CN110439458A - 一种新型旋转气锤岩石导向钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型旋转气锤岩石导向钻具，所述导向钻具包括外壳、安装于外壳之内的动力装置以及动力装置所推动的锤头结构；所述锤头结构包括螺旋锤头和螺旋外壳；所述螺旋外壳固定于所述外壳内壁；所述螺旋外壳和所述螺旋锤头花键连接；所述螺旋锤头包括与所述动力装置相连通的第三内通道；所述第三内通道到达所述螺旋锤头的头部。本发明克服了以往在钻杆不旋转且锤头导向的过程无法破碎岩石的局限性。本发明在螺旋结构及振动的情况下实现自转，进而以面的形式破碎岩石，解决了气动锤不能进行导向定点的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水平定向钻机岩石管道工程施工领域，具体涉及一种新型旋转气锤岩石导向钻具。
背景技术
以往非开挖水平定向钻机岩石工程施工导向时采用泥浆马达和三牙轮钻头进行导向施工，该方法常见于石油钻井中。其施工方法为利用高压泥浆驱动泥浆马达上的三牙轮钻头进行凿岩，静推，来进行定位导向施工，该方法需大量泥浆和高压泥浆泵配以泥浆马达进行工作，特点是功耗大、进尺速度缓慢、施工周期长。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种新型旋转气锤岩石导向钻具。
本发明所采用的技术方案如下：
一种新型旋转气锤岩石导向钻具，所述导向钻具包括外壳、安装于外壳之内的动力装置以及动力装置所推动的锤头结构；所述锤头结构包括螺旋锤头和螺旋外壳；所述螺旋外壳固定于所述外壳内壁；所述螺旋外壳和所述螺旋锤头花键连接；所述螺旋锤头包括与所述动力装置相连通的第三内通道；所述第三内通道到达所述螺旋锤头的头部。
其进一步的技术方案为，所述外壳之内台阶定位有导向环；所述动力装置包括活塞；所述活塞的顶出部套在所述导向环的一端之内；所述螺旋锤头的后端部套在所述导向环的另一端之内并与所述活塞的顶出部相抵。
其进一步的技术方案为，所述动力装置包括安装于所述外壳一端的短接和台阶定位于所述外壳之内的缸体；所述缸体一端安装有配流盘；所述配流盘包括阀座；所述阀座中安装有逆止阀；所述缸体的另一端可滑动的安装有活塞；所述短接开设有压缩空气通道；逆止阀在所述阀座中滑动并可滑动至压缩空气通道端头；所述配流盘包括第一内通道；所述活塞包括第二内通道；所述第一内通道、所述第二内通道和所述第三内通道依次连通。
其进一步的技术方案为，在所述配流盘和所述短接之间安装有弹垫。
其进一步的技术方案为，所述短接包括环状的固定结构；所述短接的一端伸入至所述外壳之内，所述固定结构卡在所述外壳的端部并固定；所述短接的一端包括凸出的环状的连接结构；所述连接结构和所述配流盘之间安装有弹垫。
其进一步的技术方案为，所述阀座台阶定位于所述缸体的一端；所述配流盘的另一端为凸起结构；所述活塞的推动部有一凹槽，与所述配流盘的凸起结构形状相匹配。
其进一步的技术方案为，所述螺旋外壳和所述外壳之间设置有减震腔。
其进一步的技术方案为，所述螺旋外壳包括一体连接的第一环和第二环；所述第一环的外径小于所述外壳的外径；所述第二环的外径大于所述第一环的外径；所述第一环套入所述外壳之内并固定；在所述第二环的端面和所述外壳的端面之阿金设置有减震腔。
其进一步的技术方案为，当所述螺旋锤头的伸出范围为0～15cm，当螺旋锤头伸出0～15cm时，所述螺旋锤头的旋转角度范围是0～40°，所述螺旋锤头的花键齿的旋转范围是0～270°。
其进一步的技术方案为，所述螺旋锤头的直径为200mm～1420mm。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种新型旋转气锤岩石导向钻具，是一种新型的、以压缩空气为冲击动力的、适用于岩石地层钻进的导向钻具。这种新型旋转气锤，克服了以往在钻杆不旋转且锤头导向的过程中无法破碎岩石的局限性。本发明在螺旋结构及振动的情况下实现自转，进而以面的形式破碎岩石，解决了气动锤不能进行导向定点的问题。
本发明使用了旋转花键的结构，可以在不转动气锤，只给推力的情况下达到能凿岩的状态。
