一种耙齿钻具及挖坑机的制作方法

1.本技术涉及石油地震勘探设备技术领域，特别是涉及一种耙齿钻具及挖坑机。

背景技术：

2.准噶尔盆地地表特征丰富多样，主要以山地、戈壁、农田、沙漠、水域、盐碱地等地形为主，盆地气温变化大，冬季伴有固定积雪。对于冬季粗耕地上冻地表和戈壁砾石地表，检波器和节点仪器的埋置坑挖坑难度极大。传统挖坑方式分为人工挖坑和机械挖坑，人工挖坑通常采用镐头和铁掀，用镐头刨松表层再用铁锨掏出松动表层，劳动强度大、挖坑效率低；机械挖坑中，可以采用小功率锂电动力源带动麻花钻具钻孔，但是存在动力不足，难以有效钻进的缺陷；采用挖坑机带动麻花钻具钻孔，虽然了避免锂电动力源的动力问题，但由于传统挖坑所采用的钻具都是麻花圆柱体结构，在较大砾石戈壁地表，切削大颗粒砾石非常困难，钻具在该地表会出现卡钻或钻进困难，钻具中心点尖易在较大砾石上顶死不能下钻，导致挖坑用时较长，因此与人工挖坑相比，机械挖坑的效率并未得到明显提升。

技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明第一方面提供了一种耙齿钻具，解决了钻具在戈壁地表会出现卡钻或钻进困难，钻具中心点尖易在较大砾石上顶死不能下钻的问题，缩短了挖坑用时，挖坑效率高。
4.本发明的技术方案是：
5.一种耙齿钻具，包括用于配置到挖坑机输出轴的连接部，所述耙齿钻具还包括钻头部，所述钻头部具有至少一个钻头耙齿，其中，至少一个所述钻头耙齿突出所述钻头部的底端的长度相同或不同。
6.作为优选方案之一，所述钻头部还包括相互连接的钻头耙齿体和钻头接头，至少一个所述钻头耙齿绕所述钻头耙齿体的周面间隔排布。
7.作为优选方案之一，所述耙齿钻具还包括钻杆，所述钻杆的两端分别设置钻杆接头和所述连接部，所述钻杆接头与所述钻头接头相互匹配。
8.作为优选方案之一，所述钻杆的外周面套设有螺旋叶片。
9.作为优选方案之一，所述螺旋叶片沿所述钻杆接头到所述连接部的方向叶片的端面逐渐变大。
10.作为优选方案之一，所述钻杆为锥形钻杆，所述螺旋叶片沿所述锥形钻杆的长度方向螺旋延伸。
11.作为优选方案之一，所述螺旋叶片的下端面间隔设置有多个叶片耙齿，多个所述叶片耙齿垂直伸出所述螺旋叶片的边缘
12.作为优选方案之一，靠近所述钻杆接头一端的螺旋叶片的刀口设置有合金头。
13.作为优选方案之一，所述螺旋叶片的螺距为1.2cm-1.3cm。
14.本发明第二方面还提供了一种挖坑机，所述挖坑机的输出轴连接有如上所述的耙
齿钻具。
15.与现有技术相比，本技术包括以下优点：
16.本发明提出一种耙齿钻具，包括用于配置到挖坑机输出轴的连接部，所述耙齿钻具还包括钻头部，所述钻头部具有至少一个钻头耙齿，其中，至少一个所述钻头耙齿突出所述钻头部的底端的长度相同或不同。
17.通过采用本技术的技术方案，钻头部上设置的多个钻头耙齿可以替代原钻具钻头与地表最先接触，钻头耙齿与砾石接触时就会产生偏心接触，因砾石表面不平，多个钻头耙齿不可能同时与同一个砾石表面接触，因此钻头耙齿与砾石之间形成偏心接触，在旋转过程中钻头耙齿会拨动砾石，而不是与砾石顶死，故而将砾石挤压到钻头旁，颗粒大的砾石和沙土就会被钻出地面，由此解决了在钻具钻进过程中，钻具中心点尖在较大砾石上顶死不能下钻的问题，大幅度提升了挖坑的效率；
18.通过本发明实施例提供的钻头耙齿，可拨动大颗粒砾石，使其移位，再将移位后的砾石钻出地表，与传统机械切削大颗粒砾石相比，拨动砾石所需的动力远远小于切削砾石所需的动力，挖坑用时大幅度缩短；
19.通过本发明实施例提供的钻头耙齿，多个钻头耙齿长短不一，下钻过程中与凹凸不平的地表相接触，钻进过程中缩短了钻头部拨动砾石的时间。
