巖石擴孔器的製作方法

2023-09-10 15:50:00

專利名稱：巖石擴孔器的製作方法
技術領域：
本發明涉及巖石穿越工程施工領域，特別是涉及一種巖石擴孔器。
背景技術：
目前，巖石穿越工程領域以及礦山、水井、油井領域擴孔施工過程中，經常遇上巖石，各施工單位或鑽具生產廠家採用兩種方式擴孔:一種是油用牙輪掌焊接結構，採用此結構的問題在於:1、焊接時溫度過高對牙輪軸承密封有損壞；2、更換效率低，需要把報廢的牙輪割下來，再焊新的牙輪，往往要一兩天的時間；3、牙輪掌背部很容易磨損，磨損到一定程度就會把密封磨穿，造成牙輪失效，甚至造成牙輪掉入孔內，引發孔內事故。第二種是可更換滾刀式巖石擴孔器，可更換滾刀式巖石擴孔器解決了掉輪及牙輪掌背磨損的問題。但是以上兩種擴孔器在用於大型管道穿越巖石擴孔過程中，如711以上管線擴孔直徑超過800MM以後，有如下使用問題:擴孔器加上配套扶正器重量非常重，鑽具跳動大，轉動扭矩也非常大，當超過鑽杆可承受範圍時，造成鑽杆大量斷裂，處理非常困難，甚至造成鑽孔報廢。同時切削時，巖石顆粒大，不方便泥漿攜帶，巖渣在孔內堆積，造成擴孔和託管困難。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種便於更換滾刀、扭矩低且使用壽命長的巖石擴孔器。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下:所述巖石擴孔器包括連接鑽杆的中空的中心軸、固裝在所述中心軸上的前導正和後導正以及設置在所述前導正和後導正之間且能夠自轉的滾刀，所述滾刀的中心軸線與所述中心軸平行設置，所述滾刀包括具有扶正作用的圓柱段和形成在該圓柱段前端的前端面，在所述前端面和圓柱段的外周面上均布有用於破碎巖石的硬質合金齒。所述滾刀包括外殼以及安裝在外殼中部的軸，在外殼和軸之間還設有軸承和密封
>J-U裝直。所述滾刀在所述中心軸圓周方向至少設有三個，所述前導正和後導正在所述中心軸圓周方向均至少設有三個。根據本發明的一個實施例，所述前導正後部設有一上盤，所述後導正前部設有一下底盤，在所述上盤上、兩個所述前導正的間隔處均固定連接有一上刀座，所述上刀座中部形成有一上圓孔，底端形成有一上卡槽，所述下底盤上、每兩個所述後導正的間隔處均固定連接有一下刀座，所述下刀座中部形成有一下圓孔，上端形成有一下卡槽，所述上、下圓孔的中心線重合，所述上、下卡槽均為一側形成有一開口的方圓形槽。所述滾刀為柱形滾刀，該柱形滾刀的前端面為球面或錐面，該柱形滾刀通過一定位銷軸設置在所述上、下刀座之間，所述柱形滾刀能夠相對於其軸轉動。所述柱形滾刀軸的中部中空，所述定位銷軸依次穿過上圓孔、柱形滾刀的軸及下圓孔且該定位銷軸的兩端分別處於所述上、下圓孔內並通過固定裝置可拆卸地固定。所述定位銷軸的兩端分別通過一銷釘可拆卸地固定在所述上、下圓孔內。所述柱形滾刀的軸兩端的軸肩外廓均為與上、下卡槽相匹配的方圓形，該柱形滾刀的軸兩端的軸肩分別卡入上、下卡槽內並使得軸與上、下刀座周向固定。採用上述技術方案，由於滾刀與中心軸平行設置，滾刀上還設有圓柱段，這樣的結構起到了滾子扶正器的作用，從而避免了在擴孔器上加裝配套的扶正器，減輕了工具重量，降低了轉動扭矩，降低了成本，增強了工具的使用壽命。所述滾刀的外殼能夠相對其軸自轉，周向均布設置的滾刀及前、後導正能夠使得工具的穩定性更強，工作可靠性高。