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一种高效硬岩钻头

2021-04-25 15:08:29

一种高效硬岩钻头

  技术领域

  本发明涉及钻井施工设备领域,具体地说涉及一种高效硬岩钻头。

  背景技术

  随着我国科学技术的进步以及机械化、智能化水平的提高,钻井法施工技术不断发展,能够满足不同的施工领域和复杂的地质条件。我国钻井法施工技术已经应用于石油开采、煤矿建设、地质勘察、桩基锚固等诸多领域,并取得了显著的经济效益和社会效益。

  目前,钻井法施工技术进步虽然有目共睹,但是在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。

  发明内容

  本发明所要解决的技术问题是提供一种钻进效率更高的硬岩钻头。

  为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:一种高效硬岩钻头,包括支撑板、支撑筒、多个外圈刀头以及多个内圈刀头,所述支撑板位于所述支撑筒内并固定在所述支撑筒的内壁上,多个所述外圈刀头沿着所述支撑筒的周向间隔固定在所述支撑筒的下端筒沿,多个所述内圈刀头固定在所述支撑板的下表面,且多个所述外圈刀头向下超过多个所述内圈刀头。

  进一步地,多个所述外圈刀头和多个所述内圈刀头均选用单掌牙轮。

  进一步地,多个所述内圈刀头位于所述支撑板的中部并呈星状射线分布。

  进一步地,多个所述外圈刀头向下超过多个所述内圈刀头75mm。

  进一步地,还包括一个以上的中间刀头,一个以上的所述中间刀头固定在所述支撑板的下表面并位于多个所述内圈刀头的外围。

  进一步地,还包括一根以上的过浆管,一个根以上的所述过浆管布置在所述支撑筒内并穿过所述支撑板。

  进一步地,还包括一根中心管和一根吸收管,所述中心管布置在所述支撑筒内并位于所述支撑板的上方,且所述中心管的下端贴合在所述支撑板的上表面,所述吸收管也布置在所述支撑筒内并穿过所述支撑板,且所述吸收管的上端与所述中心管连通。

  进一步地,还包括一个以上的条形耐磨板,一个以上的所述条形耐磨板螺旋盘绕固定在所述支撑筒的外壁上。

  进一步地,还包括支撑架和法兰盘,所述支撑架固定在所述支撑筒的上端,所述法兰盘固定在所述支撑架的上端。

  进一步地,所述支撑架包括环形板、连接在所述环形板和所述法兰盘之间的连接筒、连接在所述环形板和所述支撑筒之间的多个第一筋板以及连接在所述环形板和所述法兰盘之间的多个第二筋板。

  本发明的有益效果体现在:

  本发明中,由于外圈刀头向下超过内圈刀头,这样在钻进过程中,会形成“凹”型结构的孔底岩层形状,钻头外缘先行切出一个凹槽,使钻头内外岩面整体结构破坏,并且行程自由面有利于内部刀具破岩,从而提高破岩效率,实现提高钻进效率,降低施工成本,缩短施工工期的目的。

  附图说明

  图1是本发明一实施例的结构示意图。

  图2是图1的仰视图。

  图3是图1的剖视图。

  图4是本发明和现有技术的钻头破岩孔底岩层形状示意图。

  附图中各部件的标记为:1支撑板、2支撑筒、3支撑架、4法兰盘、5外圈刀头、6内圈刀头、7中间刀头、8过浆管、9中心管、10吸收管、11条形耐磨板、12环形板、13连接筒、14第一筋板、15第二筋板、16刀头底座。

  具体实施方式

  下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。

  需要说明,若本发明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。

  另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“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“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“和/或”的含义,包括三个并列的方案,以“A和/或B”为例,包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外,“多个”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,也不在本发明要求的保护范围之内。

  参见图1至图3。

  本发明高效硬岩钻头,包括支撑板1、支撑筒2、多个外圈刀头5以及多个内圈刀头6,所述支撑板1位于所述支撑筒2内并固定在所述支撑筒2的内壁上,多个所述外圈刀头5沿着所述支撑筒2的周向间隔固定在所述支撑筒2的下端筒沿,多个所述内圈刀头6固定在所述支撑板1的下表面,且多个所述外圈刀头5向下超过多个所述内圈刀头6。

  现有常规钻头的所有刀体位于同一平面上,钻出的孔底岩面形状如图4所示,而本发明的设计,由于外圈刀头向下超过内圈刀头,这样在钻进过程中,会形成“凹”型结构的孔底岩层形状,如图4所示,钻头外缘先行切出一个凹槽,使钻头内外岩面整体结构破坏,并且行程自由面有利于内部刀具破岩,从而提高破岩效率,实现了提高钻进效率,降低施工成本,缩短施工工期的目的。