本发明的旋转气锤从0cm到伸出15cm的时候，同一个花键齿旋转了约270°，旋转气锤从0cm到伸出20cm的时候，同一花键齿刚好旋转一圈 360°。配合15cm的气缸长度，相对于现有技术，延迟了逆止阀的开启时间，本发明可保证在旋转气锤从0cm～15cm的距离内，旋转气锤的冲击力保持不变。
附图说明
图1为本发明的剖面图。
图2为螺旋锤头的立体图。
图3为螺旋锤头的侧视图。
图4为螺旋外壳的立体图。
图5为螺旋外壳的剖面图。
图中：1、短接；2、逆止阀；3、弹垫；4、配流盘；5、缸体；6、活塞； 7、外壳；8、导向环；9、减震垫；10、螺旋外壳；11、螺旋锤头。
具体实施方式
图1为本发明的剖面图。如图1所示，导向钻具包括外壳7、安装于外壳7之内的动力装置以及动力装置所推动的锤头结构。
锤头结构包括螺旋锤头11和螺旋外壳10。螺旋外壳10固定于外壳7内壁。螺旋外壳10和螺旋锤头11花键连接。具体的，动力装置推动锤头结构中的螺旋锤头11。图2为螺旋锤头的立体图。图3为螺旋锤头的侧视图。图4为螺旋外壳的立体图。图5为螺旋外壳的剖面图。如图2～图5所示，螺旋锤头11外壁的花键齿和螺旋外壳10内壁的花键齿相啮合。在动力装置推动螺旋锤头11 向前给进的同时，螺旋锤头11相对于螺旋外壳10旋转。
在本实施例中，螺旋锤头11的最大伸出范围是0～20cm，当螺旋锤头11 伸出0～20cm时，螺旋锤头11的某个花键齿的旋转范围约为0～360°。在常规使用中，螺旋锤头11的伸出范围为0～15cm，螺旋锤头11的旋转角度范围是0～40°，螺旋锤头11的花键齿的旋转范围是0～270°。
外壳7之内台阶定位有导向环8。导向环8为两端开口的环状结构，可通过焊接等方式固定于外壳7的内壁。
动力装置包括活塞6。活塞6包括用于顶出锤头结构的顶出部和被推动的推动部。
活塞6的顶出部套在导向环8的一端之内。螺旋锤头11的后端部套在导向环8的另一端之内并与活塞6的顶出部相抵。则活塞6被推动时，依照导向环8的约束范围移动，将螺旋锤头11顶出。由于螺旋锤头11和螺旋外壳10 通过花键齿连接，所以螺旋锤头11在受到推动力的同时，会边旋转边顶出。
动力装置还包括安装于外壳7一端的短接1和台阶定位于外壳7之内的缸体5。
短接1包括环状的固定结构。短接1的一端伸入至外壳7之内，固定结构卡在外壳7的端部并固定。短接1的一端包括凸出的环状的连接结构。短接1 开设有压缩空气通道。
缸体5是通过螺钉固定在外壳7内壁之上的。缸体5一端安装有配流盘4。配流盘4的一端为阀座，阀座台阶定位于缸体5的一端。配流盘4的另一端为凸起结构。缸体5的另一端可滑动的安装有活塞6。活塞6的推动部出有一凹槽，与配流盘4的凸起结构形状相匹配。
在配流盘4和短接1一端凸出的环状连接结构之间安装有弹垫3。
在配流盘4的一端的阀座中安装有逆止阀2，逆止阀2在阀座中滑动，且逆止阀2可以抵靠在短接1的压缩空气通道尽头。在短接1的一端凸出的环状的连接结构、配流盘4和活塞6之间形成空气腔。
配流盘4包括第一内通道，活塞6包括第二内通道，螺旋锤头11包括第三内通道。第一内通道、第二内通道和第三内通道相互联通。
进一步的，螺旋外壳10和外壳7之间设置有减震腔9。具体的，如图1、图4、图5所示，螺旋外壳10包括一体连接的第一环和第二环。第一环的外径小于外壳7的外径。第二环的外径大于第一环的外径。第一环套入外壳7之内并固定。在第二环的端面和外壳7的端面之间设置有减震腔9。
如图1所示，当本发明使用时，压缩空气通过钻杆内通道、短接1进入，当空气压力达到一定参数，打开逆止阀2，随后依次通过配流盘4的第一内通道，活塞6的第二内通道，螺旋锤头11的第三内通道，进入锤头头部，使锤头产生振动和冲击。本发明还配有导向环8，用于支承和导向活塞6。弹垫3起到了防松作用。减震垫9起到减震作用。在直线进给时，钻杆带动螺旋锤头11旋转，实现破碎功能。
在本实施例中，螺旋锤头11的直径为200mm～1420mm，适用于长度 0～5000m的管线导向工程。
如图2、图3所示，螺旋锤头11外壁上设有旋转花键，在钻杆不旋转的导向过程中，螺旋锤头11伸出的情况下，螺旋锤头11在强大压缩空气的作用下可以旋转0～40°。