20.如此，本发明实施例所提供的耙齿钻具，不仅适用于山地、戈壁、农田、沙漠、水域、盐碱地等地形上节点仪器的埋置坑的挖坑，特别适用于冬季粗耕地上冻地表和戈壁砾石地表等复杂地表上节点仪器的埋置坑的挖坑，具有安全可靠、省时省力、适用场景广等优势，具有良好的规模推广应用前景。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对本技术的描述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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本技术一实施例所述耙齿钻具的整体结构示意图。
23.附图标记说明：
24.11、连接部；12、钻头耙齿；13、钻头耙齿体；14、钻杆接头；15、钻头接头；16、钻杆；17、螺旋叶片；18、叶片耙齿。
具体实施方式
25.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
26.随着地震勘探技术的发展，检波器被广泛应用于各大地区。在石油勘探过程中，可控震源或井炮产生地震波，通过检波器接收地震波反馈信号，传输给仪器得到地震资料，经分析处理后研究地下地质构造及油藏情况。检波器和节点仪器埋置坑的挖坑效率及质量是
影响高效地震勘探采集的重要因素之一。由于采集地震资料现场大多处于沙漠腹地、戈壁滩、丘陵、山地等多种野外环境中，检波器埋置坑的挖坑难度各不相同。特别是在准噶尔盆地等复杂地表，常见有冬季粗耕地上冻地表和戈壁砾石地表，挖坑难度极大，传统的挖坑用工具并不适用于该地势。
27.传统的挖坑用工具主要是气柴油挖坑机和麻花钻具的组合与拖拉机挖坑机和麻花钻具的组合，由于钻具是麻花圆柱体结构，其至少存在以下几点不足：
28.1、在较大砾石戈壁地表，切削大颗粒砾石非常困难，钻具在该地表会出现卡钻或钻进困难，钻具中心点尖易在较大砾石上顶死不能下钻；
29.2、新疆气候干旱，地表含水量少，含砾石沙土较多，根据垂直螺旋叶片17物料输送原理研究分析，随着螺旋叶片17的钻进，坑壁自然塌陷，上部坑壁直径越来越大，形成漏斗形锥体孔坑，与螺旋叶片17的间隙也越来越大，物料不能与坑壁产生足够的摩擦而减弱向上的推力，甚至在离心力的作用下滚动至叶片边缘即漏下，从而降低物料输送至地表的效率甚至无法向下钻进；
30.3、传统的机械化挖坑钻具因是麻花圆柱体结构，接触地面时就需要最大的扭矩对地表进行切削，动力要求高、切削力需求大，尤其在较大砾石戈壁和大块上冻粗耕地钻进难度更大、效率更低，且因钻进过程中反作用力大，造成钻具摆动大，稳定性差，存在一定的安全隐患。
31.因此，传统的挖坑用工具存在钻进难度大、挖坑效率低及钻具摆动大、稳定性差等诸多问题，直接应用于复杂地势的埋置坑挖坑，与人工挖坑相比，未见明显优势，还需要协调多种机械化部件，费时费力，而采用人工挖坑，人工劳动强度大，效率低。
32.有鉴于上述问题，本发明实施例提供一种耙齿钻具，在冬季粗耕地上冻地表和戈壁砾石地表等复杂地表使用机械化挖坑设备时，可在提高设备钻进能力和效率的同时增加钻进过程的稳定性和安全性。
33.参照图1所示，图1为本发明示出的耙齿钻具的整体结构示意图。
34.本发明的主要目的在于解决当今在较大砾石戈壁地表，切削大颗粒砾石非常困难，钻具在该地表会出现卡钻或钻进困难，钻具中心点尖易在较大砾石上顶死不能下钻的问题，如图1所示，本发明实施例提供一种耙齿钻具，包括用于配置到挖坑机输出轴的连接部11，所述耙齿钻具还包括钻头部，所述钻头部具有至少一个钻头耙齿12，其中，至少一个所述钻头耙齿12突出所述钻头部的底端的长度相同或不同。
