[发明专利]一种水力扩孔钻具及扩孔方法

权利要求书

1.一种水力扩孔钻具，其特征在于，包括：钻具主体(1)、扩孔齿(2)、堵头(3)，钻具主体(1)为圆柱空腔结构，在其中部设有扩孔槽，扩孔齿(2)安装在钻具主体(1)的扩孔槽内，堵头(3)安装在钻具主体(1)内部。

2.根据权利要求1所述的水力扩孔钻具，其特征在于：钻具主体(1)的外径尺寸与配套钻杆一致，钻具主体(1)的前端为钻头接头(11)，采用圆锥外螺纹与常规钻头配合，其后端为钻杆接头(12)，采用圆锥内螺纹与钻杆外螺纹端配合。

3.根据权利要求1所述的水力扩孔钻具，其特征在于：扩孔齿(2)为锥形结构，呈对称分布，通过旋转销轴(21)固定安装，扩孔齿(2)可绕销轴(21)中心旋转，扩孔齿(2)锥面一侧安装有合金片，扩孔齿(2)的旋转固定端为半齿轮结构，与堵头(3)中传动齿条(33)相配合。

4.根据权利要求1所述的水力扩孔钻具，其特征在于：堵头(3)包括弹簧(31)、密封圈(32)、传动齿条(33)、卡簧(34)、封孔螺钉(35)，弹簧(31)套在堵头小直径一端，密封圈(32)安装在堵头(3)的主体密封槽内，传动齿条(33)对称分布在堵头(3)中部的外侧壁上，封孔螺钉(35)安装在堵头(3)的后端面螺纹孔内，堵头(3)依靠卡簧(34)进行定位，卡簧(34)安装在钻具主体(1)的卡槽内。

5.根据权利要求1所述的水力扩孔钻具，其特征在于：堵头(3)为圆柱空腔结构，前端有出水孔(311)，后端有进水孔(314)和可密封进水孔(313)，堵头(3)侧壁的中部设有扩孔齿出水孔(312)；可密封进水孔(313)对称圆周分布。

6.如权利要求1到5任一项所述的水力扩孔的扩孔方法，其特征在于：扩孔水压P与扩孔直径D的关系为：

堵头末端横截面积S为：

其中，D₁为堵头末端直径，d₁为末端中心孔直径，d₂为密封进水孔直径，n为密封进水孔通水数；

作用在堵头上的作用力F为：

堵头前端弹簧运动行程X为：

其中，F_f为密封圈与钻具之间的摩擦力，k为弹簧的弹性系数；

对应的传动齿条行程L₁为：

由于齿轮齿条相互啮合传动，在齿条运动过程中相对应的齿轮旋转角度θ为：

其中，r为齿轮分度圆半径，r＝mz/2，m为齿轮模数，z为齿轮全齿数；

在齿轮旋转过程中，扩孔齿逐渐展开，则扩孔直径D理论值为：

其中，D₂为扩孔钻具外径，L为扩孔齿长度。