交叉接头及潜孔钻进装置

技术领域

本发明涉及钻探工具技术领域，具体是涉及一种交叉接头及潜孔钻进装置。

背景技术

在大口径正循环潜孔锤钻进过程中，由于钻孔直径较大，钻具外径较小，钻具与孔壁的环状间隙很大，随着钻孔深度增加，传统的正循环潜孔锤钻进工艺需要将岩粉从钻杆和孔壁的环状间隙用空气吹出，其需要空压机的压力和风量很大，所以经常多台空压机并联使用，并且需要增设增压机，造成经济成本较高。

而反循环潜孔锤钻进工艺是将岩渣从钻杆的中心通道反出，出渣面积小，需要空压机的压力和风量也小，所以从经济成本的角度更适合大孔径潜孔锤钻进，但目前国内大口径(450mm)以上反循环潜孔锤在市场暂无成熟的产品，实际应用不多。且普通的反循环潜孔锤由于中心处需要留有一定空间排渣，结构不同于正循环潜孔锤，所以需要冲击功相对于正循环潜孔锤来说更大，钻进效率相比正循环低。

发明内容

本发明的目的是提供一种交叉接头及潜孔钻进装置，以解决上述现有技术存在的问题，降低生产成本，且提高钻进效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种交叉接头，包括连接管和耐磨组件，所述耐磨组件套设于所述连接管中部的外壁上，所述耐磨组件的外周用于接触井壁，所述连接管包括主轴和芯管，所述主轴能够在所述耐磨组件内转动，所述主轴套设于所述芯管外周，且所述主轴内壁与所述芯管外壁之间形成环形间隙，所述环形间隙的一端用于连通外部进风组件的出风口，且外部进风组件用于将高压空气送入至所述环形间隙内，所述环形间隙的另一端用于与正循环潜孔锤连通，且所述环形间隙内高压空气用于驱动正循环潜孔锤冲击钻进及吹起井内岩渣，所述连接管上还设有进渣通道，所述进渣通道用于连通井内与所述芯管内腔，且所述进渣通道位于所述耐磨组件与正循环潜孔锤之间，高压气体能够将井内岩渣经所述进渣通道吹入至所述芯管内，并通过所述芯管将岩渣导出至井外。

优选地，所述主轴的部分侧壁上设有外进渣口，所述外进渣口能够连通所述主轴内腔与井内；所述芯管上靠近外部进风组件的一端开口，所述芯管上靠近正循环潜孔锤的一端封闭，所述芯管上对应所述外进渣口的位置设有内进渣口；所述内进渣口与所述外进渣口之间设有连通管，所述连通管一端固定在所述内进渣口侧壁，另一端固定在所述外进渣口侧壁，且所述内进渣口、所述外进渣口和所述连通管组成所述进渣通道，所述进渣通道不与所述环形间隙连通。

优选地，所述芯管为柱状管。

优选地，所述主轴的上端用于与外部进风组件可拆卸连接，所述主轴的下端用于与正循环潜孔锤可拆卸连接。

优选地，所述耐磨组件包括轴承组、轴承架、密封组、两个耐磨套和两个压盖，所述轴承组套设于所述主轴外周，且所述主轴能够在所述轴承组内转动，所述轴承组安装在所述轴承架上，所述耐磨套套设于所述主轴外周，且分别位于所述轴承组的两端，所述主轴能够带动所述耐磨套转动，所述轴承架与各所述耐磨套之间均设有旋转密封，所述旋转密封的内壁接触所述耐磨套外壁，所述旋转密封的外壁接触所述轴承架的内壁，各所述旋转密封上远离所述轴承组的一端分别与所述轴承架的两端平齐，各所述压盖分别可拆卸连接于所述轴承架的两端，且两个所述压盖均套设于所述轴承架外周，所述密封组位于两个所述压盖之间，且所述密封组套设于所述轴承架外周，所述密封组的内壁与所述轴承架外壁接触，所述密封组的外壁伸出所述压盖并用于接触井壁。

