阅读说明：本技术 钻井辅助工具 (Well drilling auxiliary tool ) 是由 卢明立 陈海华 刘祥军 刘攀军 陈义俊 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：一种钻井辅助工具,涉及桩基工程技术领域,包括铅锤管和支撑筒；在铅锤管上固定套装有冲击阻止环,在冲击阻止环上方的铅锤管设为导向柱,在冲击阻止环下方的铅锤管上连接有配重块,在冲击阻止环和配重块之间的铅锤管上套装有弹簧缓冲装置；所述弹簧缓冲装置包括套装在铅锤管上的弹簧筒,支撑筒和弹簧筒之间通过十字摆动机构连接；十字摆动机构包括环形摆动梁,环形摆动梁向内与弹簧筒通过销轴转动连接,环形摆动梁向外与支撑筒通过销轴转动连接。本发明能够快速可靠的卸除积聚于旋挖钻头筒体内的钻渣。(A well drilling auxiliary tool relates to the technical field of pile foundation engineering and comprises a plumb bob pipe and a support cylinder; the lead hammer pipe is fixedly sleeved with an impact stopping ring, the lead hammer pipe above the impact stopping ring is arranged as a guide column, the lead hammer pipe below the impact stopping ring is connected with a balancing weight, and a spring buffer device is sleeved on the lead hammer pipe between the impact stopping ring and the balancing weight; the spring buffer device comprises a spring barrel sleeved on the plumb pipe, and the support barrel is connected with the spring barrel through a cross swing mechanism; the cross swing mechanism comprises an annular swing beam, the annular swing beam is inwards rotatably connected with the spring barrel through a pin shaft, and the annular swing beam is outwards rotatably connected with the supporting barrel through a pin shaft. The invention can rapidly and reliably remove the drilling slag accumulated in the rotary drilling bit cylinder.)

钻井辅助工具

技术领域

本发明涉及桩基工程技术领域，尤其是一种钻井辅助工具。

背景技术

随着现代工业的发展，大直径地质钻孔被越来越广泛地应用，这些钻孔应用于的领域也很多，比如：桩基础领域、矿山领域（各种用途的井）、污水处理领域（曝气井）等等。目前可见的用于大直径钻进的钻井设备及钻进工艺多种多样，可用的设备有旋挖钻机、全断面反循环钻机、冲击钻机、潜水钻机以及普通的正循环回转钻机等等，其中目前应用较多的是旋挖钻机和全断面反循环钻机。这些钻机从造价、适用性、劳动密集程度等各个方面都各有特点，所能采用的钻井工艺依据钻机自身特点和设计初衷也各有不同，但在应对大直径深孔、尤其是大直径硬岩钻进时，普遍存在钻进效率低的问题，目前大直径硬岩钻进效率低已成为世界范围内公认的行业难题。

普通的旋挖钻机也存在卸渣的问题，一般采用左右连续抖动钻头借助钻渣自重使钻渣下滑出筒体的方法卸渣，当钻渣在钻头筒体内没有被挤密或挤密程度不高时，这种方法能较好地实现卸渣，当钻渣在钻头筒体内被挤密程度较高时，左右抖动钻头卸渣的方法有时也很难顺利实现卸渣，甚至在一些钻孔直径较小易造成钻渣挤密严重的情况下，会采用筒体开合式的钻头以方便可靠地实现卸渣。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种能够快速可靠的卸除积聚于旋挖钻头筒体内的钻渣的钻井辅助工具。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，本发明是一种钻井辅助工具，其特点是，包括铅锤管和支撑筒；

在铅锤管上固定套装有冲击阻止环，在冲击阻止环上方的铅锤管设为导向柱，在冲击阻止环下方的铅锤管上连接有配重块，在冲击阻止环和配重块之间的铅锤管上套装有弹簧缓冲装置；

所述弹簧缓冲装置包括套装在铅锤管上的弹簧筒，在铅锤管和弹簧筒之间套装有缓冲弹簧，在铅锤上固定设有对缓冲弹簧的上端进行限位的上限位机构，在弹簧筒上固定设有对缓冲弹簧的下端进行限位的下限位机构；

所述支撑筒套装在弹簧筒外侧并将配重块收纳其中，支撑筒和弹簧筒之间通过十字摆动机构连接；

所述十字摆动机构包括环形摆动梁，在环形摆动梁上设有四个四等分的销孔，在弹簧筒上开设有两个二等分的销孔，在支撑筒上开设有两个二等分的销孔，环形摆动梁其中一对销孔向内与弹簧筒的两个销孔通过销轴转动连接，环形摆动梁的另一对销孔向外与支撑筒的两个销孔通过销轴转动连接。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的钻井辅助工具中：在环形摆动梁上方设有保护伞，保护伞套装在铅锤管上并罩住支撑筒及环形摆动梁。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的钻井辅助工具中：所述铅锤管包括固定套装的铅锤外管和铅锤内管，所述冲击阻止环设在铅锤外管上，所述配重块设在铅锤内管上；

