CN108825139A - 合金镀膜钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻探领域，尤其是合金镀膜钻头。该种合金镀膜钻头，包括钻头体、刀头和钻杆连接孔，钻头体上端设置有刀头容置凹槽，刀头中心对称设置于刀头容置凹槽内；钻头体内部设置有贯通钻头体上端和下端的磨料射流机构，磨料射流机构包括由下至上依次设置的流体进入通道、流体磨料混合缓冲腔和磨料射流通道；钻头体内部还设置有与流体磨料混合缓冲腔连通的磨料进入通道和推力射流通道。本发明的合金镀膜钻头，结构设计简单新颖，实用性强，确保充足的磨料和流体从磨料射流通道射流出，而多余的磨料和流体顺利进入推力射流通道中，有效防止多余的磨料和流体在压力作用下从磨料进入通道反冲出，同时产生一个自进力并扩大孔眼。

Description

合金镀膜钻头

技术领域

本发明涉及钻探领域，尤其是合金镀膜钻头。

背景技术

在煤矿开采行业中，如何提高钻进效率，降低钻头磨损率，是本领域亟待解决的技术问题。为了解决这一技术问题，提升矿井采掘生产的工作效率，现有技术人员对钻孔用到的钻头进行了大量研究，对钻头工艺进行了更高要求的改进，虽然提高了钻头的使用寿命，但也大幅增加了钻头的制造成本，此外，还有部分学者在煤矿井下钻进过程中引入高压磨料水对煤岩体进行柔性先导破碎。

中国专利CN103556947B授权公告的一种煤矿井下自吸式磨料射流钻头及钻孔方法，利用磨料射流先导破碎与机械破碎相结合，提高钻进速度。所涉及的自吸式磨料射流钻头包括磨料射流喷嘴、自吸装置和主体破碎齿结构。自吸装置由腔体、过滤网、位于腔体内的支撑环与位于腔体后端的进口喷嘴组成。该发明可使钻进过程中产生的煤岩屑经过滤网筛选，进入自吸装置腔体内部，与水射流充分混合后形成磨料射流，从磨料射流喷嘴喷出，对煤岩体进行先导破碎，钻头主体破碎结构由三枚切割片和三个主体破碎齿组成，在其机械破碎作用下形成终孔。但是这种自吸式磨料射流钻头在使用时仍存在如下不足：（1）虽然设置有吸入腔且两侧区域形成低压区，但是磨料仍非常容易在水压带动下从吸入口反冲出去，实际随水流共同射流出喷嘴的磨料量不足，进而引起先到破碎效果的降低；（2）从喷嘴喷出的磨料在水压的作用下易碰触刀头，从而对刀头形成损伤，一定程度上缩短了刀头的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供合金镀膜钻头，克服前述现有技术中新型高硬度钻头造价高、现有的磨料射流钻头磨料易被反冲出钻头体和磨料射流过程易损伤刀头等的不足。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种合金镀膜钻头，包括钻头体、均匀设置于钻头体上端的刀头和设置于钻头体下端的钻杆连接孔，所述钻杆连接孔内设置有用于与钻杆旋接的内螺纹，所述钻头体上端设置有刀头容置凹槽，刀头中心对称设置于刀头容置凹槽内，刀头工作过程中产生的大颗粒碎屑从钻头体顶部溅出，产生的细颗粒碎屑容置于刀头容置凹槽内；所述钻头体内部设置有贯通钻头体上端和下端的磨料射流机构，所述磨料射流机构包括由下至上依次设置的流体进入通道、流体磨料混合缓冲腔和磨料射流通道，流体从流体进入通道进入，经流体磨料混合缓冲腔与磨料混合，并经磨料射流通道射流出；所述钻头体内部还设置有与流体磨料混合缓冲腔连通的磨料进入通道和推力射流通道，磨料进入通道用于传输钻探过程中产生的碎料，使碎料最终进入内压力较小的流体磨料混合缓冲腔，推力射流通道用于排出流体磨料混合缓冲腔内多余的流体和磨料，防止多余的磨料和流体在压力作用下从磨料进入通道反冲出，此外推力射流通道排出多余流体和磨料的同时产生一个自进力并扩大孔眼。