优选地，所述轴承组包括深沟球轴承和推力轴承，所述主轴中部设有限位台阶，所述深沟球轴承和所述推力轴承分别位于所述限位台阶的两侧，且所述深沟球轴承套设于所述主轴上靠近外部进风组件的一侧，所述推力轴承套设于所述主轴上靠近正循环潜孔锤的一侧。

优选地，所述密封组的两侧分别接触两个所述压盖，所述密封组包括第一密封板、第二密封板和多个限位柱，所述第一密封板用于靠近外部进风组件设置，所述第二密封板用于靠近正循环潜孔锤设置，且所述第二密封板的硬度大于所述第一密封板的硬度，所述限位柱依次穿过所述第一密封板和所述第二密封板，且所述限位柱的两端分别伸出所述第一密封板和所述第二密封板，所述压盖上对应所述限位柱的位置设有插槽，所述限位柱的两端分别伸入至所述插槽内，并用于限制所述密封组的转动。

优选地，所述耐磨套上远离所述轴承组的一侧设有第一缺口，所述主轴的侧壁上对应所述第一缺口的位置设有第二缺口，一平键嵌于所述第一缺口和所述第二缺口内，所述平键通过螺栓固定连接于所述主轴上。

优选地，各所述压盖的外壁上均设有多个凹槽，所述凹槽在所述压盖的厚度方向上贯通所述压盖，且两个所述压盖上的所述凹槽位置一一对应，所述凹槽用于穿过小口径钻具。

本发明还提供了一种潜孔钻进装置，包括进风组件、正循环潜孔锤和上述技术方案中任一项所述的交叉接头，所述进风组件包括依次连接并连通的动力头、高压配气装置和双壁钻杆，所述动力头用于向所述高压配气装置通入高压气体，所述双壁钻杆包括同轴设置的内管和外管，所述外管套设于所述内管外周，且所述外管的一端伸入所述主轴内，并与所述主轴螺纹连接，所述内管上靠近所述芯管的一端伸入至所述芯管内，所述高压配气装置用于将高压气体经所述内管与所述外管之间的间隙导入所述环形间隙内，且所述内管外壁与所述芯管内壁之间设有密封圈，所述密封圈用于防止高压气体进入所述芯管内，所述正循环潜孔锤安装于所述主轴上远离所述双壁钻杆的一端，并与所述主轴内壁螺纹连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的交叉接头，耐磨组件套设于连接管中部的外壁上，且连接管能够在耐磨组件内转动，耐磨组件的外周用于接触井壁，通过耐磨组件对连接管与井壁之间密封，防止岩渣经连接管的外壁与井壁之间反出，外部进风组件用于将高压空气送入至环形间隙内，且环形间隙内高压空气用于驱动正循环潜孔锤冲击钻进及吹起井内岩渣，连接管上还设有进渣通道，进渣通道用于连通井内与芯管内腔，且进渣通道位于耐磨组件与正循环潜孔锤之间，使得高压空气将岩渣吹起后，被耐磨组件与井壁阻挡，通过进渣通道进入芯管内，并通过芯管将岩渣导出至井外，提高岩渣导出效率，进而提高钻进效率，且经芯管将岩渣导出至井外，出渣面积小，需要的压力和风量较小，从而降低成本。

本发明提供的潜孔钻进装置，外管的一端伸入主轴内，并与主轴螺纹连接，以提高连接的稳定性，内管上靠近芯管的一端伸入至芯管内，以使得外管与内管之间的间隙能够连通环形间隙，实现高压气体的输送，且内管外壁与芯管内壁之间设有密封圈，以保证高压气体均进入到环形间隙内，防止高压气体进入芯管内影响岩渣的反出，提高钻进效率，正循环潜孔锤安装于主轴内远离双壁钻杆的一端，并与主轴内壁螺纹连接，以提高连接的稳定性，防止正循环潜孔锤在钻进过程中脱落，进而影响钻进效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例一提供的交叉接头的结构示意图；

