CN101652532B - 具有延长的基体高度的取芯钻头 - Google Patents

Abstract

一种具有延长的基体高度的取芯钻头。该取芯钻头具有一系列沟槽或者开口，这些沟槽或者开口不位于切削部分的尖端且因此被封闭于基体的主体之中。这些沟槽可交错的和/或呈阶梯状的遍布于基体上。当钻头基体由于正常使用而磨损时，位于钻头尖端的流体/碎屑切口将被消除。当磨损进一步发生时，这些沟槽被曝露出来并且随后可在钻头的邻近表面作为流体/碎屑路径使用。此构造使得基体高度被延伸和加长但实质上不会降低钻头的结构完整性。由于具有延长的基体高度，因此钻头能够使用较长时间而无需经常装入钻孔和从钻孔中取出以进行更换。

Description

具有延长的基体高度的取芯钻头

技术领域

本发明涉及地面用钻头。尤其是，本发明涉及具有延长的基体高度的取芯钻头及该钻头的制造和使用方法。

背景技术

通常，取芯钻孔工艺被用于取回期望物质的样本。取芯钻孔工艺可将多根长钻杆连接在一起形成一根钻杆柱从而能够延伸数千英尺。钻头通常位于钻杆柱最前端并且用以执行实际的切削作业。当取芯钻头沿其路径切削并穿透期望物质时，圆柱形的物质样本可通过钻杆柱贯穿于钻头的中空部分，并且随后可从钻杆柱的另一端被收集。

现今所使用的多种类型的取芯钻头中包括嵌有金刚石的取芯钻头。此类钻头的一部分通常由钢或者包含粉状金属或坚硬微粒材料，例如碳化钨的基体形成。然后，此基体材料会被渗入粘结剂，例如铜合金。如图1所示，钻头200的基体202通常渗入有人造金刚石或超耐磨材料(例如：多晶金刚石)。当钻头研磨和切削穿过各种物质时，钻头200的基体202会受到侵蚀，从而曝露出锋利的人造金刚石或其它超耐磨材料的新层。

该钻头可有效地连续进行切削直至钻头基体全部损耗。这时，钻头将变钝且必须用新的钻头加以替换。替换钻头前需要先将整个钻杆柱从已经被钻削的孔洞(或钻孔)中移出(或脱离)。钻杆的每一部分必须顺序地从钻孔中移出。钻头被替换后，整个钻杆柱还必须一部分接一部分地进行组装之后再装回到钻孔中。由于钻孔的深度及被钻削物质的特性不同，对于单一钻孔上述过程有可能需要重复多次。因此，钻头最好能使用长久一些而无需经常更换。

但是这些钻头基体的高度常常会受到一些因素的限制，其中包括如图1所示的，需要在基体中包含流体/碎屑路径206。这些流体/碎屑路径具有多种功能。首先，它们可使由于钻头切削作用所产生的碎屑经冲刷而被去除。其次，它们可使钻孔泥浆或流体被用以润滑和冷却钻头。第三，它们可有助于保持钻头周围的流体静力平衡并由此防止钻削物质中的流体及气体进入钻孔而引起爆裂。

这些流体/碎屑路径位于取芯钻头的切削部分尖端的基体中。由于取芯钻头的切削部分在压力下旋转并且具有因流体/碎屑路径206而产生的缺口，因此该切削部分容易丧失结构完整性并且会变得极易受到振动、裂化及破碎的影响。为了解决这些问题，嵌有金刚石的取芯钻头的基体高度往往被限定为16毫米(或大约5/8英寸)或者更小。然而，由于仅具有这样短的高度，因此钻头很快会被磨损从而需要经常更换。

发明内容

鉴于以上问题，本发明之目的在于提供一种具有延长的基体高度的取芯钻头。该取芯钻头具有一系列沟槽或者开口，这些沟槽或者开口不位于切削部分的尖端且因此被封闭于基体的主体之中。这些沟槽可交错的和/或呈阶梯状的遍布于基体上。当钻头基体由于正常使用而磨损时，位于钻头尖端的流体/碎屑切口将被消除。当磨损进一步发生时，这些沟槽被曝露出来并且随后可在钻头的邻近表面作为流体/碎屑路径使用。此构造使得基体高度被延伸和加长但实质上不会降低钻头的结构完整性。由于具有延长的基体高度，因此钻头能够使用较长时间而无需经常装入钻孔和从钻孔中取出以进行更换。