所述柱形滾刀通過定位銷軸安裝在上、下刀座上，不需另外焊接，方便了更換柱形滾刀；這樣的結構不存在油用牙輪掌背磨損影響密封的問題，有效的提高了柱形滾刀的使用壽命；同時，柱形滾刀的圓柱段起到滾子扶正器的作用，不需另外配套扶正器，大大減輕了鑽具重量，有效降低了扭矩，轉動平穩，使鑽杆斷裂的風險降到最低。另外，柱形滾刀前端面的硬質合金齒切削破碎巖石，達到在巖石中擴孔的目的，圓柱段上的硬質合金齒在滾動過程中破碎切削下的大顆粒巖渣，方便泥漿攜帶，實現了擴孔器切削巖石、扶正和碎巖的組合功用。根據本發明的另一個實施例，所述巖石擴孔器包括連接鑽杆的中空的中心軸、固裝在所述中心軸上的前導正和後導正以及設置在所述前導正和後導正之間且能夠自轉的滾刀，所述滾刀的中心軸線與所述中心軸平行設置，所述滾刀包括具有扶正作用的圓柱段和形成在該圓柱段前端的前端面，在所述前端面和圓柱段的外周面上均布有用於破碎巖石的硬質合金齒。所述滾刀包括外殼以及安裝在外殼中部的軸，在外殼和軸之間還設有軸承和密封
>J-U裝直。所述滾刀在所述中心軸圓周方向至少設有三個，所述前導正和後導正在所述中心軸圓周方向均至少設有三個。所述滾刀為錐形滾刀，該錐形滾刀的前端面為球面或錐面，所述錐形滾刀的軸的底端固定連接有一連接塊，該連接塊底端固定連接有一六方，所述連接塊為倒錐形且外表面形成有螺紋，所述錐形滾刀的軸通過連接塊螺紋連接在後導正上部，所述錐形滾刀能夠相對於其軸轉動。所述前導正與錐形滾刀之間預留有安裝錐形滾刀的預留空間，所述後導正上端設有一底盤，該底盤上焊接有一與連接塊螺紋連接的底座，該底座下部設有用於放置六方的凹孔，該凹孔的容積大於六方的體積且能夠容納扳手在凹孔內轉動六方。採用上述技術方案，由於滾刀與中心軸平行設置，滾刀上還設有圓柱段，這樣的結構起到了滾子扶正器的作用，從而避免了在擴孔器上加裝配套的扶正器，減輕了工具重量，降低了轉動扭矩，降低了成本，增強了工具的使用壽命。所述滾刀的外殼能夠相對其軸自轉，周向均布設置的滾刀及前、後導正能夠使得工具的穩定性更強，工作可靠性高。所述錐形滾刀通過絲扣與後導正安裝在一起，不需焊接，通過扳手在凹孔內轉動六方即可方便拆卸錐形滾刀；這樣的結構不存在油用牙輪掌背磨損影響密封的問題，有效的提高了錐形滾刀壽命；同時，錐形滾刀的圓柱段起到滾子扶正器的作用，不需另外配套扶正器，大大減輕了鑽具重量，有效降低了扭矩，轉動平穩，使鑽杆斷裂的風險降到最低。另外，錐形滾刀錐前端面上的硬質合金齒切削破碎巖石，達到在巖石中擴孔的目的，圓柱段上的硬質合金齒在滾動過程中破碎切削下的大顆粒巖渣，方便泥漿攜帶，實現了擴孔器切削巖石、扶正和碎巖的組合功用。綜上所述，本發明通過對滾刀結構的改進及位置的布局，有效的避免了在擴孔器上加裝配套的扶正器，減輕了工具重量，降低了轉動扭矩，降低了成本，增強了工具的使用壽命；另外，滾刀卡裝或螺紋連接在前導正和後導正之間，方便了滾刀的拆卸。


圖1是本發明巖石擴孔器的第一種實施例的結構示意圖；圖2是圖1中柱形滾刀的結構示意圖；圖3是本發明巖石擴孔器的第二種實施例的結構示意圖；圖4是圖3中錐形滾刀的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明:在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是，本發明還可以採用其他不同於在此描述的其他方式來實施，因此，本發明並不限於下面公開的具體實施例的限制。圖1和圖2所示為本發明的一個實施例。