一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于深部地層鉆井采煤的大變徑擴眼鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]我國能源資源中，煤炭資源極為豐富，據(jù)1997年完成的全國第三次煤炭資源預(yù)測與評價，2000m深度內(nèi)的煤炭總資源為5.57萬億噸，100m深度內(nèi)為2.86萬億噸。我國埋深在100m以下的煤炭資源分布廣泛，隨著埋深的增加，煤炭的儲存量呈指數(shù)遞增長，但是深部地層的煤礦開采難度大，與淺層煤炭挖掘相比，由于受井筒尺寸、煤層及井筒氣液固三相流動、煤層穩(wěn)定性、專用工具及特種裝備欠缺等諸多因素的影響，導(dǎo)致深部地層的煤礦難以有效開采。
[0003]超深井煤層開采，尤其是2000m以下的煤層開采，利用傳統(tǒng)開采方法難以實現(xiàn)。然而在油氣開采方面，10000深度的鉆井技術(shù)已經(jīng)十分成熟，因此借鑒油氣開采的相關(guān)工藝和方法，采用鉆井采煤的方法開采深部地層的煤炭資源具有可行性，也更加環(huán)保、安全，對于我國能源發(fā)展戰(zhàn)略，具有深遠意義。
[0004]鉆井采煤技術(shù)主要是在深部煤層以上地層采用常規(guī)鉆井技術(shù)，打小井眼穿透煤層上部地層，到達煤層以后，擴大井眼直徑，鉆采更多的煤礦。因此鉆井采煤技術(shù)必須使用具有大變徑功能的擴眼鉆頭，以節(jié)約鉆井成本，提高經(jīng)濟效益。目前石油天然氣行業(yè)使用的擴眼鉆頭，變徑范圍小，難以滿足鉆井采煤技術(shù)的要求，因此，本發(fā)明設(shè)計一種專門用于鉆井采煤技術(shù)的大變徑擴眼鉆頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:采用鉆井采煤技術(shù)對深部地層煤礦資源進行開采，上部地層鉆小井眼，煤礦層鉆大井眼，特提供一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭，是由鎖定總成、擴眼總成、平衡總成、下接頭和領(lǐng)眼鉆頭組成；鎖定總成包括:上接頭、防掉帽、變位滑套、上殼體、彈簧a、螺釘a、上中心管、推力軸承a、解鎖套、鋼球、彈簧b ;擴眼總成包括:擴眼殼體、傳動銷、推力軸承b、銷軸、擴眼刀翼、螺釘b、旋轉(zhuǎn)筒、推力軸承C、傳動套、防沖水帽、芯軸、支撐臂、支撐座、定位銷；平衡總成包括:下殼體、彈簧C、下中心管、浮動活塞；其結(jié)構(gòu)特征是:鎖定總成的上接頭和鉆井管柱絲扣連接，鎖定總成的上殼體下部和擴眼總成的擴眼殼體上部絲扣連接，擴眼總成的擴眼殼體下部和平衡總成的下殼體上部絲扣連接，下接頭上部和平衡總成的下殼體下部絲扣連接，下接頭下部和領(lǐng)眼鉆頭絲扣連接；上中心管中部設(shè)置有一臺階，臺階下方周向均布三個通孔，上中心管上部外圓設(shè)置有絲扣，上部內(nèi)孔設(shè)置為六方孔，下部設(shè)置有絲扣；推力軸承a安裝在上中心管中部臺階上，彈簧a套入上中心管上部安裝在推力軸承a上，安裝時，彈簧a處于壓縮狀態(tài)，變位滑套安裝在上中心管上部，防掉帽和上中心管上部絲扣連接；變位滑套外圓設(shè)置有長行程滑槽和短行程滑槽，長行程滑槽和短行程滑槽間隔分布，相鄰長行程滑槽和短行程滑槽有斜向滑槽連通，變位滑套上部內(nèi)圓和外圓均設(shè)置有密封圈安裝槽；三個鋼球置入上中心管三個通孔內(nèi)，解鎖套套入上中心管下部，解鎖套內(nèi)部設(shè)置有一圈梯形凹槽，彈簧b安裝在擴眼殼體上部內(nèi)孔臺階上，安裝時，彈簧b處于壓縮狀態(tài)，上中心管下部和擴眼殼體上部內(nèi)孔絲扣連接；上殼體中部設(shè)置兩個對稱分布的螺紋臺階孔，螺釘a安裝在上殼體兩個螺紋臺階孔內(nèi)，螺釘a—端置入變位滑套外圓上的長行程滑槽或短行程滑槽內(nèi)；芯軸中心設(shè)置為臺階孔，兩端孔徑較大，芯軸上部外圓設(shè)置有一圈梯形凹槽，梯形凹槽下部外圓周向均勻設(shè)置八個半圓形凹槽，芯軸中部外圓設(shè)置兩個螺旋凹槽，兩個螺旋凹槽呈中心對稱分布，芯軸下部外圓周向均勻設(shè)置八個半圓形凹槽，芯軸上部八個半圓形凹槽和下部八個半圓形凹槽周向相位相同，自芯軸上部梯形凹槽至芯軸下端面軸向位置上，芯軸外圓周向設(shè)置有八個通油槽，通油槽相位和半圓形凹槽周向相位相差22.5° ;擴眼殼體內(nèi)腔上部設(shè)置有八個半圓形凹槽，內(nèi)腔下部設(shè)置有八個半圓形凹槽，內(nèi)腔上部八個半圓形凹槽和內(nèi)腔下部八個半圓形凹槽周向相位相差22.5°，擴眼殼體中部設(shè)置兩個矩形通孔，兩個矩形通孔呈中心對稱分布，擴眼殼體中部設(shè)置有兩個鉸鏈支座，兩個鉸鏈支座呈中心對稱分布；傳動套內(nèi)孔和外圓分別周向均勾設(shè)置八個半圓形凹槽，內(nèi)孔八個半圓形凹槽和外圓八個半圓形凹槽周向相位相差22.5° ;防沖水帽與芯軸上部過盈配合，芯軸置入擴眼殼體內(nèi)腔，傳動銷安裝在芯軸上部半圓形凹槽和擴眼殼體內(nèi)腔上部半圓形凹槽組成的圓孔內(nèi)，推力軸承b、旋轉(zhuǎn)筒和推力軸承c安裝在擴眼殼體內(nèi)腔，傳動銷安裝在擴眼殼體內(nèi)腔下部半圓形凹槽和傳動套外圓半圓形凹槽組成的圓孔內(nèi)，傳動銷安裝在傳動套內(nèi)孔半圓形凹槽和芯軸下部半圓形凹槽組成的圓孔內(nèi)；旋轉(zhuǎn)筒中部周向設(shè)置兩個螺紋臺階孔，兩個螺紋臺階孔呈中心對稱分布，旋轉(zhuǎn)筒中部周向設(shè)置兩個矩形凹槽，兩個矩形凹槽呈中心對稱分布，矩形凹槽中部設(shè)置有盲孔，兩邊設(shè)置有螺紋盲孔；螺釘b和旋轉(zhuǎn)筒中部螺紋臺階孔絲扣連接，螺釘b—端置入芯軸中部螺旋凹槽內(nèi)，定位銷安裝在旋轉(zhuǎn)筒中部矩形凹槽中部盲孔內(nèi)，支撐座安裝在旋轉(zhuǎn)筒中部矩形凹槽內(nèi)，用螺釘固緊；擴眼刀翼呈圓弧形，擴眼刀翼外弧面和端面設(shè)置有切削齒，擴眼刀翼和擴眼殼體中部鉸鏈支座用銷軸鉸接；支撐臂一端和擴眼刀翼中部鉸接，另一端和支撐座鉸接；彈簧c安裝在下殼體內(nèi)腔中部臺階上，安裝時，彈簧c處于壓縮狀態(tài)；下中心管內(nèi)部設(shè)置一通孔，外部設(shè)置為臺階軸，下部臺階內(nèi)孔設(shè)置為六方孔，外部設(shè)置為絲扣，下部臺階設(shè)置有通孔連通臺階上下端面；下中心管上部插入芯軸下部內(nèi)孔，接觸面用密封圈密封，下中心管下部和下殼體下部內(nèi)腔絲扣連接，浮動活塞安裝在下中心管下部和下殼體下部形成的環(huán)形腔內(nèi)；本發(fā)明的變位滑套以下和浮動活塞以上腔室內(nèi)注有液壓油。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:(1)本擴眼鉆頭的變徑范圍大，變徑后最大直徑可到變徑前最大直徑兩倍；(2)本擴眼鉆頭的動作通過調(diào)節(jié)鉆井液流量控制，操作簡單、可靠；(3)本擴眼鉆頭變徑后可有效鎖定，不影響常規(guī)鉆井參數(shù)；(4)通過調(diào)節(jié)芯軸中部螺旋凹槽的螺旋升角，可以實現(xiàn)把較小的軸向推力放大為極大的周向推力；(5)浮動活塞設(shè)計保證本擴眼鉆頭油腔壓力可以隨著環(huán)境壓力自動調(diào)節(jié)，保證密封可靠。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭擴眼刀翼撐開時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是本發(fā)明一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭擴眼刀翼收回時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3是圖1A-A截面尚]視圖；
[0011]圖4是圖2B-B截面剖視圖；
[0012]圖5是圖2C-C截面剖視圖；
[0013]圖6是圖2D-D截面剖視圖；