附图简要说明

参照以下附图，随后的说明书可被更加清楚地加以理解，附图中：

图1表示了现有技术的取芯钻头；

图2表示了具有延长的基体高度的取芯钻头的具体实施例；

图3A表示了现有技术的取芯钻头的一个具体实施例的侧视图；

图3B表示了具有延长的切削端高度的取芯钻头的侧视图；

图4表示了具有封闭的流体/碎屑沟槽的取芯钻头的具体实施例；

图5表示了具有延长的基体高度的钻头的具体实施例，图中剖面线表示该钻头已经被磨损；以及

图6A表示了用于示范性的钻孔过程中的现有技术的取芯钻头的示意图；

图6B表示了用于示范性的钻孔过程中的具有延长的切削端高度的取芯钻头的示意图。

结合如下的说明，上述附图表明并解释了钻孔设备以及使用该钻孔设备的方法的原理。在上述附图中，为了表示清楚，部件的厚度和结构可能被放大。并且在不同附图中的相同标号代表相同的部件。

具体实施方式

以下说明将提供详细的描述以便全面理解本发明。尽管不利用这些详细的描述，本领域技术人员也可理解本发明的钻孔设备以及使用该钻孔设备的有关方法能够得以实现并加以使用。而实际上，该钻孔设备及有关方法可通过修改所示的钻孔设备及有关方法而被应用到实践中，并且该钻孔设备及有关方法可被用于相关的已被常规地应用于工业中的任何设备与技术中。例如，对于下面说明所关注的用于嵌有金刚石的取芯钻头的延长的基体高度来说，该设备及有关方法也可同样地应用于碳化物、陶瓷材料或其它超耐磨的取芯钻头中。当然，该设备及有关方法也可于其它多种地面钻削应用领域中得以实现，例如：声波钻机、冲击钻机、反循环钻机、油气钻机、纳维钻机(navi-drills)、全孔钻机(full-hole drills)等等。

下面将描述当基体长度或高度延长后，如何保持取芯钻头的结构完整性。图2表示了这样一个取芯钻头的实例。如图2所示，该钻头20可包含连接至钻机其余部分(即，钻杆)的第一部分21。该钻头20还可包含用于在钻孔工程中切削期望物质的第二部分23。钻头的主体具有一外表面8和一个其中包含中空部分的内表面4。由于具有这样的结构，钻削下来的物质碎块可穿过中空部分并向上通过钻杆柱。

钻头20可为适合于收集地核样本的任何尺寸。因此，钻头20可被用于收集任何适当尺寸的核心样本。当钻头具有任意期望的直径并且用于去除和收集具有任意期望的直径的核心样本时，该钻头的直径常常可为大约1至大约12英寸。同样，当钻头的切口(钻头的外表面半径减去内表面半径)为任意宽度时，该切口宽度通常可为大约1/2英寸至大约6英寸。

钻头20的第一部分21可由任何适当的材料制成。在一些实施例中，该第一部分可由钢或者在粘结剂中以坚硬微粒材料铸造成的基体制成。在一些非限定性的实例中，适合的坚硬微粒材料可包含那些本领域所公知的材料，例如碳化钨、钨、铁、钴、钼及其组合物。在一些非限定性的实例中，可被使用的粘结剂可包含那些本领域所公知的材料，例如铜合金、银、锌、镍、钴、钼及其组合物。

如图2所示，在一些实施例中，第一部分21可包含夹头端22。该夹头端22有时被称为间隔部、钻头体或钻柄，其可具有各种适当的用途，其中包括将钻头连接至最近的钻杆。因此，夹头端22可由本领域所公知的结构构成，以便将钻头20连接至任何所期望之类型的钻杆。例如，该夹头端22可包含任何公知的固定结构以用于将钻头与任何现有的钻杆相结合(例如，用以将钻头固定至钻杆柱末端的驱动轴的螺纹销连接)。

