一种蒸汽射流钻头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩石钻进技术领域，具体而言涉及一种蒸汽射流钻头。
【背景技术】
[0002]当前煤炭、石油天然气及隧道建设开发过程中，硬岩及特硬岩地段钻进困难是影响施工进度的主要环节。例如，在一些坚硬岩石地段，每天钻进速度只有几米甚至零点几米。而且硬岩钻进施工成本中刀具费用占较大比例，石质越硬，刀具费用比例越高，特别是超硬岩地段掘进，刀具费用为掘进成本的三分之一。因此，提高钻进效率，减少刀具消耗，是降低硬岩掘进成本的主要目标，更是能源开发、隧道建设等重大工程的根本任务。
[0003]尽管目前通过研究采用人造金刚石，陶瓷涂层等新型刀具材料可以一定程度上提高刀具的耐磨性，然而却仍然无法解决排肩不畅造成的卡钻等钻进效率低下问题，而且这些新型刀具材料成本高昂难以大面积推广。高压水射流辅助岩石钻进技术虽然有助于扩张岩石裂隙进而提高钻进速度，但是钻头的使用寿命依然较低；另外，高压水射流也会对钻头产生一定的阻力，降低钻头转速，而且大量水与岩肩混合后的泥浆堆积会造成排肩困难甚至卡钻进而影响钻进效率。
[0004]因此，提高硬岩钻头钻进效率，延长钻头使用寿命必须从多角度考虑对现有钻头技术进行革新。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供了一种蒸汽射流钻头。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种蒸汽射流钻头包括三翼钻头，多级蒸汽发生器，绝缘层，蒸汽喷嘴，钻杆，高频加热器，接线盒，导电线等。通过多级蒸汽发生器对从钻杆流入的高压水射流进行分级加热，使其转化成高压蒸汽射流。同时利用三翼钻头上设置的高频加热器使蒸汽射流维持高温状态和稳定的汽化压力。
[0007]本发明的优点在于:
[0008]1.本蒸汽射流钻头具有气垫减阻和高压蒸汽保护钻头的效果。蒸汽在钻头刮刀的边缘部分和岩石表面形成气垫，有利于减小摩擦，增加转速，提高钻进效率；同时高频加热器有利于维持蒸汽的最高压力，进而使钻头表面处于高压蒸汽的保护中，防止钻头磨损，提高刀具寿命。
[0009]2.本蒸汽射流钻头能够提高钻进效率。高压蒸汽会发生汽-液相态变化，在这中剧烈的相态变化中产生对岩石的冲击效应，有利于刀具粉碎岩石，提高钻进效率。
[0010]3.本蒸汽射流钻头能够形成涡流排肩，提高排肩效率。蒸汽从低于作用面的喷孔处射出，进而充满钻头三翼和岩石之间的缝隙，随着钻头趋近于高速匀速转动，蒸汽以喷嘴轴线为基准轴形成涡流，使得切削下来的岩石不会淤积、堵塞在钻头三翼之间，同时也带动石肩向外旋转吹出，提高排肩效率。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的结构剖视图。
[0012]图2是本发明的结构示意图。
[0013]图中:1是三翼钻头，2是多级蒸汽发生器，3是绝缘层，4是蒸汽喷嘴，5是钻杆，6是高频加热器，7是接线盒，8是导电线。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图1-2，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0015]—种蒸汽射流钻头，其主要包括三翼钻头1，多级蒸汽发生器2，绝缘层3，蒸汽喷嘴4，钻杆5，高频加热器6，接线盒7，导电线8等。多级蒸汽发生器2设置在三翼钻头I的通孔内，并与蒸汽喷嘴4相接；多级蒸汽发生器2分为三级，每级前端设置有隔板，隔板上设置有通孔，便于蒸汽或水射流通过；多级蒸汽发生器2，蒸汽喷嘴4和三翼钻头I之间设置有绝缘层3 ;多级蒸汽发生器2的导电线通过三翼钻头I上设置的导线孔与接线盒7相接；通过多级蒸汽发生器2对从钻杆5流入的高压水射流进行分级加热，使其转化成高压蒸汽射流。在三翼钻头I的三翼上均布有高频加热器6 ;高频加热器6的导电线通过三翼钻头I上设置的导线孔和导线槽与接线盒7相接；通过三翼钻头I上设置的高频加热器6使蒸汽喷嘴4喷出的蒸汽射流维持高温状态和稳定的汽化压力。多级蒸汽发生器2的导电线和高频加热器6的导电线集合于接线盒7 ;接线盒7通过钻杆5上设置的导线槽进而与外部电源相接，从而给多级蒸汽发生器2和高频加热器6供电。具体实施中，从钻杆5流入的高压水射流经多级蒸汽发生器2加热处理后得到的高压高温蒸汽射流其温度在95?100°C，压力在0.7?0.9MPa。
【主权项】
1.一种蒸汽射流钻头，其特征在于包括三翼钻头(I)，多级蒸汽发生器(2)，绝缘层(3)，蒸汽喷嘴(4)，钻杆(5)，高频加热器(6)，接线盒(7)，导电线⑶等；所述多级蒸汽发生器(2)设置在三翼钻头(I)的通孔内，并与蒸汽喷嘴(4)相接；多级蒸汽发生器(2)分为三级，每级前端设置有隔板，隔板上设置有通孔，便于蒸汽或水射流通过；多级蒸汽发生器(2)，蒸汽喷嘴(4)和三翼钻头(I)之间设置有绝缘层(3);多级蒸汽发生器(2)的导电线通过三翼钻头(I)上设置的导线孔与接线盒(7)相接。2.根据权利要求1中所述的一种蒸汽射流钻头，其特征在于所述高频加热器(6)均布在三翼钻头(I)的三翼上；高频加热器(6)的导电线通过三翼钻头(I)上设置的导线孔和导线槽与接线盒(7)相接。3.根据权利要求1中所述的一种蒸汽射流钻头，其特征在于所述接线盒(7)集合了多级蒸汽发生器(2)的导电线和高频加热器(6)的导电线；接线盒(7)通过钻杆(5)上设置的导线槽进而与外部电源相接，从而给多级蒸汽发生器(2)和高频加热器(6)供电。4.根据权利要求1中所述的一种蒸汽射流钻头，其特征在于从钻杆(5)流入的高压水射流经多级蒸汽发生器(2)加热处理后得到的高压高温蒸汽射流其温度在95?100°C，压力在 0.7 ?0.9MPa。
【专利摘要】本发明公开了一种蒸汽射流钻头，包括三翼钻头，多级蒸汽发生器，蒸汽喷嘴，高频加热器,钻杆等；通过多级蒸汽发生器对高压水射流进行分级加热，使其转化成高压蒸汽射流，同时三翼钻头上设置的高频加热器可以使蒸汽射流维持高温状态和稳定的汽化压力。相较于高压水射流技术，蒸汽射流技术能更好地排净孔洞中的岩屑；同时高压蒸汽射流可以进入钻刀和岩石之间的缝隙，从而产生类似气垫船的保护效果，提高钻进速度，保护钻头，使钻进过程更加稳定。
【IPC分类】E21B10/00, E21B7/18
【公开号】CN105113991
【申请号】CN201510606488
【发明人】杨晓峰, 刘全, 周家恒
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月22日