35.具体而言，挖坑机可为汽油机挖坑机、柴油机挖坑机和拖拉机挖坑机等市售挖坑设备，挖坑机的输出轴连接到耙齿钻具的连接部11，可将挖坑机的输出动力传递到耙齿钻具上，使耙齿钻具以预设的扭矩和方向旋转。以下以钻具的钻头部为底部方向为例，连接部11位于耙齿钻具的顶端与挖坑机连接，钻头部垂直朝向地面，当挖坑机带动耙齿钻具上下移动即带动耙齿钻具上下钻进。其中，连接部11的结构根据挖坑机的动力头输出轴的结构而选择，例如，当挖坑机的动力头输出轴为圆盘结构时，连接部11为连接盘；当挖坑机的动力头输出轴为花键结构时，连接部11为花键轴和固定销，连接部11和挖坑机输出轴相互卡接。连接部11与挖坑机的安装结构属于挖坑设备的常见结构，本实施例不过多赘述。
36.具体地，钻头耙齿12为高硬度合金头，或者将冲击钻头截断，将钻头刃口部作为钻头耙齿12。钻头部可为麻花钻的原有钻头一端，将麻花钻的中心点去除，钻头耙齿12设置在
钻头部的周围，以替代原有钻头的单点设计，多个钻头耙齿12伸出钻头部的底端，作为与地表最先接触的部位，起到钻进的作用。在本实施例中，多个钻头耙齿12可与钻头部位于同一直线上，或者与钻头部呈一定角度地向下延伸，可根据地表砾石的分布情况选择。由于切削砾石所需的动力远大于拨动砾石所需的动力，或者说在相同的动力源的动力输出下，拨动砾石比切削砾石更容易实现。本发明通过多个钻头耙齿12，拨动大颗粒砾石，使其移位，再通过钻具将砾石整体输送至地表，这样就缩短拨动砾石的时间，钻坑效率就会大幅提升。
37.由于戈壁砾石地表中，多个砾石所形成的表面凹凸不平，本发明多个钻头耙齿12的长度各不相同，在下钻过程中可与砾石形成多个接触点，缩短拨动砾石的时间。
38.在又一优选的方案中，所述钻头部还包括相互连接的钻头耙齿体13和钻头接头15，至少一个所述钻头耙齿12绕所述钻头耙齿体13的周面间隔排布。
39.更优选地，所述耙齿钻具还包括钻杆16，所述钻杆16的两端分别设置钻杆接头14和所述连接部11，所述钻杆接头14与所述钻头接头15相互匹配。
40.具体而言，钻头接头15可以为母接头或公接头，钻杆接头14则为与钻头接头15相互配合的公接头或母接头。具体地，钻头接头15为钻头母接头，钻杆接头14为公扣。钻杆接头14焊接在钻杆16的下端，与钻杆接头14卡接，将钻具的动力传递给钻头部克服地层给钻头部的阻力。其中接头的扣型设计为反扣，防止钻具在钻孔过程中，钻头公扣松脱。母接头和公接头的配合实现钻头部和钻杆16之间的可拆卸连接，当钻头部损坏时便于更换钻头部。当然地，钻杆16和钻头部可以一体成型，无需设置钻头接头15和钻杆接头14。
41.具体地，钻头耙齿体13为与钻杆16形状相同的圆柱体，由铁质材料制备而成，两个或三个钻头耙齿12焊接在钻头耙齿体13的周面且呈一定角度，例如，两个钻头耙齿12相对于钻头耙齿体13的中心呈轴对称地分布在两端，三个钻头耙齿12相对于钻头耙齿体13的中心呈中心对称地分布，两两之间间隔120
°
。
42.本技术的再一目的在于解决目前机械化钻具采用传统圆柱螺旋钻头，在旋转挖坑过程中存在开挖的孔坑坑壁会自然塌陷，会形成漏斗形的锥体孔坑，造成钻头钻出物料重复运输，影响钻坑效率；且圆柱螺旋体结构在钻进过程，接触地面时钻头截面大，就需要最大的扭矩对地表进行切削，在较大砾石戈壁和大块上冻粗耕地钻进难度大、效率低，且因地表反作用力大，钻具摆动大，稳定性较差，存在一定的安全隐患的问题，本技术提出了一种新的技术方案：