图2中所示的实施例表示了取芯钻头20的第二部分23可包含切削部分24。该切削部分24常被称为钻冠，其可由本领域中公知的任何材料构成。在一些非限定性的实例中，所适合的材料可包括：粉状的的碳化钨、氮化硼、铁、钢、钴、钼、钨和/或亚铁合金。上述材料可被放置到一个模具(例如：石墨模具)中。然后这些粉状材料将被烧结并渗入熔化的粘结剂，例如铜、铁、银、锌或镍合金，进而形成切削部分。

在一些实施例中，钻头的第二部分23可由一个或多个层制成。例如，图2所示的切削部分24便可包含两个层。其中第一层可为前面所述的基体层16，其用以进行切削作业。第二层可为一衬垫层18，其可用于将基体层16连接至钻头的第一和/或第二部分。在这些实施例中，基体层16可包含切削介质，其可用于研磨和侵蚀要被钻削的物质。任何适合的切削介质都可被用于基体层16中，其中包括但并不限于：天然或人造金刚石(例如：多晶金刚石坯块)。在一些实施例中，该切削介质可被嵌入或者渗入基体层16。另外，在本领域中所公知的具有任何期望的尺寸、粒度、质量、形状、磨度、浓度等的切削介质均可被用于基体层16。

钻头的切削部分24可制造成任意期望的规格或者可被赋予任何期望的特性。这样，切削部分便可被定制设计成拥有钻削特殊物质的最佳性能。例如，一个坚硬的耐磨基体可被制造成用来钻削柔软、耐磨蚀、松散的地层，而一个柔软有韧性的基体可被制造成用来钻削非常坚硬、非耐磨蚀、加固的地层。因此，钻头基体的硬度将与特定的地层相匹配，从而使基体层16能以可控和期望的速度被磨蚀。

该钻头基体的高度A(如图2所示)可在保持其结构完整性的同时被延长到超过现今本领域中所公知的钻头基体的高度。现有的基体高度由于需要保持其结构完整性，因而通常被限定为16毫米或更小。而在一些实施例中，基体高度A可被增加几倍。在一些情况下，基体高度可为大约1/2至大约6英寸。而在另一些情况下，基体高度可为大约1至大约5英寸。还有些情况下，基体高度可介于大约1至大约3.5英寸。当然，在某些情况下，该基体高度可为大约3英寸。

图3B表示了具有延长的钻冠高度的钻头20的一个实例，而图3A表示了现有技术的取芯钻头40。如图3A至图3B中所示，钻头20的第一部分21大约与相对应的现有钻头40的第一部分42的尺寸相同。然而，相应的现有钻头40的基体高度A却大约仅为钻头20的延长的基体高度A的一半。

如图2所示，钻头的切削部分24可包含多个流体/碎屑路径28和32。例如，流体/碎屑路径28和32可沿着钻头20的基体长度位于或远离邻接面36。那些位于邻接面36的流体/碎屑路径可被称为切口，而那些远离邻接面36的流体/碎屑路径可被称为沟槽32.流体/碎屑路径可具有不同的结构以便对水力、流体/碎屑流以及用于切削作用的表面面积产生作用。

基体层16可具有任意公知数量的流体/碎屑路径28，这些流体/碎屑路径28可提供期望的流体/碎屑流并且还可使切削部分保持所需结构完整性。例如，图2所示的钻头20可具有三条流体/碎屑路径。在一些实施例中，钻头可具有较少的切口，例如两个或甚至一个流体/碎屑切口。在另一些实施例中，该钻头也可具有更多的切口，例如4、5个或甚至更多的切口。

流体/碎屑路径28可均匀地间隔围绕于钻头的圆周上。例如，图2所示的钻头可具有三条彼此相互均匀地间隔的流体/碎屑路径28。在另一些实施例中，流体/碎屑路径28也可不均匀地间隔围绕于钻头的圆周上。

流体/碎屑路径28可具有使其按预定方式作业的任意特征以及本领域中所公知的结构。例如，流体/碎屑路径28可完全穿透钻头基体。依照一些实施例，图2所示的流体/碎屑路径28可穿透基体以致在钻头20的外表面8上具有开口13并且在钻头20的内表面4上具有开口14。

流体/碎屑切口可具有任意的形状以使得其可按预定方式作业。在一些非限定性的实例中，该切口的形状可为长方形(如图2所示)、正方形、三角形、圆形、梯形、多边形、椭圆形或这些形状的任意组合。

