專利名稱：改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地質(zhì)工程領(lǐng)域，涉及一種能夠在堅硬巖石中實現(xiàn)反循環(huán)鉆進的 大直徑鉆頭。
背景技術(shù)：
目前，反循環(huán)技術(shù)在硬巖鉆進中仍然存在許多問題，對于大直徑空氣鉆頭， 鉆進中仍然不能實現(xiàn)反循環(huán)，使鉆進技術(shù)的應用受到限制，對于大直徑反循環(huán) 鉆頭結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計一直是一個技術(shù)難題。常規(guī)鉆頭設(shè)計是在鉆頭底部設(shè)計加工單層底噴孔，如圖1所示為單排底噴孔27的3個孔在底部的均布設(shè)置。大直徑反循環(huán)鉆頭按照常規(guī)方法設(shè)計已經(jīng)無 法實現(xiàn)反循環(huán)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種大直徑空氣反循環(huán)鉆頭，其底部設(shè)計了雙層底 部噴射孔結(jié)構(gòu)(后面全簡稱為底噴孔)，應用引射結(jié)構(gòu)原理，使鉆頭底部外層底 噴孔出射流體，獲得內(nèi)層底噴孔出射流體的真空負壓抽吸，使底部流場得到二 次加速，使孔底鉆碎的巖心(樣)排出徹底，從而順利實現(xiàn)反循環(huán)。為達到以上目的，本發(fā)明的解決方案是改變常規(guī)直徑鉆頭底部單層底噴孔結(jié)構(gòu)，改用雙層底噴孔設(shè)計，即在常規(guī) 反循環(huán)鉆頭單層底噴孔結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上新增加了外層底噴孔，形成雙層底噴孔結(jié)構(gòu)。一種改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，在鉆頭底部設(shè)置有內(nèi)層底噴孔和 外層底噴孔。進一步，該內(nèi)層底噴孔一端開口設(shè)置于鉆頭臺肩上，內(nèi)層底噴孔出口端設(shè)置于鉆頭底部擴壓槽，其中心線與鉆頭中心通道軸線向下形成一個角度；該角 度的范圍是大于等于0°且小于45° 。該外層底噴孔一端開口設(shè)置于鉆頭底部胎體上，另一端開口設(shè)置于鉆頭底 部擴壓槽，其中心線與鉆頭中心通道軸線向上形成一個角度；該角度的范圍是 大于等于0°且小于45°。該內(nèi)層底噴孔是等徑直孔。 該外層底噴孔是等徑直孔。該等徑直孔的范圍是7 15mm。 該內(nèi)層底噴孔的數(shù)量至少為3個。 該外層底噴孔的數(shù)量至少為3個。該噴孔在鉆頭底部以鉆頭中心通道軸線為對稱軸圓周均布。 由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果該發(fā)明結(jié)構(gòu)可以解決大直徑反循環(huán)鉆頭在硬巖鉆進中難以順利實現(xiàn)鉆進的 技術(shù)難題。由于內(nèi)層與外層底噴孔同時噴射產(chǎn)生高速氣流，巻吸周圍流體攜帶 鉆碎的巖心(樣)返出地表，同時內(nèi)層底噴孔對外層底噴孔的巻吸攜巖能力起 到加速與促進作用，使大直徑鉆頭順利實現(xiàn)反循環(huán)鉆進，并且能夠很好地冷卻 鉆頭邊齒，起到延長鉆頭壽命的作用，應用效果好。


圖1是現(xiàn)有常規(guī)直徑鉆頭底部單層底噴孔結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明實施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖l中的數(shù)字標記說明21、泄風槽；22、密封槽；23、卡槽；24、花鍵； 25、心管內(nèi)孔；26、鉆頭中心通道；27、底噴孔；28、圓柱面；29、密封環(huán)槽； 30、擴壓槽；31、外緣臺肩；32、取心偏心孔；33、鉆頭中心通道軸線；34、邊齒；35、上錐面；36、臺肩面；37、引射孔圖3中的數(shù)字標記說明1卸壓槽；2密封槽；3卡槽；4花鍵；5引射 孔；6內(nèi)層噴射孔；7鉆頭胎體；8外層噴射孔；9偏心孔；10擴壓槽； 11邊齒；12密封環(huán)槽；13鉆頭臺肩；14鉆頭中心通道(軸線)具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明大直徑反循環(huán)鉆頭，其異于常規(guī)直徑鉆頭底部設(shè)置單層底噴孔，本 發(fā)明在鉆頭底部設(shè)計雙層底噴孔。根據(jù)引射器基本結(jié)構(gòu)與工作原理，將鉆頭底噴孔6和8設(shè)計成引射器的噴嘴，此處，將內(nèi)層底噴孔6與外層底噴孔8在鉆頭底部均以鉆頭中心通道軸線 14為對稱軸呈圓周均勻分布3個。