进一步的，所述流体磨料混合缓冲腔下部呈倒置的圆台形，中部呈圆柱体型，上部呈圆台形，流体磨料混合缓冲腔的上部与中部和中部与下部的接触端面积相同，流体磨料混合缓冲腔上部圆台形的高度大于其下部倒置的圆台形的高度，且其上部圆台形的侧面倾斜角小于下部倒置的圆台形的侧面倾斜角，由此形成一个又下部向上部内压力依次增大的缓冲腔结构。

进一步的，所述流体进入通道的孔径大于磨料射流通道的孔径，流体进入通道的下端延伸至钻杆连接孔内，且其位于钻杆连接孔内部分的通道外壁设置有螺纹，用于与钻杆内的输水端旋接，流体进入通道的上端从流体磨料混合缓冲腔下部中心穿入并延伸至流体磨料混合缓冲腔中部，这一结构设计有利于从流体进入通道进入流体磨料混合缓冲腔内的压力迅速与磨料混合。

进一步的，所述磨料射流通道由流体磨料混合缓冲腔顶部中心延伸至刀头容置凹槽内，磨料射流通道位于刀头容置凹槽以下的部分的横截面由下至上依次缩小，使磨料射流通道的内压力由下至上依次增大，促进射流效果，磨料射流通道位于刀头容置凹槽以上的部分的下端呈喇叭状、上端呈圆柱状，用于保护刀头，防止射流出的磨料触碰到刀头引起刀头的损坏。

进一步的，所述磨料进入通道均匀设置于两刀头之间的刀头容置凹槽下部，且磨料进入通道顶部均设置有过滤网，过滤网用于筛选规定粒度的碎料，磨料进入通道呈弧形，其横截面积由上至下依次缩小，使其内压力由上至下依次增大，磨料进入通道下端由流体磨料混合缓冲腔中部的圆柱体形结构穿入流体磨料混合缓冲腔内，这一结构设计能够有效防止磨料进入流体磨料混合缓冲腔后在压力作用下被反冲出。

进一步的，所述推力射流通道设置有多条，每条推力射流通道的顶部均与流体磨料混合缓冲腔底部的倒置的圆台形结构侧面连通，推力射流通道的顶部设置有喇叭状扩口，且由喇叭状扩口向下倾斜延伸至钻头体外部，喇叭状扩口结构、磨料进入通道末端位置和推力射流通道顶端位置的结构设置有利于使流体磨料混合缓冲腔内多余的磨料和流体顺利进入推力射流通道中，避免其进入磨料进入通道而被反冲出。

进一步的，所述流体进入通道顶部设置有一圈呈喇叭形的导流板，所述导流板的倾斜角与推力射流通道的角度相配合，导流板的设置进一步确保多余的磨料和流体顺利进入推力射流通道中。

进一步的，所述推力射流通道与流体磨料混合缓冲腔的连通端口径大于磨料进入通道末端口径且小于磨料射流通道下端的口径，同样进一步确保充足的磨料和流体从磨料射流通道射流出，而多余的磨料和流体顺利进入推力射流通道中。

进一步的，所述钻头体的顶部外壁为倾斜面，便于钻头工作过程中产生的大颗粒碎屑沿倾斜面溅出。

进一步的，所述刀头上涂覆有金刚石涂层，所述金刚石涂层的厚度为0.1-0.15mm，极大提高钻头的硬度，正常钻头使用寿命。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的合金镀膜钻头具有以下有益效果：（1）通过将刀头设置于钻头体顶部的刀头容置凹槽中，便于在钻头工作过程中将小颗粒的碎屑容置于刀头容置凹槽，并经设置于刀头容置凹槽底部的磨料进入通孔进入钻头体内部的流体磨料混合缓冲腔内；（2）通过推力射流通道喇叭状扩口结构、磨料进入通道末端位置和推力射流通道顶端位置的结构设置确保充足的磨料和流体从磨料射流通道射流出，而多余的磨料和流体顺利进入推力射流通道中，有效防止多余的磨料和流体在压力作用下从磨料进入通道反冲出，此外推力射流通道排出多余流体和磨料的同时产生一个自进力并扩大孔眼；（3）磨料射流通道位于刀头容置凹槽以上的部分的下端呈喇叭状、上端呈圆柱状，用于保护刀头，防止射流出的磨料触碰到刀头引起刀头的损坏；（4）磨料进入通道呈弧形，其内压力由上至下依次增大，磨料进入通道下端由流体磨料混合缓冲腔中部的圆柱体形结构穿入流体磨料混合缓冲腔内，这一结构设计能够有效防止磨料进入流体磨料混合缓冲腔后在压力作用下被反冲出；（5）流体进入通道的上端从流体磨料混合缓冲腔下部中心穿入并延伸至流体磨料混合缓冲腔中部，这一结构设计有利于从流体进入通道进入流体磨料混合缓冲腔内的压力迅速与磨料混合；（6）流体进入通道顶部设置有一圈呈喇叭形的导流板，进一步确保多余的磨料和流体顺利进入推力射流通道中；（7）通过刀头外表面的合金镀膜提高刀头的使用寿命，减少高硬度刀头的制作成本。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图；