流体/碎屑切口可具有任意的尺寸(例如宽度、高度、长度、直径等)以使得其可按预定方式作业并为本领域所公知。例如，钻头可具有许多小的流体/碎屑切口。在另一实例中，钻头可具有少量的大流体/碎屑切口以及一些小切口。而在图2所示的实例中，钻头20仅包含少量的(三个)大流体/碎屑切口。

流体/碎屑切口的开口13位于钻头20的外表面8之上，其可大于或小于内表面4上的开口14，反之亦然。因此两开口可具有相似或不相似的形状。在一些非限定性的实例中，位于外表面8之上的开口13可为一小的正方形开口，而内表面4上的开口14可为一较大的长方形开口。因此，在一些实施例中，切口的内壁(例如图2中的切口内壁15)不需要总是平面，也可具有任意期望的形状。例如，当切口内壁实质上为一平面时，在另外一些实施例中，切口内壁也可为弓形面、曲面、圆形面、不规则面等等。

每一流体/碎屑切口可由相同或不同的方式构成。例如，图2所示的每个切口实质上是由相同的结构制成的。但是，在其它实施例中，该切口也可形成为具有不同的尺寸、形状和/或不同于其它切口的其它特征。

位于基体中的流体/碎屑切口也可具有任意期望的朝向。例如，切口可指向钻头圆周的中心。换句话说，如图2所示，切口可形成为大致趋向垂直于钻头的圆周。但是，在另外一些实施例中，流体/碎屑切口可形成为远离钻头圆周的中心。例如，钻头20的外表面8上的开口13及内表面4上的开口14可纵向地和/或横向地彼此相互偏离。

钻头基体也可包含一个或多个流体/碎屑沟槽(或沟槽)32。这些沟槽32可具有位于钻头20的外表面8上的开口10与位于钻头20的内表面4上的开口12。由于流体/碎屑沟槽可被封闭于基体的主体之中，或于除了位于开口10和12的全部侧面上被基体围绕，因此流体/碎屑沟槽32可位于除了邻接面36之外的基体的任意部分。当基体被磨损脱落时，流体/碎屑沟槽32可随着沿基体长度发生的磨蚀而逐渐曝露出来。当此情况发生时，流体/碎屑沟槽便成为流体/碎屑切口。以此方式，具有上述流体/碎屑沟槽的钻头可具有连续补充流体/碎屑路径直至延长的基体被完全磨损掉。因而上述结构可使得基体具有一个较长的高度，同时又可保持钻头切削基体的结构完整性。

基体可具有任意数量的流体/碎屑沟槽32以使得其能够保持期望的结构完整性以及流体/碎屑的流动。在一些实施例中，钻头可具有0至200个沟槽。然而，在另一些实施例中，钻头可具有1至20个沟槽。还有在其它一些实施例中，该钻头可包含从1到6或甚至是从1到3中任何数量的沟槽。在图2所示的钻头的实例中，该钻头20包含6个流体/碎屑沟槽32。

流体/碎屑沟槽32可均匀地间隔围绕钻头的圆周。例如，图2所示的钻头可具有6个完全均匀地间隔围绕钻头圆周的沟槽。但在另一些实施例中，沟槽32也可不均匀地间隔围绕钻头的圆周或位于基体之内。

流体/碎屑沟槽32可具有任意形状以使得其可按预定方式作业。在一些非限定性的实例中，该沟槽的形状可为长方形(如图2所示)、三角形、正方形、圆形、梯形、多边形、椭圆形或这些形状的任意组合。

流体/碎屑沟槽32可具有任意的尺寸(例如高度、宽度、长度、直径等)以使得其可按预定方式作业。例如，钻头可具有许多小的流体/碎屑沟槽。在另一实例中，钻头可具有少量的大流体/碎屑沟槽以及一些小沟槽。而在图2所示的实例中，钻头20仅包含6个大流体/碎屑沟槽32。

流体/碎屑沟槽32可由相同或不同的方式构成。图2中所示的沟槽32实质上是由相同的结构制成的。但是，在其它实施例中，该沟槽也可形成为具有不同的尺寸、形状和/或其它特征。例如，钻头可具有多行细而窄的流体/碎屑沟槽。然而，在另一实例中，所述的钻头也可具有单行长而宽的流体/碎屑沟槽。

