CN110735603A - 潜孔锤用分体式柱片复合钻头 - Google Patents

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刘建林
王四一
赵江鹏
王传留
李泉新
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Abstract

一种潜孔锤用分体式柱片复合钻头，包括花键轴和柱‑片复合钻头体，所述花键轴与柱‑片复合钻头体通过锥面配合以及凹凸面插接组合在一起，并使用螺钉和键槽配合，防止两者脱开，所述柱‑片复合钻头体根据直径大小，采用3翼以上结构，每个刀翼唇面并排布置有数量相同的硬质合金柱齿和PDC片，柱齿顶端高出PDC片1～2mm，每个刀翼唇面旁设置有一个排渣通道和一个水眼，每个刀翼侧面安装有保径合金；由此，本发明采用分体结构，花键轴可重复使用，钻头损坏后，只需更换柱‑片复合钻头体，节约了使用成本；采用柱‑片复合结构，配合潜孔锤使用，对7‑9级中硬岩层，可有效提高钻进效率，扩大了潜孔锤的使用范围。

Description

潜孔锤用分体式柱片复合钻头
技术领域
本发明涉及钻探机具的技术领域，尤其涉及一种潜孔锤用分体式柱片复合钻头。
背景技术
潜孔锤是冲击回转钻进中冲击载荷的发生装置，其利用钻进过程中泥浆泵供给的高压冲洗液，或者空压机供给的压缩空气的能量，直接驱动内部的冲锤形成上下往复运动，连续不断地对下部钻具施加一定频率的冲击载荷，从而实现冲击回转钻进。潜孔锤常与一体式球齿钻头配合使用，是钻进普氏硬度系数10级以上硬岩地层的理想钻具。对于7-9级中硬岩层，以及5-7级软岩层，目前主要采用回转切削的方式，仍存在钻进效率低，钻具消耗大的缺陷。有学者尝试将潜孔锤用于10级以下岩层钻进，在使用球齿钻头时，效率远低于回转钻进；配合PDC钻头使用时，取得了意想不到的效果，钻进效率较回转钻进有大幅提高，特别是对于5-7级软岩层深孔钻进，冲击作用有效提高了PDC齿吃入地层的深度；但是，对于7-9级中硬岩层，PDC齿无法承受潜孔锤的冲击力，寿命大幅降低，钻头消耗增大，同时也增加了起下钻更换钻头的辅助时间。
此外，目前使用的一体式钻头，当钻头碎岩端坏掉以后，与潜孔锤连接的花键等结构仍完好，但只能随钻头报废，是一种严重浪费。有学者将钻头设计成分体式结构，采用螺纹连接，经过现场应用后发现螺纹连接影响了冲击功的传递，降低了钻进效率。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种潜孔锤用分体式柱片复合钻头，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种潜孔锤用分体式柱片复合钻头，提高中硬岩层钻进效率，降低钻具消耗，节约施工成本。
为实现上述目的，本发明公开了一种潜孔锤用分体式柱片复合钻头，包括花键轴和柱-片复合钻头体，其特征在于：
所述花键轴与柱-片复合钻头体通过锥面配合以及凹凸面插接组合在一起，所述花键轴的周缘设有多个花键，所述花键轴的前端内侧设有锥形孔，所述柱-片复合钻头体的后端延伸设有锥形连接柱，从而锥形连接柱能伸入锥形孔中，所述花键轴的前端间隔延伸出多个定位凸台，所述柱-片复合钻头体的后端设有多个容置定位凸台的定位凹槽，从而通过定位凸台和定位凹槽实现凹凸面插接配合，所述花键轴的前部周缘设有多个螺纹通孔，所述柱-片复合钻头体的锥形连接柱的周缘对应设有键槽，所述螺纹通孔供螺钉螺旋伸入，所述螺钉的头部容置于键槽中以进一步防止两者脱开。
其中：所述花键轴的锥形孔内设有第一锥面，与柱-片复合型钻头体的锥形连接柱上的第二锥面配合。
其中：第一锥面的大端直径取花键轴右侧端面外径的1/2，锥度取2～5°。
其中：第二锥面的大端直径比花键轴的第一锥面大端直径大0.3～0.5mm，锥度与第一锥面一致。
其中：所述定位凸台的高度不低于10mm，宽度等于右侧端面外径的1/n(n为凸台个数)。
其中：柱-片复合钻头体采用3翼以上结构，每两个刀翼之间设置与刀翼宽度相当的排渣通道以及一个直径6-10mm的水眼，每个刀翼侧面安装多个保径合金。
其中：所述柱-片复合钻头体中每个刀翼的唇面并排布设1排硬质合金柱齿和1排PDC片。
其中：硬质合金柱齿顶端最高点比PDC片最高点高出1-2mm。
其中：硬质合金柱齿为锥形齿或者球形齿。
通过上述内容可知，本发明的潜孔锤用分体式柱片复合钻头具有如下效果：
1、通过分体式结构的设置，钻头损坏后花键轴可重复利用，节省了使用成本；