其中，1钻头体、2刀头、3钻杆连接孔、4内螺纹、5刀头容置凹槽、6流体进入通道、7流体磨料混合缓冲腔、8磨料射流通道、9磨料进入通道、10推力射流通道、11过滤网、12导流板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1和图2所示实施例中，一种合金镀膜钻头，包括钻头体1、均匀设置于钻头体1上端的刀头2和设置于钻头体1下端的钻杆连接孔3，钻杆连接孔3内设置有内螺纹4，钻头体1的顶部外壁为倾斜面；所述钻头体1上端设置有刀头容置凹槽5，刀头2中心对称设置于刀头容置凹槽5内，刀头上涂覆有金刚石涂层，所述金刚石涂层的厚度为0.1-0.15mm；所述钻头体1内部设置有贯通钻头体1上端和下端的磨料射流机构，所述磨料射流机构包括由下至上依次设置的流体进入通道6、流体磨料混合缓冲腔7和磨料射流通道8；所述钻头体1内部还设置有与流体磨料混合缓冲腔7连通的磨料进入通道9和推力射流通道10。

本实施例中，所述流体磨料混合缓冲腔7下部呈倒置的圆台形，中部呈圆柱体型，上部呈圆台形，流体磨料混合缓冲腔7的上部与中部和中部与下部的接触端面积相同，流体磨料混合缓冲腔7上部圆台形的高度大于其下部倒置的圆台形的高度，且其上部圆台形的侧面倾斜角小于下部倒置的圆台形的侧面倾斜角。所述流体进入通道6的孔径大于磨料射流通道8的孔径，流体进入通道6的下端延伸至钻杆连接孔3内，且其位于钻杆连接孔3内部分的通道外壁设置有螺纹，流体进入通道6的上端从流体磨料混合缓冲腔7下部中心穿入并延伸至流体磨料混合缓冲腔7中部。所述磨料射流通道8由流体磨料混合缓冲腔7顶部中心延伸至刀头容置凹槽5内，磨料射流通道8位于刀头容置凹槽5以下的部分的横截面由下至上依次缩小，磨料射流通道8位于刀头容置凹槽5以上的部分的下端呈喇叭状、上端呈圆柱状。

本实施例中，所述磨料进入通道9均匀设置于相邻两刀头2之间的刀头容置凹槽5下部，且磨料进入通道9顶部均设置有过滤网11，磨料进入通道9呈弧形，其横截面积由上至下依次缩小，磨料进入通道9下端由流体磨料混合缓冲腔7中部的圆柱体形结构穿入流体磨料混合缓冲腔7内。

本实施例中，所述推力射流通道10设置有多条，每条推力射流通道10的顶部均与流体磨料混合缓冲腔7底部的倒置的圆台形结构侧面连通，推力射流通道10的顶部设置有喇叭状扩口，且由喇叭状扩口向下倾斜延伸至钻头体1外部。所述流体进入通道6顶部设置有一圈呈喇叭形的导流板12，所述导流板12的倾斜角与推力射流通道10的角度相配合。所述推力射流通道10与流体磨料混合缓冲腔7的连通端口径大于磨料进入通道9末端口径且小于磨料射流通道8下端的口径。

