[发明专利]一种用于自进式水射流破岩钻进的带微型刀齿自旋转空化射流钻头

说明书

发明提供一种用于自进式水射流破岩钻进的带微型刀齿自旋转空化射流钻头。该钻头包括旋转前盖、芯轴、中心体、组合轴承、弹簧、摩擦环、端盖、钻头外壳和钻头体。该射流钻头利用喷嘴射流产生反冲力使旋转前盖带动芯轴、中心体和摩擦环转动，使高压水经过转动的中心体后产生大量空化气泡，随后从前喷嘴射出后形成空化射流，并以圆周轨迹破岩联合形成先导钻孔；随后刀齿进一步切削磨蚀破碎射流破岩残留的岩体，形成连通的有效钻孔；接着后喷嘴产生空化射流对孔壁岩体进一步破碎，扩大钻孔直径。本发明射流钻头能产生空化射流，且利用刀齿辅助破岩，破岩钻进效率高，能形成孔径大、形态圆整的钻孔，且钻头旋转可靠、旋转密封效果好、使用寿命长。

技术领域

本发明涉及水射流破岩钻进领域，特别涉及一种用于自进式水射流破岩钻进的带微型刀齿自旋转空化射流钻头。

背景技术

自进式水射流破岩钻进技术是以高压软管传输动力，利用高压水射流提供自进推力前进破碎岩石形成钻孔。由于水射流破岩具有高效、无尘、低热、钻头无磨损等特点，具有传统机械钻具无法比拟的优点。

水射流钻头是自进式水射流破岩钻进技术的执行机构，高压水通过钻头后形成速度极高的射流，其中前射流对岩石进行破碎形成钻孔，后射流为钻头带动高压软管前进提供推进力，并兼有进一步破岩扩孔和排渣的功能。水射流钻头的破岩钻进性能决定了钻孔钻进速度及深度、水力钻孔的形态及孔径大小。目前，应用较多的自进式水射流钻头主要有多孔射流钻头、旋转射流钻头和直旋混合射流钻头。常用的自进式水射流钻头均不旋转，射流一直冲蚀某一作用点，导致射流破岩钻孔效果不理想、钻孔形态不圆整。

多孔射流钻头是直接在钻头体上按一定角度和中心距离分布多个喷嘴，通过各喷嘴产生多束高速射流联合破岩成孔。该射流钻头由于体积小巧、有效破岩距离长，有利于在极小转弯半径下转向，已广泛应用在径向钻井技术中。然而，多孔射流钻头破岩成孔形态不圆整、钻孔直径较小，钻孔稳定性差。

旋转射流钻头是在钻头体内部添加导流叶轮，使高压水通过导流叶轮的螺旋流道后具有螺旋运动轨迹，从而产生具有轴向速度、径向速度和切向速度的三维旋转射流。该射流形式能降低破岩门限压力，与单喷嘴钻头相比，其破岩面积更大、钻孔形态更圆整；但钻头轴心射流速度低，破岩能力弱，易在钻孔底部中心形成凸台，阻碍钻头前进破岩钻孔。

直旋混合射流钻头是在钻头体内部加入一个带中心孔的加旋叶轮，使高压水经钻头后形成具有三维速度的直旋混合射流。该射流兼有直射流和旋转射流的优点，其轴心速度较高，能有效消除旋转射流的孔底凸台，同时外部射流具有较高旋转强度，可利用射流的切向和径向速度使岩体发生剪切破岩，破岩范围广且形态圆整。但直旋混合射流钻头结构较复杂、整体尺寸较大，且高压流体在钻头内部经叶轮后形成螺旋运动轨迹，加速了射流能量衰减，有效破岩距离小。

因此，为提高水射流钻头的破岩钻进效率和成孔稳定性，亟需研发出新型的自进式水射流钻头。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于自进式水射流破岩钻进的带微型刀齿自旋转空化射流钻头，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于自进式水射流破岩钻进的带微型刀齿自旋转空化射流钻头，包括旋转前盖、中心体、组合轴承和弹簧，以及同轴设置的芯轴、端盖、钻头外壳、摩擦环和钻头体。