43.一种耙齿钻具，包括用于配置到挖坑机输出轴的连接部11，所述耙齿钻具还包括钻头部，所述钻头部具有至少一个钻头耙齿12，其中，至少一个所述钻头耙齿12突出所述钻头部的底端的长度相同或不同。所述钻头部和连接部11之间设置钻杆16，所述钻杆16的外周面套设有螺旋叶片17。
44.其中，所述螺旋叶片17沿所述钻杆接头14到所述连接部11的方向叶片的端面逐渐变大。
45.具体而言，钻杆16由直径为90mm的钢管制备而成，螺旋叶片17由8mm厚的钢板制备而成，采用满焊的方式将拉开的螺旋叶片17中心内孔沿钻杆16的表面呈螺旋型均匀焊接，螺旋叶片17均匀地分散在钻杆接头14和连接部11之间的钻杆16上。通过螺旋叶片17的输送原理，螺旋叶片17钻进过程中，被钻头耙齿12拨动的物料在离心力作用下通过螺旋叶片17被输送至地表，提升物料输送至地表的效率。
46.通过将螺旋叶片17的端面由底部到顶部逐渐变大的锥体形状，形成螺旋叶片17内侧为圆柱形，外侧为锥形的结构，其中锥体螺旋叶片17的顶角略大于自然塌陷形成的漏斗形锥体孔坑的顶角，在钻坑过程中，锥体螺旋叶片17与坑壁保持有效接触，充分利用高效的垂直螺旋叶片17物料输送原理，使砾石及沙土在离心力的作用下，与坑壁间产生足够的摩擦力，阻止砾石及沙土随螺旋结构一起旋转并克服砾石及沙土下降的重力，形成较好的向上推力，从而将砾石及沙土垂直输送至地表，提高砾石及沙土等物料输送至地表的效率。
47.在又一可实现的方案中，所述钻杆16为锥形钻杆16，所述螺旋叶片17沿所述锥形钻杆16的长度方向螺旋延伸。在本实施例中，焊接在钻杆16的周面的螺旋叶片17均匀延伸，相邻的螺旋叶片17的端面形状大小相同，由于钻杆16为锥形，螺旋叶片17的外侧亦形成锥形的结构，在钻坑过程中，锥体螺旋叶片17与坑壁保持有效接触，充分利用高效的垂直螺旋叶片17物料输送原理，使砾石及沙土在离心力的作用下，与坑壁间产生足够的摩擦力，阻止砾石及沙土随螺旋结构一起旋转并克服砾石及沙土下降的重力，形成较好的向上推力，从而将砾石及沙土垂直输送至地表，提高砾石及沙土等物料输送至地表的效率。
48.进一步地，靠近所述钻杆接头14一端的螺旋叶片17的刀口设置有合金头。锥形螺旋叶片17的小端先与地面接触，在锥形螺旋叶片17的小端的刀口增加合金头，可以增加螺旋叶片17的耐磨性，提升本钻具的使用寿命。
49.更进一步地，锥体螺旋叶片17螺距控制在1.2cm-1.3cm之间，可保证井底切削砾石土料可以迅速返回地表。
50.在本实施例延伸出的另外一个优选实施方式中，所述螺旋叶片17的下端面间隔设置有多个叶片耙齿18，多个所述叶片耙齿18垂直伸出所述螺旋叶片17的边缘。本实施例中，叶片耙齿18与螺旋叶片17的端面的下方焊接为一体，可用叶片耙齿18拨松井壁大颗粒砾石，不用切割大颗粒砾石，拨松的砾石可通过锥体螺旋叶片17垂直输送至地表，提高砾石及沙土等物料输送至地表的效率。
51.作为对本实施例的具体解释，叶片耙齿18可与钻头耙齿12采用相同的结构。并且多个叶片耙齿18间隔均匀地设置在螺旋叶片17的曲平面上，例如每个叶片耙齿18间隔120
°
，且垂直突出螺旋叶片17边缘10mm。在钻进过程中，钻头耙齿12首先拨动大颗粒砾石，大颗粒砾石和沙土通过螺旋叶片17输送至地表的过程中，叶片耙齿18也可拨动坑壁上突出的大颗粒砾石，使其快速与井壁分离，提高钻进效率。
52.如此，通过本发明提供的耙齿钻具，如图1所示，由上到下依次包括连接部11、钻杆16、钻杆接头14、钻头接头15和钻头耙齿体13，钻头耙齿体13上焊接有3个钻头耙齿12，连接部11为八孔直径为140mm厚20mm的连接盘，螺旋叶片17的端面由上到下依次变小，焊接在圆柱形钻杆16表面形成内侧为圆柱体、外侧为锥体的锥体螺旋叶片17，锥体螺旋叶片17的端面接近边缘处间隔120