图2是实施例一提供的交叉接头中主轴的结构示意图；

图3是实施例一提供的交叉接头中芯管的结构示意图；

图4是图1中交叉接头的A-A剖视图；

图5是实施例一提供的交叉接头中耐磨套的结构示意图；

图6是实施例一提供的交叉接头中轴承架的结构示意图；

图7是实施例一提供的交叉接头中压盖的结构示意图；

图8是实施例一提供的交叉接头中平键的结构示意图；

图9是实施例二提供的潜孔钻进装置的结构示意图；

图中：1-连接管，11-主轴，111-外进渣口，112-外连接轴，113-中间轴，114-内连接轴，115-限位台阶，116-第一缺口，12-芯管，121-内进渣口，13-环形间隙，2-耐磨组件，21-耐磨套，221-深沟球轴承，222-推力轴承，23-旋转密封，24-轴承架，25-压盖，251-凹槽，26-第二密封板，27-第一密封板，28-限位柱，29-平键，3-双壁钻杆，31-外管，32-内管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种交叉接头及潜孔钻进装置，以解决现有井内潜孔装置成本高，钻进效率低的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图8所示，本实施例提供一种交叉接头，包括连接管1和耐磨组件2，耐磨组件2套设于连接管1中部的外壁上，耐磨组件2的外周用于接触井壁，通过耐磨组件2对连接管1与井壁之间密封，防止岩渣经连接管1的外壁与井壁之间反出，连接管1包括主轴11和芯管12，且主轴11能够在耐磨组件2内转动，保证正常钻进，主轴11的一端用于与外部进风组件连接并连通，通过外部进风组件通入高压气体，以及岩渣的反出，主轴11的另一端用于与正循环潜孔锤连接，驱动正循环潜孔锤钻进，主轴11套设于芯管12外周，且主轴11内壁与芯管12外壁之间形成环形间隙13，环形间隙13的一端用于连通外部进风组件的出风口，且外部进风组件用于将高压空气送入至环形间隙13内，环形间隙13的另一端用于与正循环潜孔锤连通，保证环形间隙13内的部分气体能够进入正循环潜孔锤内，且环形间隙13内高压空气用于驱动正循环潜孔锤冲击钻进及吹起井内岩渣，连接管1上还设有进渣通道，进渣通道用于连通井内与芯管12内腔，且进渣通道位于耐磨组件2与正循环潜孔锤之间，使得高压空气将岩渣吹起后，被耐磨组件2与井壁阻挡，通过进渣通道进入芯管12内，并通过芯管12将岩渣导出至井外，提高岩渣导出效率，进而提高钻进效率，且经芯管12将岩渣导出至井外，出渣面积小，需要的压力和风量较小，从而降低成本。

具体地，如图2所示，主轴11的部分侧壁上设有外进渣口111，外进渣口111能够连通主轴11内腔与井内，更优的，主轴11包括同轴设置的外连接轴112、中间轴113和内连接轴114，外连接轴112、中间轴113和内连接轴114依次连接并连通，外连接轴112用于连接外部进风组件，内连接轴114用于连接正循环潜孔锤，以提高装置的整体性，保证高压气体的流通，以及岩渣的反出。

如图3-图4所示，芯管12为柱状管，且芯管12上靠近外部进风组件的一端开口，从而使得芯管12直接与外部进风组件的吸渣口连通，保证岩渣的反出，芯管12上靠近正循环潜孔锤的一端封闭，避免岩渣进入正循环潜孔锤，芯管12上对应外进渣口111的位置设有内进渣口121，内进渣口121能够连通芯管12内腔与外进渣口111，从而实现井内与芯管12内腔的连通，以便进行岩渣反出；内进渣口121与外进渣口111之间设有连通管，连通管一端固定在内进渣口121侧壁，另一端固定在外进渣口111侧壁，且内进渣口121、外进渣口111和连通管组成进渣通道，更优的，连通管的两端分别与外进渣口111和内进渣口121的边缘焊接固定，且内进渣口121和外进渣口111均不与环形间隙13连通，更优的，连通管为筋板组成，使得环形间隙13的气体无法通过外进渣口111和内进渣口121进入芯管12内腔或主轴11外部，只能绕开外进渣口111和内进渣口121，进入内连接轴114内，最终到达正循环潜孔锤，环形间隙13的一端连通外连接轴112，另一端连通内连接轴114，以实现高压气体的导通，更优的，外进渣口111和内进渣口121分别为两个，且两个外进渣口111沿主轴11的中心轴对称设置。