工作原理：本发明的合金镀膜钻头，使用时，刀头2工作产生的大颗粒碎屑沿钻头体顶部倾斜面溅出，产生的小颗粒碎屑容置于刀头容置凹槽5内，经过滤网11过滤后沿呈弧形的磨料进入通道9进入流体磨料混合缓冲腔7，并在流体磨料混合缓冲腔7内与从流体进入通道6进入的液体充分混合后经磨料射流通道8射流出，在磨料射流通道8顶部结构的保护下，含磨料的流体射流过程中不碰触刀头2，进而不会对刀头2造成损坏；另一方面，多余的磨料和流体顺利进入推力射流通道10中，有效防止多余的磨料和流体在压力作用下从磨料进入通道9反冲出，推力射流通道10排出多余流体和磨料的同时产生一个自进力并扩大孔眼。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种合金镀膜钻头，包括钻头体（1）、均匀设置于钻头体（1）上端的刀头（2）和设置于钻头体（1）下端的钻杆连接孔（3），所述钻杆连接孔（3）内设置有内螺纹（4），其特征在于：所述钻头体（1）上端设置有刀头容置凹槽（5），刀头（2）中心对称设置于刀头容置凹槽（5）内；所述钻头体（1）内部设置有贯通钻头体（1）上端和下端的磨料射流机构，所述磨料射流机构包括由下至上依次设置的流体进入通道（6）、流体磨料混合缓冲腔（7）和磨料射流通道（8）；所述钻头体（1）内部还设置有与流体磨料混合缓冲腔（7）连通的磨料进入通道（9）和推力射流通道（10）。

2.如权利要求1所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述流体磨料混合缓冲腔（7）下部呈倒置的圆台形，中部呈圆柱体型，上部呈圆台形，流体磨料混合缓冲腔（7）的上部与中部和中部与下部的接触端面积相同，流体磨料混合缓冲腔（7）上部圆台形的高度大于其下部倒置的圆台形的高度，且其上部圆台形的侧面倾斜角小于下部倒置的圆台形的侧面倾斜角。

3.如权利要求2所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述流体进入通道（6）的孔径大于磨料射流通道（8）的孔径，流体进入通道（6）的下端延伸至钻杆连接孔（3）内，且其位于钻杆连接孔（3）内部分的通道外壁设置有螺纹，流体进入通道（6）的上端从流体磨料混合缓冲腔（7）下部中心穿入并延伸至流体磨料混合缓冲腔（7）中部。

4.如权利要求3所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述磨料射流通道（8）由流体磨料混合缓冲腔（7）顶部中心延伸至刀头容置凹槽（5）内，磨料射流通道（8）位于刀头容置凹槽（5）以下的部分的横截面由下至上依次缩小，磨料射流通道（8）位于刀头容置凹槽（5）以上的部分的下端呈喇叭状、上端呈圆柱状。

5.如权利要求4所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述磨料进入通道（9）均匀设置于相邻两刀头（2）之间的刀头容置凹槽（5）下部，且磨料进入通道（9）顶部均设置有过滤网（11），磨料进入通道（9）呈弧形，其横截面积由上至下依次缩小，磨料进入通道（9）下端由流体磨料混合缓冲腔（7）中部的圆柱体形结构穿入流体磨料混合缓冲腔（7）内。

6.如权利要求5所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述推力射流通道（10）设置有多条，每条推力射流通道（10）的顶部均与流体磨料混合缓冲腔（7）底部的倒置的圆台形结构侧面连通，推力射流通道（10）的顶部设置有喇叭状扩口，且由喇叭状扩口向下倾斜延伸至钻头体（1）外部。

7.如权利要求6所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述流体进入通道（6）顶部设置有一圈呈喇叭形的导流板（12），所述导流板（12）的倾斜角与推力射流通道（10）的角度相配合。

8.如权利要求7所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述推力射流通道（10）与流体磨料混合缓冲腔（7）的连通端口径大于磨料进入通道（9）末端口径且小于磨料射流通道（8）下端的口径。

9.如权利要求1所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述钻头体（1）的顶部外壁为倾斜面。

10.如权利要求1所述的一种合金镀膜钻头，其特征在于：所述刀头上涂覆有金刚石涂层，所述金刚石涂层的厚度为0.1-0.15mm。