  具体实施中,设置20把外圈刀头5,效果更佳。优选地,相邻两个外圈刀头5在支撑筒的径向方向上朝向相反,这样设计,破岩效果更好。

  在一实施例中,多个所述外圈刀头5和多个所述内圈刀头6均选用单掌牙轮。在实践中发现,外圈刀头和内圈刀头选用单掌牙轮,破岩效果更好。

  在一实施例中,多个所述内圈刀头6位于所述支撑板1的中部并呈星状射线分布。这样设计,钻头中部可以集中搞笑地进行破岩,进一步提高钻进效率。

  在一实施例中,多个所述外圈刀头5向下超过多个所述内圈刀头6的距离为75mm(图中H所示)。在实践中发现,这样设计,对钻头内外岩面整体结构的破坏性更大。

  现有常规钻头的筒体高度为0.5-1m,而具体实施中,本发明可采用高筒体设计,支撑筒高度采用1.5m,通过提高支撑筒的高度可有效提高钻进过程中钻头的稳定性。

  在一实施例中,还包括一个以上的中间刀头7,一个以上的所述中间刀头7固定在所述支撑板1的下表面并位于多个所述内圈刀头6的外围。这样设计,可以进一步提审破岩效果,提高钻进效率。

  优选地,一个以上的所述中间刀头7与多个所述内圈刀头6下端齐平。以保证形成“凹”型结构的孔底岩层形状。

  在一实施例中,一个以上的所述中间刀头7选用焊齿滚刀。在实践中发现,中间刀头选用焊齿滚刀,破岩效果更好。

  在一实施例中,还包括一根以上的过浆管8,一个根以上的所述过浆管8布置在所述支撑筒2内并穿过所述支撑板1。过浆管作为泥浆通道,可使泥浆按设计路径流动,采用这种导流泥浆通道设计,可有效冲洗工作面,提高钻进效率。具体实施中,采用三根D377×10mm的钢管作为过浆通道,下端穿过支撑板200mm(支撑筒的下端向下超过支撑板302mm),效果更好。

  优选地,设计三根竖直的过浆管,平行于支撑筒的轴线,并分别位于支撑筒的周向上四等分点的其中三点上,冲洗效果更好。

  在一实施例中,还包括一根中心管9和一根吸收管10,所述中心管9布置在所述支撑筒2内并位于所述支撑板1的上方,且所述中心管9的下端贴合在所述支撑板1的上表面,所述吸收管10也布置在所述支撑筒2内并穿过所述支撑板1,且所述吸收管10的上端与所述中心管9连通。这样设计,吸收管的下端为吸入口,使泥浆进入支撑筒内,再通过过浆管回流到支撑筒外。

  在一实施例中,还包括一个以上的条形耐磨板11,一个以上的所述条形耐磨板11螺旋盘绕固定在所述支撑筒2的外壁上。现有常规钻头的耐磨板采用环向满圈或竖向间断布置,而本发明采用螺旋盘绕,即斜向布置的耐磨板设计,不仅能够起到耐磨板的作用,同时在钻头旋转时可以起到泥浆泵作用,加速泥浆对孔底的冲刷作用,具体实施中,可环向布置12道条形耐磨板,效果更好。

  在一实施例中,还包括支撑架3和法兰盘4,所述支撑架3固定在所述支撑筒2的上端,所述法兰盘4固定在所述支撑架3的上端。法兰盘用于与驱动钻头转动的驱动设备连接。

  优选地,所述支撑架3包括套设在所述中心管外的环形板12、连接在所述环形板12和所述法兰盘4之间的连接筒13、连接在所述环形板12和所述支撑筒2之间的多个第一筋板14以及连接在所述环形板12和所述法兰盘4之间的多个第二筋板15。这样设计的支撑架结构简单,容易制作,而且强度高,能够保证钻头稳定工作。

  具体实施中,多个所述内圈刀头6通过刀头底座16固定在支撑板1上,这样通过选择不同厚度的刀头底座可以调节内圈刀头的高度,满足不同的使用需求。优选地,所述刀头底座16呈星状射线形,以配合内圈刀头的分布。

  本发明已成功应用于江西九江安九铁路大桥桩基项目中,在硬岩地层中新型钻头钻进效率为常规钻头钻进效率的3-4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。

  应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明,并不用于限制本发明,本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化,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。

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