[发明专利]一种钻井采煤大变径扩眼钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于深部地层钻井采煤的大变径扩眼钻头。

背景技术

我国能源资源中，煤炭资源极为丰富，据1997年完成的全国第三次煤炭资源预测与评价，2000m深度内的煤炭总资源为5.57万亿吨，1000m深度内为2.86万亿吨。我国埋深在1000m以下的煤炭资源分布广泛，随着埋深的增加，煤炭的储存量呈指数递增长，但是深部地层的煤矿开采难度大，与浅层煤炭挖掘相比，由于受井筒尺寸、煤层及井筒气液固三相流动、煤层稳定性、专用工具及特种装备欠缺等诸多因素的影响，导致深部地层的煤矿难以有效开采。

超深井煤层开采，尤其是2000m以下的煤层开采，利用传统开采方法难以实现。然而在油气开采方面，10000深度的钻井技术已经十分成熟，因此借鉴油气开采的相关工艺和方法，采用钻井采煤的方法开采深部地层的煤炭资源具有可行性，也更加环保、安全，对于我国能源发展战略，具有深远意义。

钻井采煤技术主要是在深部煤层以上地层采用常规钻井技术，打小井眼穿透煤层上部地层，到达煤层以后，扩大井眼直径，钻采更多的煤矿。因此钻井采煤技术必须使用具有大变径功能的扩眼钻头，以节约钻井成本，提高经济效益。目前石油天然气行业使用的扩眼钻头，变径范围小，难以满足钻井采煤技术的要求，因此，本发明设计一种专门用于钻井采煤技术的大变径扩眼钻头。

发明内容

本发明的目的是：采用钻井采煤技术对深部地层煤矿资源进行开采，上部地层钻小井眼，煤矿层钻大井眼，特提供一种钻井采煤大变径扩眼钻头。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种钻井采煤大变径扩眼钻头，是由锁定总成、扩眼总成、平衡总成、下接头和领眼钻头组成；锁定总成包括：上接头、防掉帽、变位滑套、上壳体、弹簧a、螺钉a、上中心管、推力轴承a、解锁套、钢球、弹簧b；扩眼总成包括：扩眼壳体、传动销、推力轴承b、销轴、扩眼刀翼、螺钉b、旋转筒、推力轴承c、传动套、防冲水帽、芯轴、支撑臂、支撑座、定位销；平衡总成包括：下壳体、弹簧c、下中心管、浮动活塞；其结构特征是：锁定总成的上接头和钻井管柱丝扣连接，锁定总成的上壳体下部和扩眼总成的扩眼壳体上部丝扣连接，扩眼总成的扩眼壳体下部和平衡总成的下壳体上部丝扣连接，下接头上部和平衡总成的下壳体下部丝扣连接，下接头下部和领眼钻头丝扣连接；上中心管中部设置有一台阶，台阶下方周向均布三个通孔，上中心管上部外圆设置有丝扣，上部内孔设置为六方孔，下部设置有丝扣；推力轴承a安装在上中心管中部台阶上，弹簧a套入上中心管上部安装在推力轴承a上，安装时，弹簧a处于压缩状态，变位滑套安装在上中心管上部，防掉帽和上中心管上部丝扣连接；变位滑套外圆设置有长行程滑槽和短行程滑槽，长行程滑槽和短行程滑槽间隔分布，相邻长行程滑槽和短行程滑槽有斜向滑槽连通，变位滑套上部内圆和外圆均设置有密封圈安装槽；三个钢球置入上中心管三个通孔内，解锁套套入上中心管下部，解锁套内部设置有一圈梯形凹槽，弹簧b安装在扩眼壳体上部内孔台阶上，安装时，弹簧b处于压缩状态，上中心管下部和扩眼壳体上部内孔丝扣连接；上壳体中部设置两个对称分布的螺纹台阶孔，螺钉a安装在上壳体两个螺纹台阶孔内，螺钉a一端置入变位滑套外圆上的长行程滑槽或短行程滑槽内；芯轴中心设置为台阶孔，两端孔径较大，芯轴上部外圆设置有一圈梯形凹槽，梯形凹槽下部外圆周向均匀设置八个半圆形凹槽，芯轴中部外圆设置两个螺旋凹槽，两个螺旋凹槽呈中心对称分布，芯轴下部外圆周向均匀设置八个半圆形凹槽，芯轴上部八个半圆形凹槽和下部八个半圆形凹槽周向相位相同，自芯轴上部梯形凹槽至芯轴下端面轴向位置上，芯轴外圆周向设置有八个通油槽，通油槽相位和半圆形凹槽周向相位相差22.5°；扩眼壳体内腔上部设置有八个半圆形凹槽，内腔下部设置有八个半圆形凹槽，内腔上部八个半圆形凹槽和内腔下部八个半圆形凹槽周向相位相差22.5°，扩眼壳体中部设置两个矩形通孔，两个矩形通孔呈中心对称分布，扩眼壳体中部设置有两个铰链支座，两个铰链支座呈中心对称分布；传动套内孔和外圆分别周向均匀设置八个半圆形凹槽，内孔八个半圆形凹槽和外圆八个半圆形凹槽周向相位相差22.5°；防冲水帽与芯轴上部过盈配合，芯轴置入扩眼壳体内腔，传动销安装在芯轴上部半圆形凹槽和扩眼壳体内腔上部半圆形凹槽组成的圆孔内，推力轴承b、旋转筒和推力轴承c安装在扩眼壳体内腔，传动销安装在扩眼壳体内腔下部半圆形凹槽和传动套外圆半圆形凹槽组成的圆孔内，传动销安装在传动套内孔半圆形凹槽和芯轴下部半圆形凹槽组成的圆孔内；旋转筒中部周向设置两个螺纹台阶孔，两个螺纹台阶孔呈中心对称分布，旋转筒中部周向设置两个矩形凹槽，两个矩形凹槽呈中心对称分布，矩形凹槽中部设置有盲孔，两边设置有螺纹盲孔；螺钉b和旋转筒中部螺纹台阶孔丝扣连接，螺钉b一端置入芯轴中部螺旋凹槽内，定位销安装在旋转筒中部矩形凹槽中部盲孔内，支撑座安装在旋转筒中部矩形凹槽内，用螺钉固紧；扩眼刀翼呈圆弧形，扩眼刀翼外弧面和端面设置有切削齿，扩眼刀翼和扩眼壳体中部铰链支座用销轴铰接；支撑臂一端和扩眼刀翼中部铰接，另一端和支撑座铰接；弹簧c安装在下壳体内腔中部台阶上，安装时，弹簧c处于压缩状态；下中心管内部设置一通孔，外部设置为台阶轴，下部台阶内孔设置为六方孔，外部设置为丝扣，下部台阶设置有通孔连通台阶上下端面；下中心管上部插入芯轴下部内孔，接触面用密封圈密封，下中心管下部和下壳体下部内腔丝扣连接，浮动活塞安装在下中心管下部和下壳体下部形成的环形腔内；本发明的变位滑套以下和浮动活塞以上腔室内注有液压油。