位于基体中的流体/碎屑沟槽32也可具有任意期望的朝向。例如，图2所示的沟槽32可形成为朝向钻头圆周的中心。因此，在一些实施例中，沟槽32可垂直于钻头的圆周。

但是，在另外一些实施例中，沟槽32可形成为朝向远离钻头圆周的中心。例如，钻头20的外表面8上的开口10及内表面4上的开口12可纵向地和/或横向地彼此相互偏离。

钻头可包括一或多层(或排)流体/碎屑沟槽32并且每一排可包含一个或多个流体/碎屑沟槽。例如，图4所示的钻头20具有六个流体/碎屑沟槽32。在图4中，钻头20具有排成第一排90的三个流体/碎屑沟槽32。图4所示的钻头20在更远离邻接面36的地方还具有排成第二排92的三个流体/碎屑沟槽32。如另一实例的具有六个沟槽的钻头，该钻头20可由排成三排每排两个沟槽的形式构成，或者可由排成六排每排一个沟槽的形式构成。上述排列可包含相同或不同数量的沟槽。并且，每一排中的流体/碎屑沟槽的数量可与钻头邻接面36中的流体/碎屑切口的数量相等或不等。

图2中所示的流体/碎屑沟槽(位于外表面8上)的第一开口10可大于或小于位于内表面4上的开口12(或具有不同的形状)。作为非限定性的实例，第一开口10可具有一小的梯形形状，而第二开口12则可具有一较大的长方形开口。因此，在一些实施例中，沟槽的内壁(例如图2中的沟槽内壁17)不需要总是平面，也可如图2所示为具有任意期望的形状。例如，当沟槽内表面实质上为一平面时，在另外一些实施例中，该沟槽内表面也可为弓形面、曲面、圆形面、不规则面等等。

在一些情况下，一部分流体/碎屑沟槽32可通过任意期望的方式与一个或多个流体/碎屑沟槽或切口相重叠。例如，一部分流体/碎屑沟槽32可与一个或多个流体/碎屑切口横向重叠。同时，在另一实例中，一部分流体/碎屑沟槽可与另一个沟槽横向重叠。因此，在流体/碎屑沟槽(其已变为一切口)完全被磨蚀之前，其它的流体/碎屑沟槽可被开放而变为切口，从而使得钻头可继续有效地进行切削。

流体/碎屑沟槽可以任何能够提供期望的流体动力的结构被设置于钻头之中。例如，在一些实施例中，流体/碎屑沟槽可设置成以交错的方式遍及钻头的基体。它们也可与流体/碎屑切口相互交错。这些沟槽和/或切口可排列成排并且每一排可具有一行流体/碎屑沟槽，这些流体/碎屑沟槽与相邻排的流体/碎屑沟槽和/或切口的一侧相偏离。因此，尽管这些沟槽/切口不能相接触，但它们可以横向地相重叠。

如图2所示，在一些实施例中，流体/碎屑切口和/或沟槽可以设置成交错或阶梯状形式。在图2中，三个流体/碎屑切口位于钻头20的切削部分24的邻接面36。远离并沿着每一流体/碎屑切口的顺时针方向，设置有相应的流体/碎屑沟槽并且流体/碎屑沟槽略微地与切口横向重叠。远离并沿着这些流体/碎屑沟槽32的顺时针方向，还设置有第二组流体/碎屑沟槽32。

如图2所示，切削部分24可随意地包含有凹槽37。这些凹槽可具有多种用途，其中包括有助于冷却钻头、移除碎屑、提高钻头的水流力以及使流体/碎屑切口和/或沟槽更有效率。这些凹槽可以任意构造位于钻头中。在一些实施例中，这些凹槽可位于外表面8上且因此可被称为外部凹槽。在另一实例中，这些凹槽可位于内表面4上且因此可被称为内部凹槽。在另一实例中，这些凹槽也可位于钻头20的内表面4与外表面8之间且因此可被称为表面凹槽。还有在另外一些实施例中，这些凹槽可以上述这些凹槽位置的组合形式设置于钻头中。

