一种煤矿井下气动定向钻进润滑装置及气动螺杆钻具的制作方法

本发明涉及属于钻探技术领域，涉及一种煤矿井下气动定向钻进润滑装置及气动螺杆钻具，该润滑装置能够在孔底对钻具注油润滑。

背景技术：

气动螺杆钻具采用压力空气或氮气作为动力介质和排粉介质，与液动螺杆钻具相比具有对孔壁扰动小的特点，在煤矿井下碎软煤层定向钻孔中得到逐步应用。液动螺杆钻具采用清水或泥浆，对于螺杆钻具定转子具有良好的润滑性能，但是气动螺杆钻具采用压力空气或氮气时对于螺杆钻具定转子冷却和润滑效果较差，导致气动螺杆钻具使用可靠性不高、寿命较低。因此，实现气动螺杆钻具钻进时定转子的高效润滑与冷却对于提高钻进装备的可靠性、降低故障率、减少钻进成本以及提高钻进效率具有重要意义。

目前通过孔外的注油泵向钻杆内泵入一定排量的液压油来进行冷却，润滑油在钻杆内随着动力介质输送至孔底螺杆钻具定转子处对其进行润滑，但该方式存在以下缺陷：

(1)钻孔深度长时，润滑油在钻杆内输送距离长，存在油雾沉降问题；

(2)油雾长距离输送过程中，与钻杆内壁反复碰撞，造成油雾升温，降低了其冷却和润滑效果。

(3)油雾沉降后造成钻杆内壁积累油珠，拆卸后容易粘钻场中煤粉，造成钻具污染。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种煤矿井下气动定向钻进润滑装置及气动螺杆钻具，解决现有技术中存在的油雾沉降、升温导致的冷却润滑效果较差以及污染钻具的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种煤矿井下气动定向钻进润滑装置，包括注油单元，所述的注油单元包括外管、内管、活塞和截流喷嘴，所述的内管套设在外管中，外管与内管之间设置有用于填充润滑油的空腔；

所述的活塞设置在空隙中，活塞能够沿空隙轴向移动，所述的外管、内管、活塞之间形成用于填充润滑油的密封腔；

所述的内管管壁上设置有与密封腔连通的阻尼孔；

所述的截流喷嘴设置在内管的动力介质入口端，截流喷嘴上设置有供动力介质通过的第四通孔，所述的第四通孔的直径小于内管的直径。

具体的，所述的外管内设置有第一通孔和第二通孔，第一通孔的直径大于第二通孔，第一通孔孔壁与内管的外壁之间形成所述的空腔；所述的内管两端的外壁上分别设置有用于限制内管轴向移动的第一限位块和第二限位块，所述的第二限位块的外径与外管的内径匹配，第二限位块上设置有供动力介质通过的第三通孔。

具体的，所述的阻尼孔的直径为0.2～0.5mm。

进一步的，所述的外管上设置有与第一腔体连通的注油孔。

优选的，所述的活塞与外管的接触面处、活塞与内管的接触面处均设置有密封圈。

进一步的，该润滑装置还包括用于分散从注油单元流出的润滑油的油珠分散单元，所述的油珠分散单元设置在外管中。

具体的，所述的油珠分散单元为多孔结构。

进一步的，该润滑装置还包括油气混合单元，所述的油气混合单元设置有多道供油气通过的螺旋孔；所述的油气混合单元设置在外管前端。

具体的，所述的油气混合单元包括管体和设置在管体内的油气混合阀芯，所述的管体连接在外管前端，所述的油气混合阀芯上设置有多道螺旋孔，相邻两道螺旋孔的轴线相互交叉。

本发明还公开一种煤矿井下气动螺杆钻具，包括钻杆、螺杆钻具以及本发明所述的润滑装置，所述的润滑装置设置在钻杆和螺杆钻具之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的润滑装置直接连接在螺杆钻具上，当无动力介质通过时，活塞的压差不足以使得润滑油从阻尼孔渗出，当动力介质通过时，活塞承受的压力差增大，使得润滑油从阻尼孔中慢慢渗出，将混合均匀的气油输送给螺杆钻具。实现了气动螺杆钻具孔底直接润滑，提高了润滑效果；有效抑制了油雾的沉降，解决了油雾长距离输送过程中的升温问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例记载的润滑装置整体结构示意图。

图2是本发明实施例记载的注油单元结构示意图。

图3是本发明实施例记载的油气混合单元结构示意图。

图4是本发明实施例记载的油气混合阀芯结构示意图。

图5是本发明实施例记载的钻具整体结构连接示意图。

图中各标号表示为：

1-注油单元，2-油珠分散单元，3-油气混合单元，4-挡圈，5-钻杆，6-螺杆钻具；

101-外管，102-内管，103-活塞，104-截流喷嘴，105-空隙，106-第四通孔，107-第一通孔，108-第二通孔，109-第一限位块，110-第二限位块，111-第三通孔，112-阻尼孔，113-注油孔，114-密封圈；