2、通过硬质合金柱齿与PDC片的特殊布设，充分利用柱齿的抗冲击能力和PDC片的切削能力，可有效提高潜孔锤钻进中硬岩层的效率；
3、通过花键轴的第一锥面和柱-片复合钻头体的第二锥面的过盈配合，分体式钻头两部分结合紧密，对冲击功的传递的影响降到最低；
4、通过花键轴凸面与的柱-片复合钻头体凹面配合，保证了扭矩的传递；
5、通过螺钉、花键轴的螺纹孔和柱-片复合钻头体的键槽将花键轴和柱-片复合钻头体固定在一起，防止钻具提离孔底时柱-片复合钻头体掉落。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1a显示了本发明的潜孔锤用分体式柱片复合钻头的分解示意图。
图1b显示了本发明的部分剖视意图。
图2显示了本发明的花键轴的结构示意图。
图3a、3b、3c显示了本发明的柱-片复合钻头体的结构示意图。
附图标记：
1.花键轴；2.螺钉；3.柱-片复合钻头体；101.第一锥面；102.螺纹通孔；103.凸面；301.第二锥面；302.键槽；303凹面；304.刀翼；305.硬质合金柱齿；306.PDC片；307.水眼；308.保径合金；309.排渣通道。
具体实施方式
参见图1a和图1b，显示了本发明的潜孔锤用分体式柱片复合钻头。
所述潜孔锤用分体式柱片复合钻头包括花键轴1和柱-片复合钻头体3组成，参见图1b，花键轴1与柱-片复合钻头体3通过锥面过盈配合，以及凹凸面插接组合在一起，其中，所述花键轴1的周缘设有多个花键以实现与动力源的键结构固定配合，所述花键轴1的前端内侧设有锥形孔，所述柱-片复合钻头体3的后端延伸设有锥形连接柱，从而锥形连接柱能伸入锥形孔中，所述锥形连接柱与锥形孔之间为过盈配合，且所述花键轴1的前端间隔延伸出多个定位凸台103，所述柱-片复合钻头体3的后端设有多个容置定位凸台的定位凹槽303，从而通过定位凸台103和定位凹槽303实现凹凸面插接配合，所述花键轴1的前部周缘设有多个螺纹通孔102，所述柱-片复合钻头体3的锥形连接柱的周缘对应设有键槽302，所述螺纹通孔102供螺钉2螺旋伸入，所述螺钉2的头部容置于键槽302中以进一步防止两者脱开。
如图2所示，所述花键轴1的与潜孔锤主体连接的结构和尺寸可根据使用的潜孔锤的类型进行匹配，所述花键轴1的锥形孔内设有第一锥面101，与柱-片复合型钻头体3的锥形连接柱上的第二锥面301配合。
其中，第一锥面101的大端直径取花键轴1右侧端面外径的1/2，锥度取2～5°。
其中，定位凸台102的高度不低于10mm，宽度约等于右侧端面外径的1/n(n为凸台个数)。
其中，第二锥面301大端直径比花键轴1的第一锥面101大端直径大0.3～0.5mm，锥度与第一锥面101保持一致。
其中，键槽302宽度与花键轴1的螺纹通孔102保持一致。
其中，定位凹槽303凹陷的形状、尺寸以及数量与花键轴1的定位凸台103保持一致，两者可完全啮合。
如图3a、3b、3c所示，柱-片复合钻头体3采用3翼以上结构，即包含至少三个刀翼304，钻头直径越大，刀翼304数量越多，刀翼304的宽度以能安装1排硬质合金柱齿305和1排PDC片306为宜，每两个刀翼304之间应当设置与刀翼304宽度相当的排渣通道309以及一个直径6-10mm的水眼307，排渣通道309和水眼306数量与刀翼304数量一致，每个刀翼304侧面安装一定数量的保径合金308。
如图3a、3b、3c所示，柱-片复合钻头体3中每个刀翼304的唇面并排布设1排硬质合金柱齿305和1排PDC片306，硬质合金柱齿305之间、PDC片306之间应预留一定安装间隙，并且布满整个刀翼唇面，优选的是，硬质合金柱齿305顶端最高点应当比PDC片306最高点高出1-2mm。
其中，硬质合金柱齿305的形状可根据地层硬度，选择锥形齿或者球形齿，其材质也需要结合地层选择。
由此可见，本发明的优点在于：
1、通过分体式结构的设置，钻头损坏后花键轴可重复利用，节省了使用成本；
2、通过硬质合金柱齿与PDC片的特殊布设，充分利用柱齿的抗冲击能力和PDC片的切削能力，可有效提高潜孔锤钻进中硬岩层的效率；
3、通过花键轴的第一锥面和柱-片复合钻头体的第二锥面的过盈配合，分体式钻头两部分结合紧密，对冲击功的传递的影响降到最低；
4、通过花键轴凸面与的柱-片复合钻头体凹面配合，保证了扭矩的传递；
5、通过螺钉、花键轴的螺纹孔和柱-片复合钻头体的键槽将花键轴和柱-片复合钻头体固定在一起，防止钻具提离孔底时柱-片复合钻头体掉落。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (9)