凹槽37可具有任意期望的特征。例如，凹槽的尺寸(例如：长度、宽度、在切削部分中的穿透量等)、形状、角度、数量、位置等可进行选择以使得所使用的凹槽可获得期望的结果。凹槽可相对于流体/碎屑切口和/或沟槽具有任意的位置上的关系，其中包括图2所示的位置关系。在下面所提供的实例中，可以发现包含有上述凹槽及流体/碎屑切口和沟槽的钻头的穿透速度被加以提升。此增加的穿透速度部分来说很可能是由于增加了钻面出渣率，其可能部分地归功于较长排水路径与内外凹槽的结合。

钻头的切削部分24可具有任意期望的冠面。例如，钻头的切削部分可具有V形环冠面、平面钻头冠面、阶梯状钻头冠面、斜锥形冠面或半圆形钻头冠面。在一些实施例中，钻头可具有图2所示的冠面。

除了上面所述的特征，本领域中任何公知的特征均可随意地应用到钻头20中。例如，钻头可具有附加的钻径保护、硬带材沉积、各种钻头形面及其组合。钻径保护装置可用来减少对井壁以及对降入到井壁中的钻头的损伤。钻头的第一部分可具有防止其被过早磨蚀的硬质合金带材。钻头也可随意地含有天然金刚石、人造金刚石、热稳定金刚石、碳化钨、销钉、立方体或其它用以在取芯钻头的内或外表面上进行钻径保护的硬质材料。

也可包括另一特征，即，可由材料部分或全部地填充沟槽，该材料可一直保留在沟槽内直至包含该材料的沟槽接近或者曝露于钻头表面。这时，材料会被磨蚀脱落而使沟槽开放。在这些实施例中，沟槽可填充有任意的软性或脆性材料以防止流体流过沟槽，并迫使流体挤过切口并越过表面，进而使位于钻头表面的流体压力尽可能的高。这样，所填充的材料随后可先于基体脱落或碎裂，从而使流体于沟槽一旦被磨蚀后便流入切口。可以使用的填充材料包括硅酮、粘土、陶瓷、塑料、泡沫材料等等。

上述钻头可使用任何能够为其提供上述特征的方法制造而成。第一部分可由本领域中的任何公知方式制成。例如，第一部分(即钢制毛坯)可被机械加工、烧结加工或渗透加工。第二部分也可由本领域中的任何公知方式制成，其中包括渗透加工、烧结加工、机械加工、铸造加工等等。切口和沟槽32可由任何适当的方法于第二部分的制造过程中或制造过程之后加以制造。这些方法中的一些非限定性实例可包括于模制过程中使用插入物、机械加工、射流加工、激光成型、电火花加工(EDM)及渗透加工。

随后，可使用本领域中所公知的任何方法将第一部分21连接至钻头的第二部分23。例如，第一部分可被保存于用以形成钻头第二部分的模具中并将主体的两端熔化后结合在一起。作为选择，第一与第二部分也可在各自独立的工艺中成对加以制造，然后再通过硬钎焊、熔焊、机械结合法、粘合剂结合法、渗透法等方法结合在一起。

上述钻头可被用于本领域所公知的任何钻孔作业中。如同其它取芯钻头一样，其均可连接至钻杆柱的端部，而钻杆柱又被连接至钻机。随着取芯钻头的旋转，其便可磨削/切削掉所钻地层中的物质。基体层16与流体/碎屑切口将随时间的推移而被磨蚀。当基体层16被磨蚀后，流体/碎屑沟槽32可被曝露出来并变为流体/碎屑切口。随着更多的基体层被磨蚀，另外的流体/碎屑沟槽随后也将被曝露出来并变为流体/碎屑切口。上述过程可一直持续到钻头基体已被全部磨蚀，此时便需要取出钻杆柱以更换钻头。

图5表示了一个已磨钝钻头80的实例。在图5中，如剖面线所示，钻头80的切削部分124中的整排流体/碎屑切口128已经被磨蚀。另外，流体/碎屑沟槽132的第一行106也已被磨蚀。因此，残留下来流体/碎屑沟槽132的第二行108将被作为切口128使用。尽管已被磨蚀，但此状态下的钻头因与传统钻头一样长所以仍可继续使用。