由于底噴孔數(shù)量一般為大于或等于3個(此實施例中為3個)，故形成多噴嘴引射結(jié)構(gòu)，高壓氣體進入雙層底噴孔6與8產(chǎn) 生高速射流，高速射流流速高、壓力低，對周圍流體產(chǎn)生巻吸作用，致使底噴 孔附近形成負壓區(qū)，被巻吸的流體和從底噴孔排出的高速射流在內(nèi)層底噴孔6 的出口端擴壓槽10內(nèi)混合，對外圍氣體構(gòu)成抽吸，內(nèi)層底噴孔6噴射出的氣體， 由于射流巻吸作用，會帶動周圍流體攜帶鉆取的巖心(樣)經(jīng)鉆頭中心通道14 返出地表。同時，外層底噴孔8噴射出的高速氣體也巻吸周圍流體攜帶巖心(樣) 向靠近中心通道方向移動，此時，由于內(nèi)層底噴孔6高速射流巻吸作用造成真 空負壓而使得外層底噴孔8出流氣體加速向內(nèi)層底噴孔方向移動，使流體獲得 加速，從而有助于鉆頭底部流體攜帶巖心(樣)往鉆頭中心通道方向移動，然 后導流到鉆頭的中心孔9，進入鉆頭中心通道14，實施例中的3個噴嘴隨鉆頭 不斷旋轉(zhuǎn)，在孔底形成環(huán)狀負壓區(qū)，孔底氣體被連續(xù)導流到鉆頭中心通道內(nèi)， 有效阻止正循環(huán)的形成，形成反循環(huán)。內(nèi)層底噴孔6的空氣進口端是設(shè)置于鉆頭臺肩13上的，內(nèi)層底噴孔空氣出 口端設(shè)置于鉆頭底部擴壓槽10，其中心線與鉆頭中心通道軸線向下形成一個角 度，具體的說，是大于等于0°且小于45°角度，內(nèi)層底噴孔6是等徑直孔，直 徑范圍是7 15mm;外層底噴孔8的空氣進口端設(shè)置于鉆頭底部胎體7上，外層底噴孔空氣出 口端設(shè)置于鉆頭底部擴壓槽10，其中心線與鉆頭中心通道軸線向上形成一個角 度，具體的說，是大于等于0°且小于45°角度，內(nèi)層底噴孔6是等徑直孔，直 徑范圍是7 15mm;內(nèi)層底噴孔6與外層底噴孔8在鉆頭底部可均以鉆頭中心通 道軸線14為對稱軸3孔圓周均布。
權(quán)利要求
1、一種改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于在鉆頭底部設(shè)置有內(nèi)層底噴孔和外層底噴孔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于: 該內(nèi)層底噴孔一端開口設(shè)置于鉆頭臺肩上，內(nèi)層底噴孔出口端設(shè)置于鉆頭底部擴壓槽，其中心線與鉆頭中心通道軸線向下形成一個角度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于: 該外層底噴孔一端開口設(shè)置于鉆頭底部胎體上，另一端開口設(shè)置于鉆頭底部擴壓槽，其中心線與鉆頭中心通道軸線向上形成一個角度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征 在于該角度的范圍是大于等于0°且小于45°。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于 該內(nèi)層底噴孔是等徑直孔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于 該外層底噴孔是等徑直孔。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征 在于該等徑直孔的范圍是7 15mra。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于 該內(nèi)層底噴孔的數(shù)量至少為3個。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于 該外層底噴孔的數(shù)量至少為3個。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，其特 征在于該噴孔在鉆頭底部以鉆頭中心通道軸線為對稱軸圓周均布。
全文摘要
一種改進的大直徑空氣反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)，在鉆頭底部設(shè)置有內(nèi)層底噴孔和外層底噴孔。進一步，該內(nèi)層底噴孔一端開口設(shè)置于鉆頭臺肩上，內(nèi)層底噴孔出口端設(shè)置于鉆頭底部擴壓槽，其中心線與鉆頭中心通道軸線向下形成一個角度。該外層底噴孔一端開口設(shè)置于鉆頭底部胎體上，另一端開口設(shè)置于鉆頭底部擴壓槽，其中心線與鉆頭中心通道軸線向上形成一個角度；該角度的范圍是大于等于0°且小于45°。本發(fā)明使大直徑鉆頭順利實現(xiàn)反循環(huán)鉆進，并且能夠很好地冷卻鉆頭邊齒，起到延長鉆頭壽命的作用，應用效果好，可以解決大直徑反循環(huán)鉆頭在硬巖鉆進中難以順利實現(xiàn)鉆進的技術(shù)難題。
文檔編號E21B21/00GK101255783SQ20081003435
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者郝樹青 申請人:同濟大學