CN104712275B - 一种地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头 - Google Patents
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Abstract
一种地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，属于土层或岩石的钻进设备技术领域，它包括钻杆接头、滑动体导向座、滑动体组件和液压缸组件；所述钻杆接头上端与钻杆固定装配，下端与滑动体导向座上端固定装配；所述滑动体导向座下端与液压缸组件固定装配，滑动体导向座的中部为锥台结构，在其外圆锥面上设置一组与滑动体组件匹配的滑台；所述滑动体组件由一组沿滑动体导向座外圆锥面周向均匀布置的滑动块组成，所述滑动块通过螺钉与液压缸组件固定装配，滑动块在液压缸组件驱动下沿滑动体导向座外圆锥面上的滑台向上移动，使滑动体外圆柱面直径增大。本发明提高了膨胀管护壁的通用性能，解决了复杂地层钻探打孔时难以找到与钻孔孔径匹配膨胀管的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀工具，尤其是一种液压控制的可变径地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，属于土层或岩石的钻进设备技术领域。
背景技术
在地质钻探施工过程中，钻孔护壁是解决复杂地层钻探难题的技术手段之一，钻孔护壁技术主要采用水泥护壁和套管护壁两种形式。其中水泥护壁作业周期较长，影响钻采进度；而普通套管护壁在孔身设计时需预留多层套管，存在孔径缩减大的问题，因此既延长了钻采周期又增加了钻采成本，特别是在复杂地层钻探打孔时，受套管级数和取芯直径等因素的制约，导致难以找到与钻孔孔径相匹配的套管，影响了终孔质量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种通过液压系统驱动，能实现膨胀锥头直径连续变化，使波纹膨胀管护壁膨胀后直径不小于原钻孔直径的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头。
本发明所述问题是通过下述技术方案解决的：
一种地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，包括钻杆接头、滑动体导向座、滑动体组件和液压缸组件；所述钻杆接头上端与钻杆固定装配，下端与滑动体导向座上端固定装配；所述滑动体导向座下端与液压缸组件固定装配，滑动体导向座的中部为上端直径大、下端直径小的锥台结构，在其外圆锥面上设置一组与滑动体组件匹配的滑台；所述滑动体组件由一组沿滑动体导向座外圆锥面周向均匀布置的滑动块组成，所述滑动块通过螺钉与液压缸组件固定装配，滑动块在液压缸组件驱动下沿滑动体导向座外圆锥面上的滑台向上移动，使滑动体外圆柱面直径增大。
上述地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，所述滑动体导向座外圆锥面上的滑台为燕尾型滑台，在燕尾型滑台上设有与螺钉匹配的长条型通孔槽。
上述地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，所述滑动块内侧壁为与滑动体导向座外圆锥面匹配的圆锥面结构，在滑动块内侧壁上设有燕尾型滑槽，所述燕尾型滑槽与滑动体导向座外圆锥面上燕尾型滑台匹配，所述滑动块外侧壁上半部分为圆柱面，下半部分为上端直径大、下端直径小的圆锥面，在所述圆柱面上设有螺钉装配孔。
上述地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，所述钻杆接头与滑动体导向座设有相互贯通的圆柱体内腔，在所述圆柱体内腔中设置软管，所述软管上端设有软管接头，所述软管接头套装在钻杆接头上端空腔中，并通过限位螺母固定，在软管接头上设有与软管连通的液体流通上部通道。
上述地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，所述软管接头上设有一组与钻杆接头内壁静态紧密贴合的连接管接头密封环。
上述地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，所述液压缸组件由缸体和活塞杆组成；所述缸体上端与滑动体导向座固定装配，下端设有堵头；所述活塞杆置于缸体内腔中，在活塞杆上部设有用于固定滑动体的圆盘状凸台，所述凸台上设有一组与滑动块数量匹配的螺纹孔，在活塞杆轴线方向上设有与软管连通的液体流通下部通道。
