘴后可形成高压射流，该射流可对欲破碎的已有小径钻孔孔壁周遭的岩土体进行超前(预)冲蚀破碎，从而辅助多级扩孔器进行扩孔钻进，可有效提升扩孔钻进的作业效率)+超前喷嘴(当有压浆液以正循环的方式不断循环流经超前喷嘴后可形成高压射流，该射流可对欲破碎的孔底岩土体进行超前(预)冲蚀破碎，从而辅助孕镶金刚石钻头钻进成孔，有效提升钻进成孔的作业效率)+孕镶金刚石钻头(在由放置于地表的钻机带动整套钻具高速回转同时施加适当的钻压作用下对处于孔底的岩土体进行回转切削破碎，进而实现钻进成孔)相耦合的多工艺钻扩孔方法，势必可有效降低在岩土体中施工注浆孔、锚杆/锚索孔、钻孔灌注粧孔，以及天然气水合物、油页岩、页岩气、石油/天然气、地下水等的勘探孔或开采孔时钻扩孔作业的辅助时间、人员劳动强度与钻进设备的能耗，同时还可简化钻扩孔施工的工艺流程，从而有效提升钻扩孔施工的作业效率。
[0057]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:包括孕镶金刚石钻头、过渡接头、多级扩孔器、冲击器；所述多级扩孔器的一端与所述过渡接头的一端之间通过螺纹密封连接，所述多级扩孔器的另一端与所述冲击器的一端之间通过螺纹密封连接；所述孕镶金刚石钻头设置在所述过渡接头远离所述多级扩孔器的一端；所述多级扩孔器包括钻头本体、切削环；所述钻头本体内部设有贯通整个所述钻头本体的中心通道；所述切削环设为多级，多级所述切削环设置在所述钻头本体的中部，且多级所述切削环的切削直径沿扩孔钻进的方向递减；每级所述切削环由沿所述钻头本体的周向均匀布设的多个切削单元组成。
2.根据权利要求1所述一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:每级所述切削环中相邻的所述切削单元之间设有用于将所述钻头本体内部以正循环方式不断循环着的有压浆液排出的倾斜状的贯通孔；至少有一个所述贯通孔的出口端嵌固有仿生喷嘴。
3.根据权利要求2所述一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:还包括超前喷嘴；所述过渡接头内部设有与所述钻头本体的中心通道相连通的中心浆液通道；所述超前喷嘴的一端与位于所述中心浆液通道中部内壁面上的螺纹密封连接，所述超前喷嘴的另一端伸入所述孕镶金刚石钻头的中心通孔中。
4.根据权利要求3所述一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:所述中心浆液通道的中部设有用于所述超前喷嘴与所述过渡接头中部内壁面上的螺纹装配时限制所述超前喷嘴拧扣位置的限位台阶。
5.根据权利要求3所述一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:所述超前喷嘴的超前喷嘴出口的孔径比所述仿生喷嘴的仿生喷嘴出口的孔径小5至20mm。
6.根据权利要求1所述一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:所述切削单元包括切削具、钢体和孕镶金刚石条；所述钢体固定在所述钻头本体外侧的圆周面上；所述切削具嵌固于所述钢体上；所述孕镶金刚石条设置在所述钢体的外侧。
7.根据权利要求2至6任一项所述一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:多级所述切削环为靠近所述冲击器的二级切削环和靠近所述过渡接头的一级切削环；所述一级切削环与所述二级切削环之间相距20至70cm。
8.根据权利要求7所述一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:所述仿生喷嘴与所述贯通孔一体成型，或所述仿生喷嘴通过螺纹、焊接或过盈配合的固定方式嵌固于所述贯通孔的出口端处。
9.根据权利要求7所述一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其特征在于:所述贯通孔的轴线与所述钻头本体的轴线之间的夹角为30°至60°。
10.一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具的钻扩孔方法，其特征在于:使用权利要求1至9任一项所述嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具时，需要向所述嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具内提供以正循环方式不断循环着的有压浆液；所述浆液采用低固相或无固相泥浆。
【专利摘要】本发明涉及一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具，其包括孕镶金刚石钻头、过渡接头、多级扩孔器、冲击器；多级扩孔器的一端与过渡接头的一端之间由螺纹密封连接，其另一端与冲击器的一端之间由螺纹密封连接；孕镶金刚石钻头设置在过渡接头远离多级扩孔器的一端；多级扩孔器包括钻头本体、切削环；钻头本体内部设有贯通整个钻头本体的中心通道；切削环设为多级，多级切削环设置在钻头本体的中部，且多级切削环的切削直径沿扩孔钻进的方向递减；每级切削环由沿钻头本体的周向均匀布设的多个切削单元组成。本发明的有益效果是：利用本发明在岩土体中能够同时实施钻孔与扩孔两项施工作业程序，大大缩短了传统施工作业的时间，还可有效降低施工成本。
【IPC分类】E21B7-28, E21B10-60
【公开号】CN104763348
【申请号】CN201510098055
【发明人】温继伟, 裴向军, 陈礼仪, 杜野, 杨华阳, 张佳兴
【申请人】成都理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月5日