如圖所示，該擴孔器包括兩端與鑽杆連通的中空的中心軸1、前導正2、後導正3以及柱形滾刀5。所述中心軸I圓周方向設有至少三個所述前導正2和至少三個所述後導正3且三個所述前導正2和後導正3周向均布設置，所述前導正2和後導正3之間至少設有三個柱形滾刀5且三個柱形滾刀5周向均布設置，該柱形滾刀5的中心軸線與中心軸I平行設置。所述柱形滾刀5包括外殼以及安裝在外殼中部的軸，在外殼和軸之間還設有軸承(圖中未示)和密封裝置(圖中未示)，所述外殼能夠相對其軸轉動，所述柱形滾刀5外殼包括圓柱段和形成在該圓柱段前端的前端面，在所述前端面和圓柱段的外周面上均布有用於破碎巖石的硬質合金齒4，所述前端面為向外凸出的球面。前端面上的硬質合金齒4切削破碎巖石，達到在巖石中擴孔的目的，圓柱段上的硬質合金齒4在滾動過程中破碎切削下的大顆粒巖渣，方便泥漿攜帶。同時，柱形滾刀5的圓柱段起到滾子扶正器的作用，不需另外配套扶正器，大大減輕了鑽具重量，有效降低了扭矩，轉動平穩，使鑽杆斷裂的風險降到最低。所述前導正2後部設有一上盤13，所述後導正3前部設有一下底盤14，所述上盤13上、每兩個所述前導正2的間隔處均固定連接有一上刀座7，所述上刀座7中部形成有一上圓孔，底端形成有一上卡槽，所述下底盤14上、每兩個所述後導正3的間隔處均固定連接有一下刀座8，所述下刀座8中部形成有一下圓孔，上端形成有一下卡槽，所述上、下圓孔的中心線重合，所述上、下卡槽均為一側形成有一開口的方圓形槽。該柱形滾刀5通過一定位銷軸6設置在所述上、下刀座7、8之間，所述柱形滾刀5能夠相對於其軸轉動。所述柱形滾刀5軸的中部中空，所述定位銷軸6依次穿過上圓孔、柱形滾刀5的軸及下圓孔且該定位銷軸6的兩端分別處於所述上、下圓孔內並通過固定裝置可拆卸地固定。優選地，所述定位銷軸6的兩端分別通過一銷釘(圖中未示)可拆卸地固定在所述上、下圓孔內。所述柱形滾刀5的軸兩端的軸肩外廓均為與上、下卡槽相匹配的方圓形，該柱形滾刀5的軸兩端的軸肩分別卡入上、下卡槽內並使得軸與上、下刀座7、8周向固定。在安裝柱形滾刀5時，對準上、下刀座7、8上的上、下卡槽開口並沿著開口先將柱形滾刀放入到上、下刀座7、8之間，再將定位銷軸6插入到上圓孔、柱形滾刀5的軸及下圓孔內，將定位銷軸6兩端分別通過一銷釘(圖中未示)固定在所述上、下圓孔內，柱形滾刀5即安裝完畢；在卸下柱形滾刀5時，先將銷釘拔出，再依次取出定位銷軸6和柱形滾刀5即可。通過裝卸定位銷軸6，可以便捷的更換柱形滾刀；定位銷軸6與上、下刀座7、8可拆卸的固定，柱形滾刀5軸兩端的軸肩與上、下刀座7、8也通過方圓形結構卡固，這樣的結構能夠平穩的傳遞中心軸帶給柱形滾刀的扭矩，增強了工作的可靠性。在巖石擴孔施工過程中，鑽機帶動鑽杆順時針轉動，鑽杆帶動中心軸I順時針轉動，柱形滾刀5隨中心軸I順時針公轉，與此同時柱形滾刀5在巖石反作用力的作用下產生逆時針自轉，該柱形滾刀5前端面上的硬質合金齒4切削破碎巖石，達到在巖石中擴孔的目的，圓柱段上的硬質合金齒4在滾動過程中破碎切削下的大顆粒巖渣，方便泥漿攜帶。圖3和圖4所示為本發明的另一實施例。如圖所示，該擴孔器包括兩端與鑽杆連通的中空的中心軸1、前導正2、後導正3以及錐形滾刀9。所述中心軸I圓周方向設有至少三個所述前導正2和至少三個所述後導正3且三個所述前導正2和後導正3周向均布設置，所述前導正2和後導正3之間至少設有三個錐形滾刀9且三個錐形滾刀9周向均布設置，該錐形滾刀9的中心軸線與中心軸I平行設置。