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自动式水力开采钻具

自动式水力开采钻具

IPC分类号 : E21C45/00I,E21B7/18I

申请号
CN201920129469.3
可选规格
  • 专利类型: 实用新型专利
  • 法律状态: 有权
  • 申请日: 2019-01-25
  • 公开号: 209444331U
  • 公开日: 2019-09-27
  • 主分类号: E21C45/00I
  • 专利权人: 吉林大学

专利摘要

本实用新型涉及一种适用于钻孔水力开采的钻具,尤其涉及一种自动式水力开采钻具,包括顶端盖、单动轴承、保护管、底端盖、高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统;该自动式水力开采钻具,水枪伸出角度调节自由,可根据设计控制水枪喷嘴与矿层的距离,避免淹没射流造成高压水能量急剧减弱的问题,从而达到提高高压水射流的能量利用率的目的,最终提高开采效率;同时,可按所需设置水枪伸出参数,实现在水力开采过程中,水枪按设计参数自动伸出,从而简化钻孔水力开采的工序,降低操作人员的劳动强度。

权利要求

1.自动式水力开采钻具,其特征在于,包括:顶端盖(1)、单动轴承(21)、保护管(22)、底端盖(23)、高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统;

所述保护管(22)为两端敞口的空心圆柱,并在保护管(22)的侧壁上设有呈轴向布置的开口,保护管(22)的顶端与钻杆柱螺纹连接;

所述顶端盖(1)设置在保护管(22)上部;

所述单动轴承(21)的外圈通过轴承座固定在顶端盖(1)上,单动轴承(21)的内圈与保护管(22)连接;

所述底端盖(23)与保护管(22)的底端螺纹连接;

所述高压水输送系统包括第一高压水管(5)、高压旋转接头(6)、第二高压水管(7)、直角接头(10)、水枪高压旋转接头(11)及水枪(12),第一高压水管(5)的顶端穿过顶端盖(1)与地表高压水源管道密封连接,同时第一高压水管(5)固定在顶端盖(1)上,第一高压水管(5)的底端与高压旋转接头(6)的进水口密封连接;第二高压水管(7)的顶端与高压旋转接头(6)的出水口密封连接,第二高压水管(7)的底端与直角接头(10)的进水口密封连接;直角接头(10)的出水口与水枪高压旋转接头(11)的进水口密封连接,水枪高压旋转接头(11)的出水口与水枪(12)密封连接;

所述水枪伸缩系统设置在保护管(22)内,水枪伸缩系统包括固定板(4)、拉伸板(8)、连杆(9)、顶杆(13)、滑动板(14)、橡胶套(15)、滚珠(16)、拉杆(17)、齿盘(18)及齿轮(19),固定板(4)焊接在第一高压水管(5)上;顶杆(13)的顶端通过销键与焊接在水枪(12)上的卡槽枢接,顶杆(13)的底端通过销键与焊接在滑动板(14)上的卡槽枢接;所述橡胶套(15)嵌入与其形状相适配且设置于保护管(22)下部的环形卡槽内,橡胶套(15)的内侧壁上均布有环形槽;滑动板(14)与橡胶套(15)同轴设置,且滑动板(14)能够沿橡胶套(15)的轴向运动,滑动板(14)与橡胶套(15)之间保持静止时,滑动板(14)的边缘嵌置在橡胶套(15)的环形槽内;拉伸板(8)套设在第二高压水管(7)上,拉伸板(8)能够相对第二高压水管(7)上下运动,拉伸板(8)的下行程由设置在第二高压水管(7)底端的限位片控制;拉伸板(8)通过连杆(9)与滑动板(14)相连,拉伸板(8)的上表面设置有环形滑槽,且在该环形滑槽内设置有滚珠(16);拉杆(17)上沿轴向等间隔均匀开设有矩形槽,拉杆(17)的下端连接在滚珠(16)上,拉杆(17)的上端为自由端,拉杆(17)的自由端穿过开设在固定板(4)上的预留孔向上延伸;齿盘(18)安装在位于保护管(22)内侧壁的卡槽内;齿轮(19)与齿盘(18)的啮合区通过啮合方式连接,齿轮(19)的一端焊接有齿轮盘,并在齿轮盘上焊接有拨动杆,拨动杆与拉杆(17)上的矩形槽啮合;