上述地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，所述活塞杆下端设有一组与缸体内壁动态紧密贴合的活塞杆密封环。
上述地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，在所述钻杆接头与滑动体导向座相互贯通的圆柱体内腔中设有复位弹簧，所述复位弹簧套装在软管的外面，卡装在软管接头与活塞杆凸台之间。
本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头将滑动体导向座的中部设计为上端直径大、下端直径小的锥台结构，并在其外圆锥面上设置一组与滑动体组件匹配的滑台，当滑动体组件在液压缸组件中活塞杆带动下由下向上移动时，滑动体组件中滑动块内侧壁上燕尾型滑槽在滑动体导向座外圆锥面的燕尾型滑台上滑动，使由滑动块组成的滑动体上部外圆柱面直径增大，将膨胀管护壁撑开。由于本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头的滑动块沿滑动体导向座外圆锥面的燕尾型滑台滑动过程中，由滑动块组成的滑动体上部外圆柱面直径连续增大，因此使得膨胀管护壁膨胀后能与不同直径钻孔的孔壁匹配，提高了膨胀管护壁的通用性能，解决了复杂地层钻探打孔时难以找到与钻孔孔径匹配套管的问题，达到防止钻孔坍塌、缩径的目的，保证了钻孔终孔质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头结构示意图；
图2是图1中A-A剖面结构示意图；
图3是图1中B-B剖面结构示意图；
图4是本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中滑动体导向座结构示意图；
图5是图4中C-C剖面结构示意图；
图6是图4中D-D剖面结构示意图；
图7是本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中滑动块结构示意图；
图8是图7中E-E剖面结构示意图；
图9是图7中F-F剖面结构示意图；
图10是本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中活塞杆主剖视图；
图11是本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中软管接头主剖视图；
图12是本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头工作原理示意图；
图13是本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头工作过程示意图。
图中各标号清单为：1、限位螺母，2、钻杆接头，3、滑动体导向座，3-1、燕尾型滑台，3-2、长条型通孔槽，3-3、中心孔，4、滑动块，4-1、螺钉装配孔，4-2、燕尾型滑槽，5、缸体，6、堵头，7、活塞杆，7-1、凸台，7-2、螺纹孔，7-3、液体流通下部通道，7-4、活塞杆密封环，8、螺钉，9、软管，10、复位弹簧，11、软管接头，11-1、液体流通上部通道，11-2、软管接头密封环。
具体实施方式
参看图1、图2和图3，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头包括钻杆接头2、滑动体导向座3、滑动体组件和液压缸组件；所述钻杆接头2上端与钻杆固定装配，下端与滑动体导向座3上端固定装配；所述滑动体导向座3下端与液压缸组件固定装配，滑动体导向座的中部为上端直径大、下端直径小的锥台结构，在其外圆锥面上设置一组与滑动体组件匹配的滑台；所述滑动体组件由一组沿滑动体导向座3外圆锥面周向均匀布置的滑动块4组成，所述滑动块4通过螺钉8与液压缸组件固定装配，滑动块4在液压缸组件驱动下沿滑动体导向座外圆锥面上的滑台向上移动，使滑动体外圆柱面直径增大。
参看图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中滑动体导向座3外圆锥面上的滑台为燕尾型滑台3-1，在燕尾型滑台3-1上设有与螺钉匹配的长条型通孔槽3-2。