所述弹簧筒套装在铅锤外管上，所述缓冲弹簧套装在铅锤内管上；所述上限位机构为固定套装在铅锤内管上的上限位挡环，所述下限位机构为套装在铅锤内管上的下限位挡环，下限位挡环的外圈与弹簧筒内壁固定相接；

铅锤内管的下端穿过下限位挡环并通过球头铰接机构与所述配重块铰接。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的钻井辅助工具中：所述球头铰接机构包括固定连接在铅锤内管下端的球头，在配重块上方的中部开设有与球头配合的球形槽，所述球头插接在球形槽中，在球形槽开口处设有与球头配合的压盖，球头和配重块通过压盖压紧连接。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的钻井辅助工具中：所述支撑筒的内底面和配重块的下底面之间留有弹簧压缩间隙，所述弹簧压缩间隙的纵向高度小于弹簧最大压缩长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过在铅锤管上设置冲击阻止环和导向柱，方便将钻头的旋挖钻头的内筒套装在导向柱上，并通过快速下放旋挖钻头，冲击阻止环的上端面用以承接由旋挖钻头的内筒下端面的冲击力；通过设置配重块、弹簧缓冲装置和支撑筒，在冲击阻止环承接冲击后，配重块下行压缩缓冲弹簧，由缓冲弹簧吸收缓震，配重块的下底面和支撑筒内底面接触后急停，能够快速可靠的墩出旋挖钻头环形筒内的钻渣；

通过设置十字摆动机构，使得支撑筒能够前后、左右摆动，配合配重块，即便施工现场的地面不平整，铅锤管也能保持铅锤状态；同时每次冲击晃动后，在铅锤块的作用下，铅锤管能恢复到铅锤位置，以便下次冲击卸渣。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中D-D处剖视图；

图3为本发明与旋挖钻头安装后的结构示意图；

图4为图3的纵向剖视图。

图中：1.铅锤管，101.导向柱，102.铅锤外管，103.铅锤内管，2.支撑筒，3.冲击阻止环，4.配重块，5.弹簧筒，6.缓冲弹簧，7. 上限位挡环，8.下限位挡环，9.环形摆动梁，10.保护伞，11.球头，12. 销轴，13.旋挖钻头，1301.内筒，1302.环形底门。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

【实施例1】

参照图1，结合图2，一种钻井辅助工具，包括铅锤管1和支撑筒2；

在铅锤管1上固定套装有与旋挖钻头13的内筒1301配合用于承接旋挖钻头13冲击力实现卸渣的冲击阻止环3，在冲击阻止环3上方的铅锤管1设为方便旋挖钻头13的内筒1301套装的导向柱101，在冲击阻止环3下方的铅锤管1上连接有配重块4，在冲击阻止环3和配重块4之间的铅锤管1上套装有弹簧缓冲装置；

所述弹簧缓冲装置包括套装在铅锤管1上的弹簧筒5，在铅锤管1和弹簧筒5之间套装有缓冲弹簧6，在铅锤上固定设有对缓冲弹簧6的上端进行限位的上限位机构，在弹簧筒5上固定设有对缓冲弹簧6的下端进行限位的下限位机构；

所述支撑筒2套装在弹簧筒5外侧并将配重块4收纳其中，所述支撑筒2的内底面和配重块4的下底面之间留有弹簧压缩间隙，所述弹簧压缩间隙的纵向高度小于弹簧最大压缩长度；支撑筒2和弹簧筒5之间通过十字摆动机构连接；

所述十字摆动机构包括环形摆动梁9，在环形摆动梁9上设有四个四等分的销孔，在弹簧筒5上开设有两个二等分的销孔，在支撑筒2上开设有两个二等分的销孔，环形摆动梁9其中一对销孔向内与弹簧筒5的两个销孔通过销轴12转动连接，环形摆动梁9的另一对销孔向外与支撑筒2的两个销孔通过销轴12转动连接。

在环形摆动梁9上方设有保护伞10，保护伞10套装在铅锤管1上并罩住支撑筒2及环形摆动梁9。设置保护伞10能有效保护环形摆动梁9、支撑筒2、弹簧筒5及其之间的连接结构，保护十字摆动机构及其相关零部件不受卸下的钻渣破坏，另外可以均匀引导钻渣分散掉落。