所述排渣系统包括排渣管(3),所述排渣管(3)的底端位于拉伸板(8)上方,排渣管(3)的顶端依次穿过齿盘(18)、固定板(4)和顶端盖(1)上的预留孔向上延伸,同时排渣管(3)固定在顶端盖(1)上。

2.根据权利要求1所述的自动式水力开采钻具,其特征在于:还包括齿轮固定套(20),所述齿轮固定套(20)的下端套在齿轮(19)的齿轮轴上,齿轮固定套(20)上端与固定板(4)螺纹连接。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种适用于钻孔水力开采的钻具,尤其涉及一种自动式水力开采钻具。

背景技术

钻孔水力开采技术是先在目标区钻孔,然后将高压水枪放置在钻孔内目标矿层深度处,利用高压射出的高速流体携带的能量破碎岩石,最后破碎的岩石与钻井液形成固液混合物,由地表装置抽吸至地表,然后对矿浆进行分离提取矿物的开采方法。钻孔水力开采技术具有开采成本低、生产效率高、对周围环境影响小等优点。传统的水力开采钻具其高压水喷嘴固定在钻具外壁,喷嘴位置不可移动,在矿层破碎区的半径逐渐变大的过程中,高压水喷出后受到的破碎区内钻井液及矿渣的阻力也随之增大,导致高压水破碎岩石的能量急剧降低,极大地降低了水力开采的生产效率。

为了解决上述问题,现有的专利文献“CN104018840A”公开了一种基于棘爪锁紧机构的伸缩水枪,但该水枪只能在水枪张开至最大角度时,才能通过解卡装置解卡,收回水枪。“CN104005767A”公开了一种用于钻孔水力开采的电控伸缩钻具,但该钻具远程控制技术还不完善,步进电机和减速器、控制器工作环境恶劣,密封环境不容易散热,伸缩部位处于矿浆环境下工作,密封要求高,易损坏。“CN203961980U”公开了一种基于弹簧卡头控制的伸缩水枪,但该水枪在有钻井液的条件下工作时,夹紧力不够,水枪固定不可靠,而且在水枪未伸出至最大角度时,水枪无法收回;另外,上述水枪伸缩式水力开采钻具均需地表操作实现水枪的伸出,这增加了钻孔水力开采技术的工序,增加了操作人员的劳动强度,因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术方问题是:提供了一种自动式水力开采钻具,在水力开采的过程中,可按所需设置水枪伸出参数,实现在水力开采过程中,水枪按设计参数自动伸出的目的。

本实用新型采用如下的技术方案:自动式水力开采钻具,其特征在于,包括:顶端盖、单动轴承、保护管、底端盖、高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统;

所述保护管为两端敞口的空心圆柱,并在保护管的侧壁上设有呈轴向布置的开口,保护管的顶端与钻杆柱螺纹连接;

所述顶端盖设置在保护管上部;

所述单动轴承的外圈通过轴承座固定在顶端盖上,单动轴承的内圈与保护管连接;

所述底端盖与保护管的底端螺纹连接;

所述高压水输送系统包括第一高压水管、高压旋转接头、第二高压水管、直角接头、水枪高压旋转接头及水枪,第一高压水管的顶端穿过顶端盖与地表高压水源管道密封连接,同时第一高压水管固定在顶端盖上,第一高压水管的底端与高压旋转接头的进水口密封连接;第二高压水管的顶端与高压旋转接头的出水口密封连接,第二高压水管的底端与直角接头的进水口密封连接;直角接头的出水口与水枪高压旋转接头的进水口密封连接,水枪高压旋转接头的出水口与水枪密封连接;

