[发明专利]用于流体操作冲击钻具的钻头组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于流体操作冲击钻具的钻头组件。特别是，本发明涉及用于“潜孔(down-the-hole)”锤的钻头组件。

背景技术

常规潜孔锤和流体操作冲击钻具的一些设计包括外缸或外耐磨套，其内部安装有一个内缸，该内缸又与后部(backhead)组件相接合。滑动往复活塞与内缸及后部组件相协作，当经由后部组件供应气压时，活塞对一个钻头起到冲击作用，所述钻头被保持在位于外耐磨套上的夹盘之内。

典型地，内缸被同轴地安装在外耐磨套之内。一个滑动活塞被安装，用于在内缸和外耐磨套之内往复运动，以便以已知方式撞击一个冲击钻头(hammer bit)，所述冲击钻头被安装成用于在位于外耐磨套前端上的夹盘中进行滑动。一个底阀被定位在所述钻头上方。

我们以前的专利申请公开号WO 2004/013530公开了一种潜孔锤，其中所述钻头具有一个细长的柄部，在其上端具有一个环形撞击面(或砧)，所述活塞打击所述环形撞击面，以便给予所述钻头一个冲击力。钻头柄部下端在外部形成有多个花键，所述花键围绕钻头柄的外周彼此间隔开来，并沿轴向延伸。所述花键可滑动地与形成在环形夹盘内壁上的互补花键相接合。所述夹盘可由螺纹连接到外耐磨套的底部。所述钻头通过一个钻头保持环被保持在锤组件中，所述保持环位于夹盘上方并与钻头上的环肩协作。这防止了所述钻头在工作过程中从组件中掉出。

在工作过程中钻头柄受到由锤的冲击作用造成的力，以及由夹盘提供的扭矩。这给予钻头柄的上部一个显著的挠矩，增加了由裂缝(cracking)引起柄断裂的危险。钻头的制造以及如果钻头掉下钻孔时的回收都非常昂贵。这是常规潜孔锤的钻头一个显著问题，这一点可由下面的事实得到证实：即有许多专利涉及在钻头组件内保持断裂钻头的装置，以防止其沿钻孔掉落。这些专利的例子有US 5,065,827，US 4,003,442，WO 96/15349，WO 98/05476，WO 03/062585，WO03/062586。

然而，这些专利中公开的发明旨在对在钻头轴破裂后出现的问题进行处理，而并非首先预防断裂。

与诸如潜孔锤的常规冲击钻具相关的其他缺点在于，钻头具有制造成本昂贵的长柄部分。长柄部分是必需的，以便提供足够长度的花键柄部，从而为扭矩的传递提供足够的支撑，并提供在花键上方用于保持钻头的区域。在常规锤中，当钻头或切割面磨损时，虽然柄通常能够保持良好状态，但由于其与切割面是整体形成的，该柄也要被废弃。钻头/切割面的过早磨损可能出现于在高磨蚀性岩石或材料上进行钻孔的情况下，这些岩石或材料磨损切割头中的碳化钨镶嵌件。对于许多常规锤，需要在钻头上提供底阀。底阀被用作锤功能的组成部分，即，当活塞处于撞击位置时，底部提升室被活塞内孔和底阀外部密封。如果不是这样的话，则活塞不会被提升。底阀易于偶然断裂，从而导致停工时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻头安装系统，用于潜孔锤或其他流体操作冲击钻具，它可避免上述以往技术系统的许多缺点。本发明的另一个目的在于提供一种钻头系统，其中该系统的柄比常规的钻柄在长度上更短。本发明的再另外一个目的在于提供一种改进的用于钻头组件的连接方法。

在第一方面中，本发明提供一种用于流体操作冲击钻具的钻头组件，包括：冲击钻头，该冲击钻头具有头部，该头部上形成有沿轴向延伸的短柄；在该短柄上沿轴向延伸的花键，该花键可滑动地与形成在驱动夹盘上的互补花键相接合，从而，来自该夹盘的旋转驱动力可被传递到该短柄；位于夹盘上的钻头保持装置，该钻头保持装置适于与该短柄花键部分上的互补保持装置相接合，以便将短柄保持在钻头组件中；以及位于夹盘上的接合装置，该接合装置适于将夹盘连接到流体操作冲击钻具的驱动装置上。

优选地，驱动夹盘上形成有螺纹，该螺纹适于与钻具耐磨套下端上的互补螺纹相接合。适宜地，沿轴向延伸的花键形成在短柄的外圆柱壁上，并与形成在驱动夹盘内部上的互补花键相接合。

适宜地，该钻头保持装置包括至少一个，但优选多个穿过驱动夹盘壁的孔，以及相应的多个钻头保持件；因而当钻头组件被组装时，钻头保持件被容纳在孔中，并与短柄花键部分的互补保持装置相接合，从而将短柄保持在钻头组件中。

根据本发明的第一实施例，所述孔形成为穿过驱动夹盘壁的部分环槽，且所述钻头保持件为部分环形，并且所述互补保持装置包括一个形成在短柄上端的环肩；因此，当钻头组件被组装时，所述部分环形钻头保持件被容纳在所述部分环槽中，并与所述环肩的下侧相接合，以将短柄保持在钻头组件中。