如图4、图5所示，螺旋外壳10上设有旋转花键，与螺旋锤头11之上的旋转花键相啮合，或者说相匹配。在工作过程中，活塞6推动螺旋锤头11与螺旋外壳10旋转的推进退出，这样就使锤头合金头进给的同时实现旋转，实现以面的结构进行破碎岩石。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，所述导向钻具包括外壳(7)、安装于外壳(7)之内的动力装置以及动力装置所推动的锤头结构；所述锤头结构包括螺旋锤头(11)和螺旋外壳(10)；所述螺旋外壳(10)固定于所述外壳(7)内壁；所述螺旋外壳(10)和所述螺旋锤头(11)花键连接；所述螺旋锤头(11)包括与所述动力装置相连通的第三内通道；所述第三内通道到达所述螺旋锤头(11)的头部。
2.如权利要求1所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，所述外壳(7)之内台阶定位有导向环(8)；所述动力装置包括活塞(6)；所述活塞(6)的顶出部套在所述导向环(8)的一端之内；所述螺旋锤头(11)的后端部套在所述导向环(8)的另一端之内并与所述活塞(6)的顶出部相抵。
3.如权利要求1所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，所述动力装置包括安装于所述外壳(7)一端的短接(1)和台阶定位于所述外壳(7)之内的缸体(5)；所述缸体(5)一端安装有配流盘(4)；所述配流盘(4)包括阀座；所述阀座中安装有逆止阀(2)；所述缸体(5)的另一端可滑动的安装有活塞(6)；所述短接(1)开设有压缩空气通道；逆止阀(2)在所述阀座中滑动并可滑动至压缩空气通道端头；所述配流盘(4)包括第一内通道；所述活塞(6)包括第二内通道；所述第一内通道、所述第二内通道和所述第三内通道依次连通。
4.如权利要求3所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，在所述配流盘(4)和所述短接(1)之间安装有弹垫(3)。
5.如权利要求3所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，所述短接(1)包括环状的固定结构；所述短接(1)的一端伸入至所述外壳(7)之内，所述固定结构卡在所述外壳(7)的端部并固定；所述短接(1)的一端包括凸出的环状的连接结构；所述连接结构和所述配流盘(4)之间安装有弹垫(3)。
6.如权利要求3所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，所述阀座台阶定位于所述缸体(5)的一端；所述配流盘(4)的另一端为凸起结构；所述活塞(6)的推动部有一凹槽，与所述配流盘(4)的凸起结构形状相匹配。
7.如权利要求1所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，所述螺旋外壳(10)和所述外壳(7)之间设置有减震腔(9)。
8.如权利要求7所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，所述螺旋外壳(10)包括一体连接的第一环和第二环；所述第一环的外径小于所述外壳(7)的外径；所述第二环的外径大于所述第一环的外径；所述第一环套入所述外壳(7)之内并固定；在所述第二环的端面和所述外壳(7)的端面之阿金设置有减震腔(9)。
9.如权利要求1所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，当所述螺旋锤头(11)的伸出范围为0～15cm，当螺旋锤头(11)伸出0～15cm时，所述螺旋锤头(11)的旋转角度范围是0～40°，所述螺旋锤头(11)的花键齿的旋转范围是0～270°。
10.如权利要求1所述的新型旋转气锤岩石导向钻具，其特征在于，所述螺旋锤头(11)的直径为200mm～1420mm。
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