参看图1、图2、图3、图7、图8和图9，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中滑动块4的内侧壁为与滑动体导向座外圆锥面匹配的圆锥面结构，在滑动块4的内侧壁上设有燕尾型滑槽4-2，所述燕尾型滑槽4-2与滑动体导向座外圆锥面上燕尾型滑台3-1匹配，所述滑动块4外侧壁上半部分为圆柱面，下半部分为上端直径大、下端直径小的圆锥面，在所述圆柱面上设有螺钉装配孔4-1。
参看图1、图2、图3和图11，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中钻杆接头2与滑动体导向座3设有相互贯通的圆柱体内腔，在所述圆柱体内腔中设置软管9，所述软管9上端设有软管接头11，所述软管接头11套装在钻杆接头2上端空腔中，并通过限位螺母1固定，在软管接头11上设有与软管9连通的液体流通上部通道11-1，在软管接头11上还设有一组与钻杆接头内壁静态紧密贴合的连接管接头密封环11-2。
参看图1、图2、图3和图10，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中液压缸组件由缸体5和活塞杆7组成；所述缸体5上端与滑动体导向座3固定装配，下端设有堵头6；所述活塞杆7置于缸体5内腔中，在活塞杆7上部设有用于固定滑动体的圆盘状凸台7-1，所述凸台7-1上设有一组与滑动块数量匹配的螺纹孔7-2，在活塞杆7轴线方向上设有与软管9连通的液体流通下部通道7-3，在活塞杆7下端还设有一组与缸体内壁动态紧密贴合的活塞杆密封环7-4。
参看图2，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头中，所述钻杆接头2与滑动体导向座3相互贯通的圆柱体内腔中设有复位弹簧10，所述复位弹簧10套装在软管9的外面，卡装在软管接头11与活塞杆7的凸台7-1之间。
参看图12、图13，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头的工作原理是：钻杆接头2上端与钻杆连接，钻杆向下加压，同时向钻杆内泵入液体，液体通过软管接头11中液体流通上部通道11-1、软管9和活塞杆7中液体流通下部通道7-3进入活塞杆7下端面与堵头6上端面之间形成密封腔中，随着密封腔中液体压力逐渐增大，推动活塞杆7向上移动，将复位弹簧10压缩，同时滑动块4沿滑动体导向座3外圆锥面上的燕尾型滑台3-1向上移动，使由滑动块4组成的滑动体上部外圆柱面直径增大(如附图13所示，滑动体上部外圆柱面直径由φ1增大为φ2)，滑动体上部外圆柱面将膨胀管护壁撑开。由于本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头的滑动块4沿滑动体导向座外圆锥面的燕尾型滑台3-1滑动过程中，由滑动块4组成的滑动体上部外圆柱面直径连续增大，因此使得膨胀管护壁膨胀后能与不同直径钻孔的孔壁匹配。
参看图12、图13，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头的一个具体实施例是波纹膨胀管护壁采用割缝膨胀管，此种情况下，将待膨胀的割缝膨胀管与活动块4的锥面通过销钉连接，将割缝膨胀管放入钻孔前对需护壁段进行扩孔，然后通过钻杆将割缝膨胀管下放到预定位置；钻杆向下加压，剪断连接割缝膨胀管和滑动块4的销钉；向钻杆内泵入液体，在液体压力作用下，活塞杆7带动滑动块4沿滑动体导向座3外圆锥面上的燕尾型滑台3-1向上移动；在对膨胀锥头内部加压使滑动块4上移的同时，对钻杆旋转加压使其向下移动，当滑动块4到达上限位置时，由滑动块4组成的滑动体上部外圆柱面直径增大到大于等于护壁段孔径尺寸；钻杆继续旋转向下移动，直至整根割缝膨胀管完全膨胀至设定尺寸；停止向钻杆内泵入液体，活塞杆7及滑动块4在复位弹簧10的作用下逐渐下滑至初始位置，上提钻杆将本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头提至钻孔外面，波纹膨胀管护壁膨胀工作完毕，此时割缝膨胀管内径大于等于钻孔直径，使得割缝膨胀管紧密贴合在钻孔的内壁上。
参看图12、图13，本发明所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头的另外实施例是波纹膨胀管护壁采用是实体膨胀管或实体波纹膨胀管，此种情况下需要预先将实体膨胀管或实体波纹膨胀管进行液压预膨胀，将实体膨胀管或实体波纹膨胀管的内径膨胀至接近或大于下入孔的直径时，下入本发明所述的波纹膨胀管护壁膨胀锥头，同样进行上述割缝膨胀管的膨胀过程，对实体膨胀管或实体波纹膨胀管内径进行检验和规圆，使实体膨胀管或实体波纹膨胀管内径大于等于原孔直径。
