[发明专利]岩层钻具

说明书

本发明涉及一种钻具，尤其是如本申请权利要求1前序部分所述的岩层钻具。

岩层钻具包括：一个钻头，在该部位通常设置了一个碳化物切削刀片；一个邻接所述钻头部位的单头或多头螺旋状输送螺杆；以及一个在螺杆后面的夹紧杆，用于将钻具固定在一个钻机上。在岩层钻具中，输送螺杆的主要作用是将碳化物切削刃刮削下来的材料、即钻屑或岩粉输送到钻孔外面去。因而，钻屑槽的尺寸、即有效输送截面的尺寸对钻具的性能是致关重要的，也就是说，具有好的钻屑排出能力可保证钻具具有良好的掘进性，并防止钻具在钻孔中发生跳刮和由于钻具卡死、过热或其它故障而造成的损坏。钻屑槽具有良好的输送性能还可以延长钻具的工作寿命。

此外，输送螺杆还必须满足钻具在钻孔中的刚性导向性能的要求。

单头或多头输送螺杆上用于输送钻屑的排屑槽是由两个相同的螺旋盘曲肋板围成的。因而，这些肋板就形成了钻屑的运送面或运输面，所述运送面延伸向钻屑的输出方向、即朝向夹紧杆的方向。肋板的外周面或侧面形成了所谓的肋板脊面，并具有一定的脊宽，该脊面的宽度越大，钻具在钻孔中的导向稳定性就越好。但缺点在于，大的脊宽就增加了在钻孔中的摩擦阻力，并减小了用于输出钻屑的排屑槽的容积。相应地，在设计中必须折衷考虑两个方面：即一方面是肋板的脊面宽度和对应的输送槽容积；另一方面是理想的导向性能。

在专利文献DE-B 2013328的附图中表示了这样的双头输送螺杆的基本结构。

目前有许多种设计构思来改进钻屑槽的输送性能。例如，专利文献EP 012640982就提出这样的方案：通过在指向钻具夹紧端的方向上增加输送螺杆的螺距高度，来使得钻头部位的肋板面数增加，从而改善了导向性能。这同时也在指向夹紧端的方向上、即钻屑的传输方向上增大了钻屑槽的尺寸，因而避免了发生钻具卡死的现象。

在专利文献ED 3014693 C2中提出了这样的构思：只要使孔壁和排屑槽中的钻屑之间的摩擦力大于钻屑和排屑槽表面间的摩擦力就可使传输螺杆具有良好的输送性能，然而，为了实现这一关系，钻屑槽的容积必须始终和所提升的岩屑数量相适应，才能保证这样的摩擦比。但由于在不同的掘进条件下具有不同的钻屑掘取量，这一要求是不可能的。因此，该现有技术提出了在朝向钻具夹紧端的方向上分段增加钻屑槽的构思。

专利文献DE-4338667公开了一种岩层钻具，在该文献中通过在螺旋形肋板的脊面上设置沟槽来减小钻具和孔壁的摩擦力。这些次级沟槽显著地减小了肋板脊面的面积，从而减小了摩擦。在一定程度上，这些沟槽也起到排出钻屑的作用，虽然这只是一个次要的效果。

本发明的目的是提供一种钻具，这种钻具相对于现有的钻具具有改善的钻屑输送能力，并具有小的孔壁摩擦力。因而，通过尽可能简单、因而也是高性价比的设计措施，实现理想的效果。

该目的是通过由权利要求1前序部分所述的钻具出发，用该权利要求中的区别技术特征进行限定而实现的。

权利要求1中所限定的岩层钻具的优点和其它适当的扩展形式在从属权利要求中进行了限定。

本发明基于这样的发现：钻屑在钻屑槽中良好的输送性能还受到钻屑运送面尺寸的很大影响。该面积是由排屑槽的数目、及每个排屑槽相关肋板上的运送面决定的。足够数目的钻屑运送面是由螺旋形延伸的肋板上的侧面组成的，所述侧面大体垂直于钻具的纵向轴线。根据本发明所设计的钻具中，在除了设置通常的具有相应运送面、输送刃面或输送侧面的主肋板之外，还设置了例如次级肋板或次级侧肋的所谓次级输送元件，而这些次级输送元件又额外提供了另外的钻屑运送面。因而，该次级肋板可类似于主肋板进行设计。但是，它们的外直径要基本小于输送螺杆的的外直径，从而在改善输送性能的同时减小摩擦损耗。还可以在芯杆上设置凹槽来为钻屑提供另外的运送面或输送刃面。

利于本发明的措施，就可能使排屑槽成为所谓的双槽或多槽形式，使得在一个排屑槽中最好形成了一组单个的沟槽，这些沟槽都具有相应的钻屑运送面。

该基本发现产生了很多种实现该基本构思的可能的设计方案。这些可能的设计方案包括改变次级肋板的布置形式和/或改变以次级输送刃面形式出现的次级运送面的形状。还可以改变次级输送元件的数目，这就明显地将排屑槽分成了几个具有相同或不同大小、相同或不同深度的亚沟槽。

在下文的描述和附图中，对根据本发明基本设计构思的多种示例性的实施方式进行了详细的描述，在附图中：

图1是根据本发明的一种钻具的整体视图；以及

图2到图13表示了图1中钻具的多种变化形式。