1.一种潜孔锤用分体式柱片复合钻头，包括花键轴和柱-片复合钻头体，其特征在于：
所述花键轴与柱-片复合钻头体通过锥面配合以及凹凸面插接组合在一起，所述花键轴的周缘设有多个花键，所述花键轴的前端内侧设有锥形孔，所述柱-片复合钻头体的后端延伸设有锥形连接柱，从而锥形连接柱能伸入锥形孔中，所述花键轴的前端间隔延伸出多个定位凸台，所述柱-片复合钻头体的后端设有多个容置定位凸台的定位凹槽，从而通过定位凸台和定位凹槽实现凹凸面插接配合，所述花键轴的前部周缘设有多个螺纹通孔，所述柱-片复合钻头体的锥形连接柱的周缘对应设有键槽，所述螺纹通孔供螺钉螺旋伸入，所述螺钉的头部容置于键槽中以进一步防止两者脱开。
2.如权利要求1所述的潜孔锤用分体式柱片复合钻头，其特征在于：所述花键轴的锥形孔内设有第一锥面，与柱-片复合型钻头体的锥形连接柱上的第二锥面配合。
3.如权利要求2所述的潜孔锤用分体式柱片复合钻头，其特征在于：第一锥面的大端直径取花键轴右侧端面外径的1/2，锥度取2～5°。
4.如权利要求3所述的潜孔锤用分体式柱片复合钻头，其特征在于：第二锥面的大端直径比花键轴的第一锥面大端直径大0.3～0.5mm，锥度与第一锥面一致。
5.如权利要求1所述的潜孔锤用分体式柱片复合钻头，其特征在于：所述定位凸台的高度不低于10mm，宽度等于右侧端面外径的1/n(n为凸台个数)。
6.如权利要求1所述的潜孔锤用分体式柱片复合钻头，其特征在于：柱-片复合钻头体采用3翼以上结构，每两个刀翼之间设置与刀翼宽度相当的排渣通道以及一个直径6-10mm的水眼，每个刀翼侧面安装多个保径合金。
7.如权利要求6所述的潜孔锤用分体式柱片复合钻头，其特征在于：所述柱-片复合钻头体中每个刀翼的唇面并排布设1排硬质合金柱齿和1排PDC片。
8.如权利要求7所述的潜孔锤用分体式柱片复合钻头，其特征在于：硬质合金柱齿顶端最高点比PDC片最高点高出1-2mm。
9.如权利要求7所述的潜孔锤用分体式柱片复合钻头，其特征在于：硬质合金柱齿为锥形齿或者球形齿。
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