所述水枪伸缩系统设置在保护管内,水枪伸缩系统包括固定板、拉伸板、连杆、顶杆、滑动板、橡胶套、滚珠、拉杆、齿盘及齿轮,固定板焊接在第一高压水管上;顶杆的顶端通过销键与焊接在水枪上的卡槽枢接,顶杆的底端通过销键与焊接在滑动板上的卡槽枢接;所述橡胶套嵌入与其形状相适配且设置于保护管下部的环形卡槽内,橡胶套的内侧壁上均布有环形槽;滑动板与橡胶套同轴设置,且滑动板能够沿橡胶套的轴向运动,滑动板与橡胶套之间保持静止时,滑动板的边缘嵌置在橡胶套的环形槽内;拉伸板套设在第二高压水管上,拉伸板能够相对第二高压水管上下运动,拉伸板的下行程由设置在第二高压水管底端的限位片控制;拉伸板通过连杆与滑动板相连,拉伸板的上表面设置有环形滑槽,且在该环形滑槽内设置有滚珠;拉杆上沿轴向等间隔均匀开设有矩形槽,拉杆的下端连接在滚珠上,拉杆的上端为自由端,拉杆的自由端穿过开设在固定板上的预留孔向上延伸;齿盘安装在位于保护管内侧壁的卡槽内;齿轮与齿盘的啮合区通过啮合方式连接,齿轮的一端焊接有齿轮盘,并在齿轮盘上焊接有拨动杆,拨动杆与拉杆上的矩形槽啮合;

所述排渣系统包括排渣管,所述排渣管的底端位于拉伸板上方,排渣管的顶端依次穿过齿盘、固定板和顶端盖上的预留孔向上延伸,同时排渣管固定在顶端盖上。

所述的自动式水力开采钻具,其特征在于:还包括齿轮固定套,所述齿轮固定套的下端套在齿轮的齿轮轴上,齿轮固定套上端与固定板螺纹连接。

通过上述设计方案,本实用新型可以带来如下有益效果:本实用新型提供的自动式水力开采钻具,水枪伸出角度调节自由,可根据设计控制水枪喷嘴与矿层的距离,避免淹没射流造成高压水能量急剧减弱的问题,从而达到提高高压水射流的能量利用率的目的,最终提高开采效率;同时,可按所需设置水枪伸出参数,实现在水力开采过程中,水枪按设计参数自动伸出,从而简化钻孔水力开采的工序,降低操作人员的劳动强度。

附图说明

图1是本实用新型自动式水力开采钻具整体结构示意图。

图2是本实用新型自动式水力开采钻具装配图一。

图3是本实用新型自动式水力开采钻具装配图二。

图4是图3中B处放大示意图。

图5是本实用新型自动式水力开采钻具装配图三。

图6是图5中C处放大示意图。

图中各标记如下:1-顶端盖,2-导向套,3-排渣管,4-固定板,5-第一高压水管,6-高压旋转接头,7-第二高压水管,8-拉伸板,9-连杆,10-直角接头,11-水枪高压旋转接头,12-水枪,13-顶杆,14-滑动板,15-橡胶套,16-滚珠,17-拉杆,18-齿盘,19-齿轮,20-齿轮固定套,21-单动轴承,22-保护管,23-底端盖。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型,下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本实用新型的保护范围。在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。

如图1至图6所示,本实用新型提出的自动式水力开采钻具,其特征在于,包括:顶端盖1、单动轴承21、保护管22、底端盖23、高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统;

所述保护管22为两端敞口的空心圆柱,并在保护管22的侧壁上设有呈轴向布置的开口,保护管22的顶端与钻杆柱螺纹连接,钻杆柱转动时带动保护管22与其同步转动;

所述顶端盖1设置在保护管22上部;

所述单动轴承21的外圈通过轴承座固定在顶端盖1上,单动轴承21的内圈与保护管22连接,从而实现保护管22转动时顶端盖1保持不动;

所述底端盖23与保护管22的底端螺纹连接;