301-管体，302-油气混合阀芯，303-螺旋孔。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

在本发明中，外管101前端、管体301前端是指动力介质流出端，外管101后端、管体301后端是指动力介质流入端。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指以相应附图的轮廓为基准定义的。

实施例1

本实施例公开一种煤矿井下气动定向钻进润滑装置，该润滑装置包括注油单元1，如图1所示。注油单元1包括外管101、内管102、活塞103和截流喷嘴104。

内管102套设在外管101中，内管102的外径小于外管101的内径，使得外管101与内管102之间形成空隙105。

活塞103设置在空隙105中，活塞103为环形，外管101、内管102、活塞103之间形成用于填充润滑油的密封腔；活塞103在动力介质的推动下能够沿空隙105轴向移动，进而挤压密封腔。

具体的，本实施例中，外管101内设置有第一通孔107和第二通孔108，第一通孔107的直径大于第二通孔108的直径，第一通孔107孔壁与内管102的外壁之间形成空隙105。内管102两端的外壁上分别设置有用于限制内管102轴向移动的第一限位块109和第二限位块110，第一限位块109挤顶在外管内壁第一通孔107与第二通孔108形成的台阶处，限制内管102继续向第二通孔108方向移动；在第二限位块109处设置一个挡圈4，用于限制内管102向另一方向移动。第二限位块110的外径与外管102的内径匹配，第二限位块110上设置有供动力介质通过的第三通孔111，进入外管101中的动力介质通过第三通孔111进入活塞103处，挤压活塞103移动。具体的，第三通孔111沿第二限位块110圆周设置有多个。

为了方便向密封腔中输入润滑油，在外管101上设置有与密封腔连通的注油孔113，并在注油孔113中设置有油堵，油堵用于密封壳体注油孔113。

内管102管壁上设置有与密封腔连通的阻尼孔112，起到渗流润滑油的作用。当无动力介质通过时，活塞103的压差不足以使得润滑油从阻尼孔112渗出，当动力介质通过时，活塞103承受的压力差增大，使得润滑油从阻尼孔112中慢慢渗出。本实施例中阻尼孔112的直径为0.2～0.5mm。

截流喷嘴104设置在内管102的动力介质入口端，截流喷嘴104上设置有供动力介质通过的第四通孔106，第四通孔106的直径小于内管102的直径。截流喷嘴104使得通过第四通孔106的动力介质产生压差，从而推动活塞103压缩润滑油。本发明中动力介质为气体。

最好的，在活塞103与外管101的接触面处、活塞103与内管102的接触面处均设置有密封圈114，用于密封密封腔。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：该润滑装置还包括用于分散从注油单元1流出的润滑油的油珠分散单元2。

其中，油珠分散单元2设置在外管101中，具体的，如图1所示，油珠分散单元卡装在第二通孔108中。

本实施例的油珠分散单元2为多孔结构，具体是多孔介质材料制备而成的圆柱体，安装在第二通孔108中，大颗粒油珠经过油珠分散单元2时强行挤压成小颗粒，使油珠更加分散。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：该润滑装置还包括油气混合单元3，油气混合单元3设置有多道供油气通过的螺旋孔303。该油气混合单元3设置在外管101的前端。

本实施例的油气混合单元3包括管体301和设置在管体301内的油气混合阀芯302，管体301连接在外管101前端，油气混合阀芯302为一直径与管体301内径匹配的圆柱体，圆柱体上设置有多道螺旋孔303，螺旋孔303贯通油气混合阀芯的两端，相邻两道螺旋孔303的轴线相互交叉。能够将来自所述油珠分散装置的气和油珠产生多流道的螺旋运动，从而使得气液两相的混合更加均匀。

本实施例的油气混合阀芯302的两端通过挡圈4固定在管体301中。

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于：本实施例的润滑装置还包括实施例3中记载的油气混合单元3，如图1所示。

其中，油气混合单元3中的管体301一端与注油单元1中的外管101的前端通过公母接头连接。

实施例5

本实施例公开了一种煤矿井下气动螺杆钻具，如图5所示，包括钻杆5、润滑装置和螺杆钻具6。其中，润滑装置设置在钻杆4和螺杆钻具5之间。

若本实施例的润滑装置为实施例1或实施例2记载的润滑装置，则钻杆4连接在外管101后端，螺杆钻具5连接在外管101前端。

若本实施例的润滑装置为实施例3或实施例4记载的润滑装置，则钻杆4连接在外管101后端，螺杆钻具5连接在管体301的前端。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。