所述铅锤管1包括固定套装的铅锤外管102和铅锤内管103，铅锤内管103的下端伸出铅锤外管102，铅锤内管103上端和铅锤外管102之间设置固定环，铅锤外管102、固定环和铅锤内管103之间相互焊接，所述冲击阻止环3设在铅锤外管102上，所述配重块4设在铅锤内管103上；

所述弹簧筒5套装在铅锤外管102上，所述缓冲弹簧6套装在铅锤内管103上，缓冲弹簧6可设置为两个，在两个缓冲弹簧6之间通过套装在铅锤内管103上的分隔垫圈分隔；所述上限位机构为固定套装在铅锤内管103上的上限位挡环7，所述下限位机构为套装在铅锤内管103上的下限位挡环8，下限位挡环8的外圈与弹簧筒5内壁固定相接；

铅锤内管103的下端穿过下限位挡环8并通过球头11铰接机构与所述配重块4铰接。

所述球头11铰接机构包括固定连接在铅锤内管103下端的球头11，在配重块4上方的中部开设有与球头11配合的球形槽，所述球头11插接在球形槽中，在球形槽开口处设有与球头11配合的压盖，球头11和配重块4通过压盖压紧连接。

安装步骤：

先将保护伞10按图3所示关系套装在铅锤管1上，另把缓冲弹簧6放入弹簧筒5内，从图3所示的上方向下把带着保护伞10的铅锤管1***到弹簧筒5内，从图3所示的铅锤管1的下方把环形摆动梁9套装在弹簧筒5上，环形摆动梁9上的一对销孔和弹簧筒5上的两个销孔通过销轴12销接在一起后，通过压盖将铅锤内管103下端的球头11与配重块4相连，然后将组装好的配重块4、环形摆动梁9、铅锤管1、保护伞10等一起从图3所示的上方放入支撑筒2内，将支撑筒2上的两个销孔和环形摆动梁9上的另一对销孔通过销轴12销接在一起，在缓冲弹簧6的作用下，配重块4会离开支撑筒2内底板一定的距离，配重块4下底面和支撑筒2内底面之间的距离为弹簧压缩间隙。

申请人依据多年从事钻机研发的经验及对钻井工艺的研究，整合以往多种钻进工法的长处，原创了一种全新的钻井工法并研发了可以方便地使用这种工法的一种高效排渣的工程钻机（已申请整机发明专利，详见申请号为201920706667.1的中国专利申请文件）。

该钻机由于在进行回次提升时只提升钻头和钻头内的钻渣，就使得钻机的提升力可以最大限度地用于提升钻渣，这就可以大大地提高单回次的钻进深度和钻渣提升量，同时带来的一个问题是，单回次提升的大量的钻渣集于钻头内，有可能被挤密在钻头筒体内，如何将这部分钻渣从钻头的筒体内卸出来就这变成了一个必须考虑的问题。本发明可适用该钻机的旋挖钻头13。

旋挖钻头13的内筒1301的内径略大于导向柱101的外径，与旋挖钻头13安装时，参照图3、图4，打开旋挖钻头13的环形底门1302，将铅锤管1上方的导向柱101***旋挖钻头13内筒1301中，吊起的旋挖钻头13可以由导向柱101向冲击阻止环3下放，至旋挖钻头13内筒1301的下端面与冲击阻止环3的上端面接触为止。

工作原理：

铅锤管1、环形摆动梁9、缓冲弹簧6、配重块4及保护伞10等总质量的重心低于环形摆动梁9的平均高度，这样即便施工现场的地面不平整，铅锤管1也会保持铅垂状态。

当将装有钻渣的旋挖钻头13压在冲击阻止环3上端后，因为有了旋挖钻头13及钻渣的重力施加于冲击阻止环3上，这时，旋挖钻头13及钻渣、铅锤管1、环形摆动梁9、缓冲弹簧6、配重块4和保护伞10等加在一起的重量远大于弹簧所能承受的支撑力，配重块4的下底面会向下接触到支撑筒2的内底面，与环形摆动梁9销接的4根销轴12只承受小于缓冲弹簧6弹力的剪切力；冲击阻止环3上方的铅锤管1上设置导向柱101，一方面起导向作用，方便旋挖钻头13的内筒1301套装在铅锤管1上，另一方面，提供冲击距离，即在将旋挖钻头13的内筒1301套在铅锤管1上以后，快速下放旋挖钻头13，旋挖钻头13的内筒1301下端面以冲击的形式接触冲击阻止环3的上端面，冲击阻止环3承接旋挖钻头13的冲击力，缓冲弹簧6受压缓冲，配重块4下底面接触到支撑筒2内底板后急停，利用钻渣向下的惯性达到快速可靠地墩出旋挖钻头13环形筒体内钻渣的目的。