所述高压水输送系统包括第一高压水管5、高压旋转接头6、第二高压水管7、直角接头10、水枪高压旋转接头11及水枪12,第一高压水管5的顶端穿过顶端盖1与地表高压水源管道密封连接,同时第一高压水管5固定在顶端盖1上,第一高压水管5的底端与高压旋转接头6的进水口密封连接;第二高压水管7的顶端与高压旋转接头6的出水口密封连接,第二高压水管7的底端与直角接头10的进水口密封连接;直角接头10的出水口与水枪高压旋转接头11的进水口密封连接,水枪高压旋转接头11的出水口与水枪12密封连接;该自动式水力开采钻具工作时,地表高压水依次经第一高压水管5、高压旋转接头6、第二高压水管7、直角接头10、水枪高压旋转接头11流入水枪12,从水枪12的喷嘴高速喷出,实现对岩石的破碎。

所述水枪伸缩系统设置在保护管22内,水枪伸缩系统包括固定板4、拉伸板8、连杆9、顶杆13、滑动板14、橡胶套15、滚珠16、拉杆17、齿盘18及齿轮19,固定板4焊接在第一高压水管5上;顶杆13的顶端通过销键与焊接在水枪12上的卡槽枢接,顶杆13的底端通过销键与焊接在滑动板14上的卡槽枢接;所述橡胶套15嵌入与其形状相适配且设置于保护管22下部的环形卡槽内,橡胶套15的内侧壁上均布有环形槽;滑动板14与橡胶套15同轴设置,且滑动板14能够沿橡胶套15的轴向运动,滑动板14与橡胶套15之间保持静止时,滑动板14的边缘嵌置在橡胶套15的环形槽内;拉伸板8套设在第二高压水管7上,拉伸板8能够相对第二高压水管7上下运动,拉伸板8的下行程由设置在第二高压水管7底端的限位片控制;拉伸板8通过连杆9与滑动板14相连,拉伸板8的上表面设置有环形滑槽,且在该环形滑槽内设置有滚珠16;拉杆17上沿轴向等间隔均匀开设有矩形槽,拉杆17的下端连接在滚珠16上,拉杆17的上端为自由端,拉杆17的自由端穿过开设在固定板4上的预留孔向上延伸;齿盘18安装在位于保护管22内侧壁的卡槽内;齿轮19与齿盘18的啮合区通过啮合方式连接,齿轮19的一端焊接有齿轮盘,并在齿轮盘上焊接有拨动杆,拨动杆与拉杆17上的矩形槽啮合;该自动式水力开采钻具工作时,在钻杆柱的带动下,保护管22随钻杆柱顺时针转动,从而带动齿盘18顺时针转动,当齿盘18转至与齿轮19的啮合区时齿轮19顺时针转动转动,齿轮19上的拨动杆拨动拉杆17向上运动一定距离,在拉杆17的带动下,拉伸板8上移相同距离,从而由连杆9带动滑动板14上移,此时,安装在滑动板14上的顶杆13支撑水枪12向外伸出一定角度,当齿盘18转过啮合区时,齿轮19保持不转,拉杆17停止向上运动,在橡胶套15的作用下,滑动板14轴向保持不动,从而固定水枪12的伸出角度,当齿盘18转至啮合区时,重复上述运动;在钻具转动过程中,由于保护管22与顶端盖1之间连有单动轴承21,所以在保护管22转动过程中,顶端盖1及连接在顶端盖1上的第一高压水管5、排渣管3不随之转动,由于拉伸板8上开有环形滑槽,在拉伸板8随保护管22转动时,连接在拉杆17上的滚珠16在环形滑槽内滑动,从而保证了拉杆17不随拉伸板8转动。

所述排渣系统包括排渣管3,所述排渣管3的底端位于拉伸板8上方,排渣管3的顶端依次穿过齿盘18、固定板4和顶端盖1上的预留孔向上延伸,同时排渣管3固定在顶端盖1上;在水力开采的过程中,破碎的岩屑由钻井液携带经排渣管3返排到地表。