使用上述钻头可具有许多优点。第一，钻头基体高度比现有技术中使用的钻头基体长度有所增加且不会牺牲其结构完整性。第二，该钻头的使用寿命可增长为普通钻头使用寿命的大约1.5至大约2.5甚至更多倍。第三，由于无需经常取出和装入钻杆柱，因此其钻削过程可变得更有效率。第四，该钻头的穿透速度可提升大约25％或更多。第五，由于钻头表面始终如一地以连贯的切削表面面积对其自身加以替换，因此，该钻头可具有一致的切削参数。

随后的非限定性实例用以进一步说明上述钻头及使用该钻头的相关方法的一些实施例。

先以标准方法获得一个第一传统钻头。该第一钻头可被制造成具有ALPHA

(Boart Longyear

)的形式并且经测量后发现其基体高度大约为12.7毫米。该第一钻头的钻头尺寸大约为2.965英寸外径(OD)×1.875英寸内径(ID)(NQ)。该第一钻头在图6A中用Drill#1表示。

第二钻头可被制造成包含上述沟槽。该第二钻头也可被制造成具有ALPHA

(Boart Longyear

)的形式，但其包含三个切口及六个长方形沟槽，该长方形沟槽的宽度大约为0.470英寸且高度大约为0.334英寸。该第二钻头同时被制造成具有九个直径大约为0.125英寸的内部凹槽以及九个直径大约为0.187英寸的外部凹槽。该第二钻头同时被制造成具有大约为25.4毫米的基体高度并且钻头尺寸为大约2.965英寸外径(OD)×大约1.875英寸内径(ID)(NQ)。该第二钻头在图6B中用Drill#2表示。

上述两个钻头随后通过使用一标准钻机而被用于钻削穿过一个中等硬度的花岗岩结构。在其基体被完全磨损并需要加以更换之前，第一钻头可钻削穿过大约200米，其穿透速度大约为每分钟6至8英寸。随后，第二钻头被使用在相同的钻机上用以在相同的钻孔中进一步向下钻削穿过同样的物质。在第二钻头上的基体被完全磨损并需要加以更换之前，该第二钻头可钻削穿过大约488米，其穿透速度大约为每分钟8至10英寸。

因此，第二钻头能够将穿透速度提升大约25％。同时，经比较该第二钻头的使用寿命可延长为传统钻头使用寿命的大约2.5倍。

除了对前述内容进行任意修改以外，本领域技术人员在不脱离本发明的精髓与范围的前提下还可做出许多其它的变化以及可供替换的配置方案，并且所附权利要求的保护范围将覆盖这些修改和可供替换的配置方案。因此，当被认为是本发明最具实用性且最佳的技术方案的特征及细节经过上面的描述之后，对于本领域的普通技术人员来说可以显而易见地理解，在不脱离本文所阐明的原理和概念的前提下，应当能够对包含但不限于本发明的形状、功能、操作方法及应用等方面提出众多的修改。同时，本文中所使用的实例其目的仅仅是为了说明本发明而绝非要以任何形式来限定本发明。

Claims (26)

1.一种地面用钻头，包含：

钻杆连接部分；以及

包含基体层的切削部分，所述基体层的基体高度大于1英寸且至6英寸，其中所述切削部分包含：多个凹槽，位于所述切削部分上；封闭的流体／碎屑沟槽；及流体／碎屑切口，其中所述多个凹槽中的一部分凹槽上具有封闭的流体／碎屑沟槽，所述多个凹槽中的另一部分凹槽上具有流体／碎屑切口。

2.如权利要求1所述的钻头，其中所述基体高度为2英寸至5英寸。

3.如权利要求1所述的钻头，其中所述基体高度为3英寸。

4.如权利要求1所述的钻头，其中当所述切削部分被磨蚀后，所述封闭的流体／碎屑沟槽变为流体／碎屑切口。

5.如权利要求4所述的钻头，其中所述流体／碎屑沟槽部分地或完全地填充有比所述基体的磨蚀速度快并且可使流体／碎屑于所述沟槽磨蚀后流入切口的材料。

6.一种地面用钻头，包含：

钻连接部分；以及

具有封闭的流体／碎屑沟槽的切削部分，其中所述切削部分包含：多个凹槽，位于所述切削部分上；封闭的流体／碎屑沟槽；及流体／碎屑切口，其中所述多个凹槽中的一部分凹槽上具有封闭的流体／碎屑沟槽，所述多个凹槽中的另一部分凹槽上具有流体／碎屑切口。