所述錐形滾刀9包括外殼以及安裝在外殼中部的軸，在外殼和軸之間還設有軸承(圖中未畫出)和密封裝置(圖中未畫出)，所述外殼能夠相對其軸轉動，所述錐形滾刀9外殼包括圓柱段和形成在該圓柱段前端的前端面，在所述前端面和圓柱段的外周面上均布有用於破碎巖石的硬質合金齒4，所述前端面為向外凸出的錐面。前端面上的硬質合金齒4切削破碎巖石，達到在巖石中擴孔的目的，圓柱段上的硬質合金齒4在滾動過程中破碎切削下的大顆粒巖渣，方便泥漿攜帶。同時，錐形滾刀9的圓柱段起到滾子扶正器的作用，不需另外配套扶正器，大大減輕了鑽具重量，有效降低了扭矩，轉動平穩，使鑽杆斷裂的風險降到最低。所述錐形滾刀9軸底端固定連接有一連接塊10，該連接塊10底端固定連接有一六方11，所述連接塊10為倒錐形且外表面形成有螺紋，所述錐形滾刀9通過連接塊10螺紋連接在後導正3上部，所述錐形滾刀9能夠相對於其軸轉動。所述前導正2與錐形滾刀9之間預留有安裝錐形滾刀的預留空間，所述後導正3上端固接有一底盤15，該底盤15上部焊接有一與連接塊10螺紋連接的底座12，該底座12下部設有用於放置六方11的凹孔，該凹孔的容積大於六方11的體積且能夠容納扳手在凹孔內轉動六方11。在安裝錐形滾刀9，只需將連接塊10旋進底座12即可實現錐形滾刀9與裝置的固定，拆卸時，通過扳手夾緊六方11並旋動六方11將錐形滾刀9旋出即可，拆卸方便。在巖石擴孔施工過程中，鑽機帶動鑽杆順時針轉動,鑽杆帶動中心軸I順時針轉動，錐形滾刀9隨中心軸I順時針公轉，與此同時錐形滾刀9在巖石反作用力的作用下產生逆時針自轉，該錐形滾刀9前端面上的硬質合金齒4切削破碎巖石，達到在巖石中擴孔的目的，圓柱段上的硬質合金齒4在滾動過程中破碎切削下的大顆粒巖渣，方便泥漿攜帶。上述兩個實施例中，所述柱形滾刀5的前端面優選結構為球面，但也可以選擇為錐面或其他具有同樣效果的結構；所述錐形滾刀9的前端面優選結構為錐面，但也可以選擇為球面或其他具有同樣效果的結構。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種巖石擴孔器，包括連接鑽杆的中空的中心軸(I)、固裝在所述中心軸上的前導正(2)和後導正(3)以及設置在所述前導正(2)和後導正(3)之間且能夠自轉的滾刀，其特徵在於:所述滾刀的中心軸線與所述中心軸(I)平行設置，所述滾刀包括具有扶正作用的圓柱段和形成在該圓柱段前端的前端面，在所述前端面和圓柱段的外周面上均布有用於破碎巖石的硬質合金齒(4)。
2.按照權利要求1所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述滾刀包括外殼以及安裝在外殼中部的軸，在外殼和軸之間還設有軸承和密封裝置。
3.按照權利要求1所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述滾刀在所述中心軸(I)圓周方向至少設有三個，所述前導正(2)和後導正(3)在所述中心軸(I)圓周方向均至少設有三個。
4.按照權利要求1-3中任一項所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述前導正(2)後部設有一上盤(13)，所述後導正(3)前部設有一下底盤(14)，所述上盤(13)上、每兩個所述前導正(2)的間隔處均固定連接有一上刀座(7)，所述上刀座(7)中部形成有一上圓孔，底端形成有一上卡槽，所述下底盤(14)上、每兩個所述後導正(3)的間隔處均固定連接有一下刀座(8)，所述下刀座(8)中部形成有一下圓孔，上端形成有一下卡槽，所述上、下圓孔的中心線重合，所述上、下卡槽均為一側形成有一開口的方圓形槽。