芯管12上靠近外连接轴112的一端伸入至外连接轴112内，且位于外连接轴112中部，即芯管12不伸出外连接轴112，也不与外连接轴112的端部平齐，主轴的上端(即外连接轴112)用于与外部进风组件可拆卸连接，芯管12上远离外连接轴112的一端位于中间轴113内，且靠近内连接轴114设置，以便将高压气体导入至正循环潜孔锤，且不会影响内连接轴114与正循环潜孔锤的连接，主轴的下端(即内连接轴114)用于与正循环潜孔锤可拆卸连接。

耐磨组件2包括轴承组、轴承架24、密封组、两个耐磨套21和两个压盖25，轴承组套设于主轴11外周，且主轴11能够在轴承组内转动，轴承组安装在轴承架24上，保证主轴11转动的稳定性，耐磨套21套设于主轴11外周，且分别位于轴承组的两端，主轴11能够带动耐磨套21转动，通过耐磨套21对主轴11外壁进行保护，防止主轴11磨损，影响使用寿命，当长时间使用出现磨损，也只是耐磨套21出现磨损，直接更换耐磨套21即可，降低成本，且更换方便，轴承架24与各耐磨套21之间均设有旋转密封23，旋转密封23的内壁接触耐磨套21外壁，主轴11带动耐磨套21转动时，耐磨套21与旋转密封23发生摩擦和相对转动，从而避免主轴11与旋转密封23接触，出现主轴11磨损，旋转密封23的外壁接触轴承架24的内壁，从而通过轴承架24、两个旋转密封23、主轴11、耐磨套21形成封闭空间，而轴承组位于此封闭空间内，避免在钻进过程中岩渣进入轴承组内，影响其使用寿命，更优的，常规油封耐压较低不适合此种工况，将旋转密封23设计为硅胶密封，并用钢板压紧，设置四组“硅胶-钢板”组合，形成一个旋转密封23，每组“硅胶-钢板”为一片硅胶和一片钢板组成，提高密封效果，延长轴承组的使用寿命，降低生产成本，各旋转密封23上远离轴承组的一端分别与轴承架24的两端平齐，以便安装压盖25，各压盖25分别可拆卸连接于轴承架24的两端，且两个压盖25均套设于轴承架24外周，两个压盖25对称设置，即，压盖25包括连接端面和连接侧壁，连接侧壁围绕连接端面周向固定，且连接侧壁的一端与连接端面外缘固定，另一端向远离连接端面的一端延伸，连接端面与主轴11的中心轴垂直，连接侧壁与主轴11的中心轴平行，通过螺栓依次穿过连接端面和轴承架24实现连接，连接侧壁的内壁接触轴承架24的外壁，密封组位于两个压盖25之间，即位于两个连接侧壁之间，且密封组套设于轴承架24外周，密封组的内壁与轴承架24外壁接触，密封组的外壁伸出压盖25并用于接触井壁，通过密封组接触井壁，避免压盖25等部件与井壁接触，既实现了密封组、压盖25等部件的固定，又能够对井内岩渣进行阻挡，防止岩渣通过主轴11与井壁之间的缝隙反出，影响岩渣处理效率。

