[0001] 本发明涉及钻采设备技术领域，尤其涉及一种反循环同心跟管扩孔组件、钻具及钻探方法。

[0002] 现有的反循环钻头主要用于地质勘探等施工，在地质条件复杂的条件下，常规反循环钻头难以成孔，很难采集地质信息；而常规钻头又达不到地质勘探的目的。

[0003] 因此，亟需一种反循环同心跟管扩孔组件、钻具及钻探方法，在地质复杂的情况下，能够同时实现地质勘探和地质信息采集。

[0050] 下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

[0051] 需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0052] 另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

[0053] 并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0054] 实施例1

[0055] 参见图1‑图5，本发明提供一种反循环同心跟管扩孔组件，包括扩孔套11和可转动套设在所述扩孔套11外部的管靴12；

[0056] 所述扩孔套11包括顺接成一体的连接管段111和扩孔管段112，具体的，所述连接管段111和所述扩孔管段112一体成型，所述扩孔套11的内腔为贯穿其长度方向的通孔；

[0057] 所述连接管段111的外壁设有环形槽113，所述管靴12的一端设有凸环台121，所述凸环台121可转动设置在所述环形槽113内；所述管靴12的另一端延伸出所述扩孔套11，用于与跟管3连接；

[0058] 所述扩孔管段112的远离所述连接管段111端的端部设有若干个扩孔齿13，若干个所述扩孔齿13沿所述扩孔套11的周向均匀间隔设置；具体的，在本实施例中，所述扩孔齿13为合金齿，通过冷压的方式设置在所述端部，用于扩孔作业；

[0059] 所述扩孔套11的内壁至少设有两个凸耳14，所述凸耳14与反循环钻头2上的排渣槽23对应设置，且所述凸耳14内径大于所述排渣槽23外轮廓对应外径，所述凸耳14用于与反循环钻头2上的凹槽22匹配设置，以使本反循环同心跟管扩孔组件1在钻进过程中不回转；在本实施例中，反循环钻头2上绕其周向均匀设置有三个排渣槽23，对应的，在所述扩孔套11的内壁上均布有三个凸耳14，且所述凸耳14正向投影形状为包括但不限于长方形或正方形，所述反循环钻头2的外壁上设有与所述凸耳14对应匹配卡设的凹槽22，且所述凹槽22的入口与所述反循环钻头2的旋转方位一致；凸耳14和凹槽22的连接结构的设置，一方面能够将所述反循环同心跟管扩孔组件1与所述反循环钻头2连接以传递回转扭矩和推进力，使得所述扩孔套11能够进行扩孔作业以便采集地质信息实现地质勘探的目的，另一方面在钻机反向转动后，还能够将所述反循环同心跟管扩孔组件1与所述反循环钻头2自动脱开，由于所述凸耳14内径大于所述排渣槽23外轮廓对应外径，可以将所述反循环钻头2提出，以便更换常规钻头进行钻进作业；且凹槽22和凸耳14对应的连接结构，加工方便；优选的，所述扩孔套11和所述管靴12通过热处理挤压方式连接，既能实现两者有效连接，又能使其相互转动，以便在实现扩孔的同时，跟管3不会回转仅可同步跟进。

[0060] 作为优选的实施例，所述扩孔管段112的外表面为锥形面，其截面直径自所述连接管段111向所述扩孔齿13方向逐渐增大，锥形面的设置，且扩孔作业顺畅进行。

[0061] 作为优选的实施例，所述扩孔管段112的远离所述连接管段111端的端部具有第一扩孔环面114和第二扩孔环面115，且所述第一扩孔环面114和第二扩孔环面115成预设夹角设置；所述第一扩孔环面114和/或第二扩孔环面115上设有若干个用于设置所述扩孔齿13的安装孔116；

[0062] 预设夹角的设置，使得扩管套的端部呈尖端状，且便于在两个扩孔环面上设置扩孔齿13，从而加快扩孔作业效率和扩孔效果；

[0063] 在某些优选的实施例中，所述第一扩孔环面114和第二扩孔环面115上的安装孔116沿所述扩孔套11周向交错均匀间隔设置；从而使得所述扩孔齿13在两个扩孔环面交错设置，一方面保证的了端部的安装强度，另一方便又可设置较多的扩孔齿13，能够加快扩孔作业效率和扩孔效果。

[0064] 实施例2：

[0065] 参见图6‑图8，本发明还提供一种反循环同心跟管钻具，包括反循环钻头2、跟管3，以及如实施例1提供的所述的一种反循环同心跟管扩孔组件1；

[0066] 所述反循环钻头2包括钻头本体21和设置在所述钻头本体21外壁的凹槽22，且所述凹槽22入口与所述钻头本体21旋转方位一致；

[0067] 参见图8，所述钻头本体21端部的侧面设有至少一个进气口24，所述进气口连接有进气通道(参照箭头A的方向)；所述钻头本体21的端面设有排渣槽23；参见图8和图9，所述钻头本体21内还设有排渣通道，所述排渣通道包括沿所述钻头本体轴线设置的排渣主通道，以及排渣支通道；所述排渣支通道的一端与所述排渣槽23连通，另一端与所述主排渣通道连通；在本发明中，在所述钻头本体21端部的侧面进气，端面和中间出气排渣的设置，使得勘探过程中，产生的岩渣通过排渣槽23进入对应的排渣支通道后进入排渣主通道(参见箭头B的方向)，一方面便于收集岩渣，另一方面仅通过位于钻头本体内部的排渣通道排出，可避免岩渣污染，能够准确的采集地质信息；

