[发明专利]一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头

说明书

本发明公开了一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头，包括扩底中心钻头体、扩底钻头补芯、限位环、花键轴、花键套、半环卡键、导向平键及钻头活瓣。花键轴与扩底中心钻头体、镶嵌有硬质合金柱形齿的钻头活瓣等零部件组合安装共同实现对岩石进行切削；花键轴与花键套组合利用其内部的槽和孔形成空气循环介质的循环通道；半环卡键将扩底钻头固定安装在空气潜孔锤钻具下方进行冲击回转钻进；钻头活瓣安装在扩底中心钻头体上并可以沿其上T型卡键移动从而改变钻头钻进直径，本发明与护壁套管、空气潜孔锤钻具组配可进行空气反循环潜孔锤扩底跟管钻进，与常规套管钻进工艺相比具有钻具组合结构简单、便于维护、能耗低、使用寿命长等技术优势。

技术领域

本发明涉及一种地质勘探、石油钻井、岩土工程钻探等领域的扩孔钻进装置，特别是涉及一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头。

背景技术

地质勘探、石油钻井、岩土工程钻探等行业的施工常常要在复杂地层中进行，针对众多复杂地层，尤其是在易坍塌破碎地层、易漏失地层中钻进时，如若不采取相应的固井护壁措施，埋钻、卡钻事故则会经常发生，钻井工程中严重的井内事故有可能影响整个工程的成败。为此，钻井工程技术人员往往采用常规的钻井后下放套管、应用套管钻井工艺或者应用跟管钻进工艺的方法以维护孔壁。

常规套管护壁方法是在钻进时遇到严重坍塌破碎地层、严重漏失地层时，停止钻进，下放外径略小于孔壁直径的套管，向孔壁与套管壁间隙注入水泥，待水泥凝固之后继续钻进。如若钻井工程钻进区域复杂地层较多，该种加固井壁的方法则显得耗时较长，导致钻井工程经济钻速较低。此外，由于每次固井下放的套管外径都要小于固井段直径，为了能够继续钻进则不得不选用直径小于上一级套管内径的钻头与套管继续钻进与护壁，因此使用这种传统固井方法的钻孔自下而上呈阶梯状，但这并不利于深井与超深井的钻井生产。

套管钻井是指用套管代替钻杆对钻头施加扭矩和钻压，实现钻头旋转与钻进。整个钻井过程不再使用钻杆、钻铤等，钻头是利用钢丝绳投捞，在套管内实现钻头升降，即实现不提钻更换钻头钻具。在石油钻井工程中则减少了起下钻次数，从而大大降低了井喷、卡钻等意外事故发生的概率，提高了钻井安全性。但由于套管钻井工艺使用的套管生产要求十分严格，生产成本较高，在进行深井、超深井钻进时该种钻井工艺反而大幅度提高了工程成本，因此此类钻井工艺并不能得到不同领域钻井工程的广泛应用。

跟管钻进使用的钻具直径小于套管内径，因此为了使钻头钻进产生的钻孔能够容纳套管同时实现套管与钻头同步进尺，在钻具下方设置有偏心钻头，偏心钻头在钻进时会向外张开增大钻头外径进行扩孔钻进。跟管钻进只适用于孔深较浅的地质勘探、水井钻进、隧道管棚施工等工程领域，适用范围较狭窄。此外，由于跟管扩孔偏心钻头与偏心钻具结构较复杂、易损件多，因此该种钻井工艺实施效果与预期相比并不是很理想。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提出了一种应用于空气反循环潜孔锤扩底钻进的钻头，其为分体式大直径钻头，沿钻头环向均匀分布且可以活动的钻头活瓣与套管配合可以实现空气反循环潜孔锤跟管钻进，维护孔壁，并且无需更换更小直径的钻头与套管就能够持续钻进，并且由于钻头的特殊结构设计，钻头容易从钻孔套管中频繁的拔出与下放。本发明对传统的用于反循环钻进的钻头的空气流道布置与岩屑排出钻孔的路径进行了重新设计，钻头整体具有排出岩屑效率高、流体流动压力损失小，因而冲击回转钻进效率高，大幅降低生产施工能耗成本等优势。此外由于钻头整体使用的零件较少，钻头也具有结构简单、便于维护、使用寿命长等优势。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种分体式大直径空气反循环潜孔锤扩底钻头，其特征在于，包括：扩底中心钻头体、扩底钻头补芯、限位环、花键轴、花键套、半环卡键、导向平键及钻头活瓣，

所述扩底中心钻头体为倒置的圆台形结构，扩底中心钻头体与花键轴同轴，并与花键轴的下部螺纹连接，扩底中心钻头体的顶部向内凹陷形成环形凹槽，扩底中心钻头体的外侧壁沿周向均布有至少三个T型卡键，并在每个T型卡键的下部开设有限位平键槽，同时每一个T型卡键下底面布置有一个硬质合金柱型齿；