[發(fā)明專利]沖擊與切削的鑿巖方法及其裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011068662.4
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112196470A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李薈敏
• 申請（專利權(quán)）人: 李薈敏
• 主分類號: E21B10/00
• 分類號: E21B10/00;E21B10/36;E21B10/43
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種沖擊與切削相結(jié)合的鑿巖方法及其裝置，適用于制造用于取水、采礦、石油及天然氣鉆探與開采、地質(zhì)鉆探等鉆井和各種土建施工、鑿巖等用的組合鉆頭。由潛孔鉆頭上的柱齒執(zhí)行沿鉆頭軸向的沖擊鑿巖操作，由直接安裝在卡釬套上的刀頭頂端的切削刀片旋轉(zhuǎn)做周向切削鑿巖操作，或安裝在多翼式刀架上的切削刀片旋轉(zhuǎn)做周向切削鑿巖操作，而多翼式刀架則安裝在卡釬套上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鑿巖方法及其裝置，特別是包含了以沖擊與切削方式鑿巖操作的方法及其裝置。適用于制造用于取水、采礦、石油及天然氣鉆探與開采,地質(zhì)鉆探等的鉆井和各種土建施工、鑿巖等用的鉆具裝置。

背景技術(shù)

從來的以沖擊方式鑿巖的鉆具主要有沖擊器與潛孔鉆頭或釬頭組成的沖擊鑿巖鉆具；以切削方式鑿巖的主要有PDC鉆頭與刮刀鉆頭，PDC鉆頭與刮刀鉆頭之間的標(biāo)志性差別在于切削刀片的材料不同，并由此派生出用途與結(jié)構(gòu)的差別，它們在鑿巖領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。但沖擊鑿巖鉆具普遍存在一個邊齒磨損過快，特別是在鑿進(jìn)石英砂巖層時，邊齒僅有十幾甚至幾個工作小時壽命的問題。切削方式鑿巖的PDC鉆頭性能優(yōu)異，但也有遇硬巖時難以吃入導(dǎo)致鉆進(jìn)速度大幅降低的問題。

美國專利US006119798，US005881828，US4598779，以及本申請人的CN201110111666.0都是以提高邊齒壽命為目的的。鑲有柱齒的鉆頭例如潛孔鉆頭與牙輪鉆頭在工作時，柱齒特別是周邊的柱齒在破巖過程中既有對孔底巖石的沖擊，又有較多的對孔底、孔壁巖石的切削，因?yàn)闆]有刀刃，也可以理解為剮蹭。而要求柱齒同時滿足既能沖擊又能切削，也即要求柱齒材料同時具有最高的硬度與韌性這個存在一定程度矛盾的要求，一直是技術(shù)上的一個題難。因?yàn)轭^部是球形的柱齒在理論上適合沖擊破巖卻完全不適合切削破巖，因?yàn)樗那蝾^在作切向運(yùn)動切削巖石的同時，向巖石施加了很大的壓力，大幅提高了巖石的抗剪切強(qiáng)度，增加了切削阻力，消耗更多的機(jī)械動力。看似沖擊與切削應(yīng)該被設(shè)計(jì)成由不同部件分工協(xié)作以充分發(fā)揮各自潛力來解決這個技術(shù)難題的。但以切削方式鑿巖的PDC鉆頭一直沒有能與沖擊方式鑿巖的潛孔鉆頭相結(jié)合，或說一直沒有出現(xiàn)理論上可能是最優(yōu)的沖擊破巖與切削破巖分別由不同元件執(zhí)行的鑿巖方法。雖然在破巖的理論與實(shí)踐上都表證明沖擊與切削的結(jié)合具有大幅提高鉆進(jìn)效率的潛力，并因此發(fā)展出了高鉆壓下的潛孔鉆進(jìn)方法與帶一定沖擊或機(jī)械震動作用下的PDC鉆進(jìn)方法及其鉆具，它們都是在使用單一的元件以沖擊為主切削為輔或反之地承擔(dān)沖擊與切削的破巖任務(wù)，所以潛力挖掘有限，并且稍有不當(dāng)就會顧此失彼。例如高鉆壓的潛孔鉆進(jìn)，雖然可以提高鉆進(jìn)速度，但鉆頭柱齒磨損也急劇加快；PDC鉆進(jìn)使用液動沖擊器，加快了鉆進(jìn)速度的同時，PDC刀片的破損率也大幅提高。