本实用新型的具体工作过程:

水枪12伸出及固定:在完成水力开采所需的钻孔后,将该自动式水力开采钻具下放至孔底,在钻杆柱的带动下,保护管22随之顺时针转动,从而带动齿盘18顺时针转动,当齿盘18转至与齿轮19的啮合区时,齿轮19顺时针转动,齿轮19的拨动杆拨动拉杆17向上运动一定距离,在拉杆17的带动下,拉伸板8上移相同距离,从而由连杆9带动滑动板14上移,此时,安装在滑动板14上的顶杆13支撑水枪12向外伸出一定角度,当齿盘18转过啮合区时,齿轮19保持不转,拉杆17停止向上运动,在橡胶套15的作用下,滑动板14轴向保持不动,从而固定水枪12的伸出角度,当齿盘18转至啮合区时,重复上述运动;由于保护管22与顶端盖1之间连有单动轴承21,所以在保护管22转动过程中,顶端盖1及连接在顶端盖上1的第一高压水管5、排渣管3不随之转动,由于拉伸板8上开有环形滑槽,在拉伸板8随保护管22转动时,连接在拉杆17上的滚珠16在环形滑槽内滑动,从而保证了拉杆17不随拉伸板8转动;通过调整齿轮19与齿盘18上啮合区的大小或钻杆柱回转速度的大小,即可实现水枪12的伸出速度,通过齿轮19与齿盘18的啮合关系及钻杆柱的转数,可从地表计算得到滑动板14的上移距离,从而得到水枪12的实时伸出状态。

水枪12旋转喷射碎岩:地表高压水源经第一高压水管5、高压旋转接头6、第二高压水管7、直角接头10、水枪高压旋转接头11流入水枪12,从水枪12的喷嘴高速喷出,同时,在保护管22的带动下,第二高压水管7、拉伸板8、连杆9、直角接头10、水枪高压旋转接头11、水枪12、顶杆13、滑动板14和橡胶套15随之转动,从而实现水枪12旋转喷射碎岩;由于保护管22与顶端盖1之间连有单动轴承21,所以在保护管22转动过程中,顶端盖1及连接在顶端上1的第一高压水管5、排渣管3不随之转动,由于高压旋转接头6和滚珠16的作用,保证了第一高压水管5、拉杆17等部件不随保护管22转动,实现单动目的。

水枪12收回:当开采完成后或因孔内异常情况需要提钻时,需要将伸出的水枪12收回,此时,停止钻具转动,封闭井口,调低泥浆泵的排量,下放排渣管3使之与拉伸板8接触,此时,液体流通通道受阻,由于拉伸板8和滑动板14的半径均小于保护管22,所以,在压差的作用下,拉伸板8和滑动板14向下运动,在地表观察泵压,当泵压突然增大时,说明拉伸板8已经与焊接在第二高压水管7的限位片接触,即水枪12达到收回状态。

综上所述,本实用新型提出的自动式水力开采钻具优点如下:

1、本实用新型的自动式水力开采钻具的伸出角度由齿轮19、齿盘18和钻具转速配合控制,便于调节,一方面避免了淹没射流造成的高压水能量急剧减弱的问题;另一方面,增加了单个钻孔水力开采的区域,从而提高了钻孔水力开采的开采效率。

2、本实用新型的自动式水力开采钻具通过齿轮19、齿盘18等控制水枪12的伸出,无需在地表操作即可实现水枪12的伸出,可以简化水力开采的工序,降低操作人员的劳动强度。

3、本实用新型的自动式水力开采钻具可在任意时刻收回,当工程出现异常时,可以及时收回水枪,提升钻具,从而可增加该自动式水力开采钻具的可靠性和适用性。

自动式水力开采钻具专利购买费用说明

专利买卖交易资料

Q:办理专利转让的流程及所需资料

A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。

1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2:按规定缴纳著录项目变更手续费。

3:同时提交相关证明文件原件。

4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q:专利转让变更,多久能出结果

A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。

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