[发明专利]液压机械式随钻变径扩孔钻头

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种钻具，具体为一种液压机械式随钻变径扩孔钻头。

背景技术

井下钻孔抽采煤层气是煤矿瓦斯治理和消除煤与瓦斯突出的主要措施之一，通过抽采降低煤层瓦斯含量，减少巷道掘井和回采工作面回采时的瓦斯涌出量，降低煤与瓦斯突出的危险性。煤矿井下增加抽放煤层气的方法主要是通过增加钻孔密度，缩小钻孔间距，如采用密集钻孔；或改变煤层钻孔布置方式，如由平行钻孔改为交叉钻孔；或者增加抽放钻孔直径；或增加钻孔抽放负压的方法来提高煤层钻孔瓦斯抽放量，其缺点是增加了钻孔的施工量和钻孔进尺量，费用增加。在实践中发现，由于煤层渗透性差，裂隙不发育，在井下直接进行钻孔抽采，由于钻孔孔径较小，影响范围有限，瓦斯自然释放的速度和产量效果都比较差，抽采效果有时并不明显。所以本领域技术人员又开发出了在煤层中造穴的技术，通过造穴扩大煤层裸露面积，增大煤层裂隙，从而使煤层气溢出量增加。为了使钻头在退钻的过程中也能实现连续造穴的功能，急需开发一种新型的钻具。

发明内容

本发明为了解决在煤层中钻进过程后退钻过程中连续造穴的技术问题，提供了一种液压机械式随钻变径扩孔钻头。

本发明的技术方案是，一种液压机械式随钻变径扩孔钻头，包括上接头、壳体、心管、心轴、钻头、活塞系统、钻井液流向控制系统、随钻扩孔牙轮臂总成。

所述的壳体包括依次连接的上壳体、中壳体、下壳体，上接头连接上壳体，上壳体和中壳体中布置心管，中壳体和下壳体中穿设心轴，心轴下端连接钻头，在心轴外侧套有大弹簧，大弹簧卡于下壳体和心轴之间，活塞系统包括活塞，活塞腔及活塞腔连接孔，钻井液流向控制系统设置在心管与心轴之间，钻井液流向控制系统包括连接管，连接管一端为压帽，另一端为入水口，外壁安装有环形的小弹簧，连接管侧壁为过液长孔，连接管上端压帽位于心管底端，连接管下端和心轴连通，上壳体和中壳体中形成的腔体内设有环形的活塞，活塞上表面积大于下表面积；所述的随钻扩孔牙轮臂总成包括在活塞侧面连接的齿形杆，在中壳体外侧设有齿轮，所述的齿轮和齿形杆啮合，在齿轮上连接有牙轮臂，在中壳体上设有斜向喷嘴。

本发明的工作原理如下：在上述工作过程中钻压传递：钻进领眼时，由连接头与上部钻具连接，钻压经上外壳、中外壳、下外壳、心轴传至钻头；钻进结束退钻扩大穴时，钻压经上外壳、中外壳传至牙轮臂。在上述工作过程中扭矩传递：钻进领眼时，由连接头与上部钻具连接，钻压经上外壳、中外壳、通过凸块传至心轴，再由心轴传至钻头；钻进扩大眼时，经上外壳、中外壳，中外壳由带动牙轮臂上实现扩眼。扩穴完毕，准备退钻时，钻井液泄压，活塞腔中的液体由活塞腔经连接孔流出，活塞在弹簧的作用下推动活塞上移，活塞带动齿形杆上移，齿形杆通过与牙轮臂总成后部的齿轮带动牙轮臂向内收缩复位。同时在退钻的过程中，钻孔后部的未扩孔的领眼孔也可通过挤压支撑杆和牙轮臂实现收缩复位。

本发明设计合理巧妙，可以实现在钻进过程中和正常钻头功能相同，但是在退钻过程中，通过活塞系统、钻井液流向转换系统、随钻扩孔牙轮臂总成的作用，可以使牙轮臂张开，实现扩穴造穴的过程。

附图说明

图1为本发明的结构示意

图2为图1的A-A剖面图

图3为图1的B-B剖面图

图中：1-上接头、2-上壳体、3-心管，4-中壳体、5-下壳体，6-心轴凸块、7-大弹簧， 8-心轴、9-钻头、 10-活塞腔、11-活塞、12-T形密封圈、13-空腔、14-连接口、15-压帽、16-垫圈、17-小弹簧、18-连接管、18-1侧壁的过液长孔、19-入水口、 20-O形密封圈、21-活塞腔连接孔、22-齿形杆、23-弹簧、24-半圆形空腔、 25-喷嘴连接孔、26-活塞腔连接孔、27-轴承、28-斜向喷嘴、29-定位块、30-支撑杆、31-轴承、32-齿轮、33-牙轮臂、34-滑动槽、35-滚轴。 

具体实施方式

以下结合附图1、2、3详细说明本发明的结构及工作原理，如图1所示意，一种液压机械式随钻变径扩孔钻头，包括上接头1、壳体、心管3、心轴8、钻头9、活塞系统、钻井液流向控制系统、随钻扩孔牙轮臂总成。