[0014]圖7是本發(fā)明一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭的擴眼總成三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖8是本發(fā)明一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭的變位滑套三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖9是本發(fā)明一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭的芯軸三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖中:1.上接頭，2.防掉帽，3.變位滑套，4.上殼體，5.彈簧a，6.螺釘a，7.上中心管，8.推力軸承a，9.解鎖套，10.鋼球，11.彈簧b，12.擴眼殼體，13.傳動銷，14.推力軸承b，15.銷軸，16.擴眼刀翼，17.螺釘b，18.旋轉(zhuǎn)筒，19.推力軸承C，20.傳動套，21.下殼體，22.彈簧C，23.下中心管，24.浮動活塞，25.下接頭，26.領(lǐng)眼鉆頭，27.防沖水帽，28.芯軸，29.鎖定總成，30.擴眼總成，31.平衡總成，32.支撐臂，33.支撐座，34.定位銷。
【具體實施方式】
[0018]如圖1、圖2、圖3、圖5和圖7所示，本發(fā)明一種鉆井采煤大變徑擴眼鉆頭，是由鎖定總成29、擴眼總成30、平衡總成31、下接頭25和領(lǐng)眼鉆頭26組成；鎖定總成29包括:上接頭1、防掉帽2、變位滑套3、上殼體4、彈簧a5、螺釘a6、上中心管7、推力軸承a8、解鎖套9、鋼球10、彈簧bll ;擴眼總成30包括:擴眼殼體12、傳動銷13、推力軸承bl4、銷軸15、擴眼刀翼16、螺釘bl7、旋轉(zhuǎn)筒18、推力軸承cl9、傳動套20、防沖水帽27、芯軸28、支撐臂32、支撐座33、定位銷34 ;平衡總成31包括:下殼體21、彈簧c22、下中心管23、浮動活塞24 ;其結(jié)構(gòu)特征是:鎖定總成29的上接頭I和鉆井管柱絲扣連接，鎖定總成29的上殼體4下部和擴眼總成30的擴眼殼體12上部絲扣連接，擴眼總成30的擴眼殼體12下部和平衡總成31的下殼體21上部絲扣連接，下接頭25上部和平衡總成31的下殼體21下部絲扣連接，下接頭25下部和領(lǐng)眼鉆頭26絲扣連接；上中心管7中部設(shè)置有一臺階，臺階下方周向均布三個通孔，上中心管7上部外圓設(shè)置有絲扣，上部內(nèi)孔設(shè)置為六方孔，下部設(shè)置有絲扣；推力軸承a8安裝在上中心管7中部臺階上，彈簧a5套入上中心管7上部安裝在推力軸承a8上，安裝時，彈簧a5處于壓縮狀態(tài)，變位滑套3安裝在上中心管7上部，防掉帽2和上中心管7上部絲扣連接；三個鋼球10置入上中心管7三個通孔內(nèi)，解鎖套9套入上中心管7下部，解鎖套9內(nèi)部設(shè)置有一圈梯形凹槽，彈簧bll安裝在擴眼殼體12上部內(nèi)孔臺階上，安裝時，彈簧bll處于壓縮狀態(tài)，上中心管7下部和擴眼殼體12上部內(nèi)孔絲扣連接；上殼體4中部設(shè)置兩個對稱分布的螺紋臺階孔，螺釘a6安裝在上殼體4兩個螺紋臺階孔內(nèi)，螺釘a6 —端置入變位滑套3外圓上的長行程滑槽或短行程滑槽內(nèi)；防沖水帽27與芯軸28上部過盈配合，芯軸28置入擴眼殼體12內(nèi)腔，傳動銷13安裝在芯軸28上部半圓形凹槽和擴眼殼體12內(nèi)腔上部半圓形凹槽組成的圓孔內(nèi)，推力軸承bl4、旋轉(zhuǎn)筒18和推力軸承cl9安裝在擴眼殼體12內(nèi)腔，傳動銷13安裝在擴眼殼體12內(nèi)腔下部半圓形凹槽和傳動套20外圓半圓形凹槽組成的圓孔內(nèi)，傳動銷13安裝在傳動套20內(nèi)孔半圓形凹槽和芯軸28下部半圓形凹槽組成的圓孔內(nèi)；旋轉(zhuǎn)筒18中部周向設(shè)置兩個螺紋臺階孔，兩個螺紋臺階孔呈中心對稱分布，旋轉(zhuǎn)筒18中部周向設(shè)置兩個矩形凹槽，兩個矩形凹槽呈中心對稱分布，矩形凹槽中部設(shè)置有盲孔，兩邊設(shè)置有螺紋盲孔；螺釘1317和旋轉(zhuǎn)筒18中部螺紋臺階孔絲扣連接，螺釘bl7—端置入芯軸28中部螺旋凹槽內(nèi)，定位銷34安裝在旋轉(zhuǎn)筒18中部矩形凹槽中部盲孔內(nèi)，支撐座33安