申请/专利权人：中国矿业大学;中煤科工集团重庆研究院有限公司

申请日：2021-11-25

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN114151022B

主分类号：E21B17/00

分类号：E21B17/00;E21B17/042;E21B17/07;E21B19/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.03.25#实质审查的生效;2022.03.08#公开

摘要：本发明公开了一种双向钻杆及其装夹机构，双向钻杆包括若干节连接在一起的钻杆主体，钻杆主体内设钻杆芯杆，钻杆芯杆前端的前楔块与相邻钻杆主体后端的方形孔适配，可以实现钻杆的双向转矩传递；装夹机构包括钻进回转头、卸钻回转头以及液压卡盘，通过钻进回转头前端导向柱将钻杆芯杆前端的前楔块推入上节钻杆主体后端的方形孔；卸钻回转头用于实现钻杆芯杆的复位，双向钻杆恢复单向螺纹安装形式，可以依靠传统双虎钳结构实现钻杆的拆卸；本装置实现了钻杆的双向扭矩传递，同时依托现有装备及结构，改造难度小，成本低，为钻机的智能化发展提供了有效的结构方案。

主权项：1.一种双向钻杆及其装夹机构，包括双向钻杆和装夹机构，其特征在于，所述双向钻杆包括若干节螺纹连接在一起的钻杆主体（3）；所述钻杆主体（3）内设有钻杆芯杆；所述钻杆主体（3）前端设有外螺纹端头（31），所述钻杆主体（3）的后端设有与外螺纹端头（31）适配的内螺纹孔（32）；所述钻杆芯杆包括芯杆主体（2）、可拆卸固定在芯杆主体（2）前端的前楔块（22）以及固定在芯杆主体（2）后端的后楔块（23），所述前楔块（22）与后楔块（23）为横截面相同的正多棱柱结构；所述前楔块（22）与芯杆主体（2）的前端螺纹连接；所述钻杆主体（3）内设有与其同轴线设置的用于放置芯杆主体（2）的通孔（35）；所述钻杆主体（3）前端设有供前楔块（22）滑动嵌入并与其适配的第一沉孔（33），所述第一沉孔（33）与通孔（35）之间形成的台阶为钻杆芯杆提供前侧轴向定位；所述钻杆主体（3）后端设有供后楔块（23）滑动嵌入并与其适配的第二沉孔（34），所述第二沉孔（34）连通内螺纹孔（32）；所述第二沉孔（34）内设有压缩弹簧（4），所述压缩弹簧（4）嵌套在芯杆主体（2）上并且其尾端抵在后楔块（23）上，所述压缩弹簧（4）前端抵在第二沉孔（34）与通孔（35）之间的台阶上为钻杆芯杆提供后侧轴向定位；所述装夹机构包括钻进回转头、卸钻回转头以及液压卡盘；所述钻进回转头、卸钻回转头的后端均能够与钻杆主体（3）前端的外螺纹端头（31）螺纹连接，所述钻进回转头、卸钻回转头的前端均能够与钻杆主体（3）后端的内螺纹孔（32）螺纹连接；所述钻进回转头前端还设有能够伸入第二沉孔（34）内的导向柱（5）；所述液压卡盘为三角液压卡盘，用于夹紧钻杆主体（3）为其反转提供力矩；所述前楔块（22）、后楔块（23）均为正四棱柱结构，所述第一沉孔（33）、第二沉孔（34）的形状均为内倒角的方形孔；所述第一沉孔（33）的长度与前楔块（22）的长度相同；所述压缩弹簧（4）自然状态的长度大于钻杆主体（3）后端内螺纹孔（32）的长度；所述第二沉孔（34）的长度大于压缩弹簧（4）自然状态的长度；安装时，将前楔块（22）和芯杆主体（2）拆下，芯杆主体（2）上套上压缩弹簧（4），然后将芯杆主体（2）从钻杆主体（3）后端插入通孔（35）内，最后将前楔块（22）装入钻杆主体（3）前端的第一沉孔（33）内并与芯杆主体（2）前端螺纹连接，压缩弹簧（4）弹性形变对后楔块（23）产生向后的支撑力，由于钻杆主体（3）前端第一沉孔（33）台阶限位，使得钻杆芯杆轴线确定；所述双向钻杆及其装夹机构在安装时，后一级钻杆主体（3）在与当前钻杆主体（3）实现螺纹连接的过程中，后一级钻杆主体（3）内钻杆芯杆的被向前推出一定距离，该距离不足以使后一级钻杆主体（3）的前楔块（22）进入上一级钻杆主体（3）后端的第二沉孔（34），此部分位移便于通过刚性接触，使钻杆芯杆实现短距离位移，避免由于振动影响造成的节点卡死，且能够将长距离位移分解为多级小位移，避免引起冲击；当钻进回转头与末级钻杆主体（3）实现螺纹连接的过程中，钻进回转头所具有的导向柱（5）将末级钻杆主体（3）内的后楔块（23）压入第二沉孔（34）内，导致前楔块（22）进一步伸出并进入上一级钻杆主体（3）后端的第二沉孔（34）内，依次并逐级向前一级传递；此时，各级钻杆主体（3）的前楔块（22）与其前一级钻杆主体（3）后端的第二沉孔（34）在转动过程中实现接触；在钻杆主体（3）正转时，正向扭矩通过螺纹传递，钻杆芯杆辅助传递扭矩；钻杆主体（3）反转时，钻杆芯杆承担反向扭矩的传递，同时避免螺纹松脱；当钻机卸钻时，将钻进回转头更换为卸钻回转头，由于卸钻回转头不具备导向柱（5），各级钻杆芯杆在压缩弹簧（4）的作用下复位，各级钻杆芯杆前端的前楔块（22）与前一级钻杆主体（3）后端第二沉孔（34）脱离，各级钻杆主体（3）之间的连接恢复为传统的单向螺纹连接，因此，采用传统前后虎钳进行钻杆的拆卸。

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