[0068] 所述反循环同心跟管扩孔组件1的凸耳14可操作地匹配设置在所述凹槽22内以传递动力和扭矩；所述跟管3的一端与所述反循环同心跟管扩孔组件1的管靴12的另一端连接；

[0069] 当所述凸耳14对应卡设在所述反循环钻头2的凹槽22内时，所述反循环同心跟管扩孔组件1的扩孔齿13的齿面高于所述钻头本体21的齿面，构成中心下陷的钻进结构，且所述凸耳14和所述凹槽22的卡接结构，能够有效的将所述反循环钻头2连接钻机提供的回转扭矩和推进力传递给所述扩孔套11，为其扩孔作业提供动力以便完成地质勘探和地质信息采集；当地质勘探完成后，反向转动所述反循环钻头2，所述凸耳14从所述凹槽22内相对脱离，并与所述反循环钻头2的排渣槽23一一对应，便于将所述反循环钻头2提出，然后根据实际情况更改常规钻头继续进行钻进作业；

[0070] 在某些优选的实施例中，所述反循环同心跟管扩孔组件1的扩孔齿13的齿面高于所述钻头本体21的齿面，构成中心下陷的钻进结构；在工作时，中心下陷的钻进结构定心好、排渣通畅(钻头中心排渣)、工作稳定震动小。

[0071] 作为优选的实施例，所述管靴12的另一端与所述跟管3的一端螺纹连接或焊接呈一体；优选的，所述管靴12的另一端设有外螺纹，所述跟管3一端设有与所述外螺纹匹配连接的内螺纹，安装时，只需要将所述管靴12的另一端与所述跟管3的一端螺纹连接成一体进行作业，且采用螺纹连接的方式便于安装拆卸。

[0072] 作为优选的实施例，所述反循环钻头2通过卡钳套4、卡环5与冲击器6连接；所述反循环钻头2的远离钻进端还连接有钻杆，所述钻杆与钻机驱动连接；

[0073] 所述反循环钻头2通过凸耳14和凹槽22连接结构将回转扭矩和推进力传递给扩孔套11进行同步扩孔；所述冲击器6提供冲击波和钻进压力将孔底岩层破碎；所述管靴12和所述跟管3在岩层摩擦阻力以及岩层抱紧力作用下不回转，仅在推力作用下向下跟进；本发明提供的钻具能够适应岩层，复杂地质情况下，在所述冲击器6和钻机的作用下，仍然可以高效作业。

[0074] 实施例3：

[0075] 参见图9，本发明还提供一种如实施例2提供的所述的一种反循环同心跟管钻具的钻探方法，其步骤包括：

[0076] S1、先将反循环同心跟管扩孔组件1上的凸耳14一一正对反循环钻头2上的每个排渣槽23，并使所述凸耳14沿所述排渣槽23方向套设在所述反循环钻头2外部；再正向转动所述反循环同心跟管扩孔组件1，以使所述凸耳14对应卡设在所述反循环钻头2上的凹槽22内；

[0077] S2、将跟管3与所述反循环同心跟管扩孔组件1上的管靴12通过焊接或螺纹连接的方式连接呈一体；将冲击器6通过钳套和卡环5与所述反循环钻头2连接；

[0078] S3、启动钻机并正向转动，所述钻机为反循环钻头2提供回转扭矩和推进力，且所述反循环钻头2通过凸耳14和凹槽22连接结构将回转扭矩和推进力传递给扩孔套11进行同步扩孔；所述冲击器6提供冲击波和钻进压力将孔底岩层破碎；

[0079] 所述管靴12和所述跟管3在岩层摩擦阻力以及岩层抱紧力作用下不回转，仅在推力作用下向下跟进；具体的，参见图9a，所述反循环钻头2与所述反循环同心跟管扩孔组件1连接进行同步扩孔作业，以便实现地质勘探和地质信息采集，扩孔作业产生的岩层碎渣通过排渣槽23排出以便对其进行地质信息分析；

[0080] S4、当完成钻进时，所述钻机反向转动，所述扩孔套11在惯性以及岩层摩擦阻力作用下与所述反循环钻头2相对脱开，所述凸耳14与所述排渣槽23一一对应，将所述反循环钻头2向上提出孔外，参见图9b；

[0081] 所述反循环同心跟管扩孔组件1和所述跟管3留在孔中护壁，更换常规钻头继续钻进(参见图9c)；或者，若完成勘探，将所述反循环同心跟管扩孔组件1和所述跟管3同时提出孔外；

[0082] 采用本发明提供的钻探方法，只需要将反循环同心跟管扩孔组件1上的凸耳14一一正对反循环钻头2上的每个排渣槽23，并使所述凸耳14套设在所述反循环钻头2外部；再正向转动所述反循环同心跟管扩孔组件1，以使所述凸耳14对应卡设在所述反循环钻头2上的凹槽22内；便可轻松将反循环同心跟管扩孔组件1与所述反循环钻头2实现安装，在钻机正向转动时，所述凸耳14和凹槽22的连接结构能够有效将回转扭矩和推进力传递给扩孔套11进行同步扩孔，所述管靴12和所述跟管3在岩层摩擦阻力以及岩层抱紧力作用下不回转，仅在推力作用下向下跟进，从而实现在复杂地质情况下，还能同时实现地质勘探和地质信息采集；当完成钻进时，钻机反向转动，所述扩孔套11在惯性以及岩层摩擦阻力作用下与所述反循环钻头2相对脱开，所述凸耳14与所述排渣槽23一一对应，将所述反循环钻头2提出孔外，同时还能实现跟管的回收；整个钻探过程，在能够同时实现地质勘探和地质信息采集的基础上，安装操作便捷，钻探效率高。

[0083] 以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。