7.如权利要求6所述的钻头，其中当所述切削部分被磨蚀后，所述封闭的流体／碎屑沟槽变为流体／碎屑切口。

8.如权利要求6所述的钻头，其中所述切削部分包含基体层，所述基体层包含有超耐磨材料。

9.如权利要求8所述的钻头，其中所述基体层的基体高度为5／8英寸至6英寸。

10.如权利要求6所述的钻头，其中所述封闭的流体／碎屑沟槽以交错的和阶梯状的形式排列。

11.如权利要求6所述的钻头，其中所述封闭的流体／碎屑沟槽的数量为1至20。

12.一种地面用钻头，包含：

钻连接部分；以及

具有内表面和外表面的切削部分，其中所述切削部分包含：多个凹槽，位于所述切削部分上；封闭的流体／碎屑沟槽；及流体／碎屑切口，其中所述多个凹槽中的一部分凹槽上具有封闭的流体／碎屑沟槽，所述多个凹槽中的另一部分凹槽上具有流体／碎屑切口。

13.如权利要求12所述的钻头，其中流体／碎屑流过所述切削部分中的封闭的流体／碎屑沟槽。

14.如权利要求12所述的钻头，其中所述切削部分进一步包含基体层，所述基体层的基体高度为5／8英寸至6英寸。

15.如权利要求13所述的钻头，其中所述封闭的流体／碎屑沟槽以阶梯状的或交错的形式排列。

16.一种地面用钻头，包含：

钻连接部分；以及

具有切削形面的切削部分，所述切削形面于其整个工作期内基本保持一致，其中所述切削部分包含：多个凹槽，位于所述切削部分上；封闭的流体／碎屑沟槽；及流体／碎屑切口；其中，所述多个凹槽中的一部分凹槽上具有封闭的流体／碎屑沟槽，所述多个凹槽中的另一部分凹槽上具有流体／碎屑切口。

17.如权利要求16所述的钻头，其中所述封闭的流体／碎屑沟槽以阶梯状的或交错的形式排列。

18.一种包含有地面用钻头的钻孔系统，包含：

钻连接部分；以及

切削部分，所述切削部分包含：多个凹槽，位于所述切削部分上；封闭的流体／碎屑沟槽；及流体／碎屑切口，其中所述多个凹槽中的一部分凹槽上具有封闭的流体／碎屑沟槽，所述多个凹槽中的另一部分凹槽上具有流体／碎屑切口。

19.如权利要求18所述的钻孔系统，其中所述切削部分进一步包含基体层，所述基体层的基体高度为5／8英寸至6英寸。

20.一种制造地面用钻头的方法，包含：

设置钻连接部分；以及

设置包含有封闭的流体／碎屑沟槽的切削部分，其中所述切削部分包含：多个凹槽，位于所述切削部分上；封闭的流体／碎屑沟槽；及流体／碎屑切口，其中所述多个凹槽中的一部分凹槽上具有封闭的流体／碎屑沟槽，所述多个凹槽中的另一部分凹槽上具有流体／碎屑切口。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述切削部分包含基体层，所述基体层的基体高度为5／8英寸至6英寸。

22.一种地面用钻孔方法，包含：

设置具有钻连接部分以及切削部分的钻头，所述切削部分具有封闭的流体／碎屑沟槽；以及

使用所述钻头对物质进行切削，其中所述切削部分包含：多个凹槽，位于所述切削部分上；封闭的流体／碎屑沟槽；及流体／碎屑切口，其中所述多个凹槽中的一部分凹槽上具有封闭的流体／碎屑沟槽，所述多个凹槽中的另一部分凹槽上具有流体／碎屑切口。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述切削部分包含基体层，所述基体层的基体高度为5／8英寸至6英寸。

24.如权利要求22所述的方法，其中于钻孔过程中，当所述切削部分被磨蚀后，所述封闭的流体／碎屑沟槽变为流体／碎屑切口。

25.如权利要求22所述的方法，其中所述封闭的流体／碎屑沟槽以阶梯状的或交错的形式排列。

26.如权利要求25所述的方法，其中所述切削部分于其整个工作期内保持基本一致的切削形面。

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