°
地分散设置着叶片耙齿18。通过本发明设计出的与自然塌陷坑壁相吻合的锥体外表面和耙齿，提高了物料输送能力和效率并缩短了大颗粒砾石拨动时间，同时锥体钻具的截面从底部到顶部逐步增大，减小了钻具接触地面时切削反作用力，实现扩孔切削，在增加切削钻进能力和效率的同时提高了钻进过程的稳定性和安全性。与传统麻花钻具相比，在冬季粗耕地上冻地表挖坑效率提升5倍以上，在戈壁砾石地表挖坑效率提升3倍以上。与传统人工挖坑相比，在冬季粗耕地上冻地表挖坑效率达到10-20人的挖坑效率，在戈壁砾石地表挖坑效率达到5-10人的挖坑效率，人工挖坑难度越大，效率提升幅度越大。
53.本发明的另一方面在于提出一种挖坑机，所述挖坑机的输出轴连接有上所述的耙齿钻具系统。对于上述挖坑机实施例而言，由于其与耙齿钻具实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见耙齿钻具实施例的部分说明即可。
54.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
55.还需要说明的是，在本文中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。
56.以上对本技术所提供的一种耙齿钻具及挖坑机，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术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技术，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围之中。

技术特征：

1.一种耙齿钻具，其特征在于，包括用于配置到挖坑机输出轴的连接部，所述耙齿钻具还包括钻头部，所述钻头部具有至少一个钻头耙齿，其中，至少一个所述钻头耙齿突出所述钻头部的底端的长度相同或不同。2.根据权利要求1所述的一种耙齿钻具，其特征在于，所述钻头部还包括相互连接的钻头耙齿体和钻头接头，至少一个所述钻头耙齿绕所述钻头耙齿体的周面间隔排布。3.根据权利要求2所述的一种耙齿钻具，其特征在于，所述耙齿钻具还包括钻杆，所述钻杆的两端分别设置钻杆接头和所述连接部，所述钻杆接头与所述钻头接头相互匹配。4.根据权利要求3所述的一种耙齿钻具，其特征在于，所述钻杆的外周面套设有螺旋叶片。5.根据权利要求4所述的一种耙齿钻具，其特征在于，所述螺旋叶片沿所述钻杆接头到所述连接部的方向叶片的端面逐渐变大。6.根据权利要求4所述的一种耙齿钻具，其特征在于，所述钻杆为锥形钻杆，所述螺旋叶片沿所述锥形钻杆的长度方向螺旋延伸。7.根据权利要求4所述的一种耙齿钻具，其特征在于，所述螺旋叶片的下端面间隔设置有多个叶片耙齿，多个所述叶片耙齿垂直伸出所述螺旋叶片的边缘。8.根据权利要求4所述的一种耙齿钻具，其特征在于，靠近所述钻杆接头一端的螺旋叶片的刀口设置有合金头。9.根据权利要求4所述的一种耙齿钻具，其特征在于，所述螺旋叶片的螺距为1.2cm-1.3cm。10.一种挖坑机，其特征在于，所述挖坑机的输出轴连接有如权利要求1-9任意一项所述的耙齿钻具。

技术总结

本申请提供了一种耙齿钻具和挖坑机，包括用于配置到挖坑机输出轴的连接部，所述耙齿钻具还包括钻头部，所述钻头部具有至少一个钻头耙齿，其中，至少一个所述钻头耙齿突出所述钻头部的底端的长度相同或不同。通过本实用新型提供的耙齿钻具，解决了钻具在戈壁地表会出现卡钻或钻进困难，钻具中心点尖易在较大砾石上顶死不能下钻的问题，缩短了挖坑用时，提高了挖坑效率。挖坑效率。挖坑效率。