5.按照權利要求4所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述滾刀為柱形滾刀(5)，該柱形滾刀(5)的前端面為球面或錐面，該柱形滾刀(5)通過一定位銷軸(6)設置在所述上、下刀座(7、8)之間，所述柱形滾刀(5)能夠相對於其軸轉動。
6.按照權利要求5所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述柱形滾刀(5)軸的中部中空，所述定位銷軸(6)依次穿過上圓孔、柱形滾刀(5)的軸及下圓孔，且該定位銷軸(6)的兩端分別處於所述上、下圓孔內並通過固定裝置可拆卸地固定。
7.按照權利要求6所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述定位銷軸(6)的兩端分別通過一銷釘可拆卸地固定在所述上、下圓孔內。
8.按照權利要求7所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述柱形滾刀(5)的軸兩端的軸肩外廓均為與所述上、下卡槽相匹配的方圓形，該柱形滾刀(5)的軸兩端的軸肩分別卡入上、下卡槽內並使得軸與上、下刀座(7、8)周向固定。
9.按照權利要求1-3中任一項所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述滾刀為錐形滾刀(9)，該錐形滾刀(9)的前端面為球面或錐面，所述錐形滾刀(9)的軸的底端固定連接有一連接塊(10)，該連接塊(10)底端固定連接有一六方(11 )，所述連接塊(10)為倒錐形且外表面形成有螺紋，所述錐形滾刀(9 )的軸通過連接塊(10 )螺紋連接在後導正(3 )上部，所述錐形滾刀(9)能夠相對於其軸轉動。
10.按照權利要求9所述的巖石擴孔器，其特徵在於:所述前導正(2)與錐形滾刀(9)之間預留有安裝錐形滾刀(9)的預留空間，所述後導正(3)上端設有一底盤(15)，該底盤(15)上固裝有一與連接塊(10)螺紋連接的底座(12)，該底座(12)下部設有用於放置六方(11)的凹孔，該凹孔的容積大於六方(11)的體積且能夠容納扳手在凹孔內轉動六方(11)。
全文摘要
本發明公開了一種巖石擴孔器，其包括連接鑽杆的中空的中心軸、固裝在所述中心軸上的前導正和後導正以及設置在所述前導正和後導正之間且能夠自轉的滾刀，所述滾刀的中心軸線與所述中心軸平行設置，所述滾刀包括具有扶正作用的圓柱段和形成在該圓柱段前端的前端面，在所述前端面和圓柱段的外周面上均布有用於破碎巖石的硬質合金齒。本發明通過對滾刀結構的改進及位置的布局，有效的避免了在擴孔器上加裝配套的扶正器，減輕了工具重量，降低了轉動扭矩，降低了成本，增強了工具的使用壽命；另外，滾刀卡裝或螺紋連接在前導正和後導正之間，方便了滾刀的拆卸。
文檔編號E21B10/633GK103161406SQ20131006930
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月5日 優先權日2013年3月5日
發明者佟功喜 申請人:佟功喜