轴承组包括深沟球轴承221和推力轴承222，主轴11中部设有限位台阶115，限位台阶115为一环形凸起，深沟球轴承221和推力轴承222分别位于限位台阶115的两侧，深沟球轴承221和推力轴承222的一端通过限位台阶115限位，另一端通过耐磨套21限位，避免深沟球轴承221和推力轴承222在主轴11的轴线方向移动，影响主轴11转动的稳定性，且深沟球轴承221套设于主轴11上靠近外部进风组件的一侧，推力轴承222套设于主轴11上靠近正循环潜孔锤的一侧，通过两道轴承结构，保证钻进过程中，主轴11转动，而轴承架24、压盖25和密封组等不会转动，由于井壁和密封组之间的摩擦力，使得保持与井壁的相对静止，避免造成磨损，提高部件的使用寿命。

密封组的两侧分别接触两个压盖25，密封组包括第一密封板27、第二密封板26和多个限位柱28，更优的，限位柱28为三个，三个限位柱28围绕主轴11的外周均匀周向设置，第一密封板27用于靠近外部进风组件设置，第二密封板26用于靠近正循环潜孔锤设置，且第二密封板26的硬度大于第一密封板27的硬度，由于第二密封板26靠近正循环潜孔锤，导致岩渣在上反过程中，会接触第二密封板26，极易造成第二密封板26的磨损，因此需要增加其耐磨性，而为了保证密封性，使得第一密封板27的硬度较低，可有较大的形变，并且能够适应不同井壁形状，提高密封性，更优的，第一密封板27和第二密封板26材质都为天然橡胶，只是通过调节配比，硬度不一样，第二密封板26为了增加耐磨性，在橡胶里面增加了夹布，硬度较高，限位柱28依次穿过第一密封板27和第二密封板26，且限位柱28的两端分别伸出第一密封板27和第二密封板26，压盖25上对应限位柱28的位置设有插槽，限位柱28的两端分别伸入至插槽内，并用于限制密封组的转动，以保证密封组和井壁的相对静止。

如图5所示，耐磨套21上远离轴承组的一侧设有第一缺口116，主轴11的侧壁上对应第一缺口116的位置设有第二缺口，一平键29嵌于第一缺口116和第二缺口内，平键29通过螺栓固定连接在主轴11上，即通过螺栓和平键29对耐磨套21的定位，起到传扭作用，保证耐磨套21能够跟随主轴11转动。

如图7所示，各压盖25的外壁上均设有多个凹槽251，凹槽251在压盖25的厚度方向上贯通压盖25，且两个压盖25上的凹槽251位置一一对应，凹槽251用于穿过小口径钻具，更优的，凹槽251为三个，当遇到不稳定底层出现卡钻、埋钻等钻井事故，可破坏密封组上对应凹槽251位置的橡胶，并通过凹槽251位置下小口径钻具，进行事故处理，提高事故处理的能力，进而提高工作效率。

实施例二

如图9所示，本实施例提供了一种潜孔钻进装置，包括进风组件、正循环潜孔锤和实施例一中的交叉接头，进风组件包括依次连接并连通的动力头、高压配气装置和双壁钻杆3，气体在环形间隙内向下移动，岩渣在芯管内向上移动，形成反循环潜孔原理，从而利用正循环潜孔锤和反循环潜孔原理，结合正循环潜孔和反循环潜孔的优势，降低生产成本，提高潜孔效率，动力头用于向高压配气装置通入高压气体，双壁钻杆3包括同轴设置的内管32和外管31，外管31套设于内管32外周，且外管31的一端伸入主轴11内，并与主轴11螺纹连接，以提高连接的稳定性，内管32上靠近芯管12的一端伸入至芯管12内，以使得外管31与内管32之间的间隙能够连通环形间隙13，实现高压气体的输送，高压配气装置用于将高压气体经内管32与外管31之间的间隙导入环形间隙13内，且内管32外壁与芯管12内壁之间设有密封圈，以保证高压气体均进入到环形间隙13内，防止高压气体进入芯管12内影响岩渣的反出，提高钻进效率，密封圈用于防止高压气体进入芯管12内，正循环潜孔锤安装于主轴11内远离双壁钻杆3的一端，并与主轴11内壁螺纹连接，以提高连接的稳定性，防止正循环潜孔锤在钻进过程中脱落，进而影响钻进效率。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。