Claims (5)
1.一种地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，其特征是，它包括钻杆接头(2)、滑动体导向座(3)、滑动体组件和液压缸组件；所述钻杆接头(2)上端与钻杆固定装配，下端与滑动体导向座(3)上端固定装配；所述滑动体导向座(3)下端与液压缸组件固定装配，滑动体导向座的中部为上端直径大、下端直径小的锥台结构，在其外圆锥面上设置一组与滑动体组件匹配的滑台；所述滑动体组件由一组沿滑动体导向座(3)外圆锥面周向均匀布置的滑动块(4)组成，所述滑动块(4)通过螺钉(8)与液压缸组件固定装配，滑动块(4)在液压缸组件驱动下沿滑动体导向座外圆锥面上的滑台向上移动，使滑动体组件外圆柱面直径增大；
所述滑动体导向座(3)外圆锥面上的滑台为燕尾型滑台(3-1)，在燕尾型滑台(3-1)上设有与螺钉匹配的长条型通孔槽(3-2)；
所述滑动块(4)的内侧壁为与滑动体导向座外圆锥面匹配的圆锥面结构，在滑动块(4)的内侧壁上设有燕尾型滑槽(4-2)，所述燕尾型滑槽(4-2)与滑动体导向座外圆锥面上燕尾型滑台(3-1)匹配，所述滑动块(4)外侧壁上半部分为圆柱面，下半部分为上端直径大、下端直径小的圆锥面，在所述圆柱面上设有螺钉装配孔(4-1)；
所述钻杆接头(2)与滑动体导向座(3)设有相互贯通的圆柱体内腔，在所述圆柱体内腔中设置软管(9)，所述软管(9)上端设有软管接头(11)，所述软管接头(11)套装在钻杆接头(2)上端空腔中，并通过限位螺母(1)固定，在软管接头(11)上设有与软管(9)连通的液体流通上部通道(11-1)。
2.根据权利要求1所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，其特征是，所述软管接头(11)上设有一组与钻杆接头内壁静态紧密贴合的连接管接头密封环(11-2)。
3.根据权利要求2所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，其特征是，所述液压缸组件由缸体(5)和活塞杆(7)组成；所述缸体(5)上端与滑动体导向座(3)固定装配，下端设有堵头(6)；所述活塞杆(7)置于缸体(5)内腔中，在活塞杆(7)上部设有用于固定滑动体组件的圆盘状凸台(7-1)，所述凸台(7-1)上设有一组与滑动块数量匹配的螺纹孔(7-2)，在活塞杆(7)轴线方向上设有与软管(9)连通的液体流通下部通道(7-3)。
4.根据权利要求3所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，其特征是，所述活塞杆(7)下端设有一组与缸体内壁动态紧密贴合的活塞杆密封环(7-4)。
5.根据权利要求4所述的地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头，其特征是，在所述钻杆接头(2)与滑动体导向座(3)相互贯通的圆柱体内腔中设有复位弹簧(10)，所述复位弹簧(10)套装在软管(9)的外面，卡装在软管接头(11)与活塞杆(7)的凸台(7-1)之间。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Address after: 065000 No. 77, Golden Road, Langfang, Hebei Co-patentee after: Langfang Juli Exploration Technology Co.,Ltd. Patentee after: INSTITUTE OF EXPLORATION TECHNIQUE, CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES Address before: 065000 No. 77, Golden Road, Langfang, Hebei Co-patentee before: JULI GEO-ENGINEERING TECHNICAL DEVELOPMENT COMPANY (LANGFANG) Patentee before: INSTITUTE OF EXPLORATION TECHNIQUE, CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170524 |