CN112012663B - 一种防堵pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防堵PDC钻头，涉及PDC钻头技术领域，包括固定安装在固定板上的驱动杆，所述驱动杆的下部固定安装有内箱，且内箱的外部固定安装有多个侧削板，所述内箱内通过滑动机构安装有移动板，且移动板与内箱之间固定安装有两个复位弹簧，所述内箱内通过伺服电机转动安装有不完全齿轮，所述内箱内滑动安装有齿杆，且齿杆与不完全齿轮相配合，所述内箱内固定安装有隔板、气套，且隔板与气套之间连通有两个回复弹簧。优点在于：既可以在内箱转动切削时将附着在侧削板上的污泥进行一定程度的清洗，又可以在工作时对侧削板以及内箱进行间歇式的自动冲洗，不仅清洗效率较高、较为全面，又不会影响到钻头的正常工作。

Description

一种防堵PDC钻头

技术领域

本发明涉及PDC钻头技术领域，尤其涉及一种防堵PDC钻头。

背景技术

PDC钻头是指由聚晶金刚石复合片材料制成的一种钻头，在石油钻井行业中使用较为广泛，由于其硬度相对天然金刚石较低，因此一般只适用于软到中硬地层；

现有的PDC钻头还存在着以下不足：

1、在钻井工作中，经常钻遇一些塑性强的泥岩地层，这种情况容易导致泥浆切力上升，此时PDC钻头的流道很容易发生泥包现象，导致其钻速降低，现有钻头无法在工作时自动将钻头上的泥浆清理，需要后续进行人工冲洗，较为麻烦，且影响工作效率；

2、现有钻头在进行清理时需要对钻头的四周进行全面的冲洗，不仅较为浪费水资源，且清理效果也不佳，浪费时间；

3、现有钻头上的清理装置无法对钻头进行间歇性清洗，无法在钻头工作时对钻头进行冲洗，较为麻烦。

因此亟需设计一种防堵PDC钻头来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中无法在钻头工作时对钻头上的泥浆进行间歇性、自动清理的问题，而提出的一种防堵PDC钻头。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种防堵PDC钻头，包括固定安装在固定板上的驱动杆，所述驱动杆的下部固定安装有内箱，且内箱的外部固定安装有多个侧削板，所述内箱内通过滑动机构安装有移动板，且移动板与内箱之间固定安装有两个复位弹簧，所述内箱内通过伺服电机转动安装有不完全齿轮，所述内箱内滑动安装有齿杆，且齿杆与不完全齿轮相配合，所述内箱内固定安装有隔板、气套，且隔板与气套之间连通有两个回复弹簧，所述隔板与固定板之间连通有两个进水管，且两个进水管与隔板的连接部位之间固定安装有密封套，两个所述进水管与移动板之间均安装有开合机构，且两个进水管的上端均与外接水泵相连接，所述内箱内连通有多个出水管，且每个出水管与相应侧削板之间均通过导水管连通有冲洗管，所述内箱上位于两个侧削板之间均固定安装有弧形板，每个所述弧形板上均通过多个浮动机构安装有多个切削片，每个位于边侧的所述切削片上均安装有刮除机构。

在上述的一种防堵PDC钻头中，所述滑动机构包括固定安装在移动板上的梯形滑块，所述内箱上开设有与梯形滑块相配合的梯形滑槽。

在上述的一种防堵PDC钻头中，所述开合机构包括转动安装在进水管内的复位转轴，所述复位转轴上固定安装有闭合门，且闭合门与进水管的侧壁相贴合，所述复位转轴上固定安装有转动板，且移动板的下部固定安装有与转动板相配合的抵杆。

在上述的一种防堵PDC钻头中，所述浮动机构包括固定安装在弧形板上的两个固定块，且两个固定块分别位于弧形板的两侧且相互之间具有高低差，两个所述固定块上均通过转杆转动安装有移动件，且切削片固定安装在移动件上，两个所述移动件与对应固定块之间均固定安装有支撑弹簧。

在上述的一种防堵PDC钻头中，所述刮除机构包括固定安装在切削片上的固定杆，所述固定杆内滑动安装有移动杆，且移动杆与固定杆的底部之间固定安装有伸缩弹簧，且移动杆上远离伸缩弹簧的一端固定安装有刮板。

在上述的一种防堵PDC钻头中，所述进水管的内壁上固定安装有密封圈，且密封圈与闭合门相卡合。

在上述的一种防堵PDC钻头中，所述内箱的底部通过底盘固定安装有底钻。

在上述的一种防堵PDC钻头中，所述底钻、多个侧削板、多个切削片均为硬质金属材料制成。

与现有的技术相比，本发明优点在于：

1、通过设置侧削板，多个侧削板设置在内箱的外部，随驱动杆的转动而进行转动，即可在转动的同时对地层进行钻动。

2、通过设置不完全齿轮与齿杆，不完全齿轮在伺服电机的转动下进行转动，当不完全齿轮转动至与齿杆啮合时会带动齿杆下降从而带动移动板下降并挤压气套，气套受到挤压时其内的空气会进入隔板的下部，此时内箱中隔板下部的空气即会增多从而会将内箱中的清洗水压入出水管中，出水管中的清洗水会通过导水管进入到冲洗管内，此时冲洗管即可对侧削板上以及内箱的外壁进行冲洗，当不完全齿轮不与齿杆相啮合时移动板即会在复位弹簧的作用下回到原位，即可进行间歇性对钻头进行冲洗。

3、通过设置浮动机构，浮动机构中的移动件通过转杆与固定块的配合下转动安装在弧形板上，当内箱转动工作时移动件会在转动惯性的作用下同步进行转动，可使其上的切削片进行上下方向的往复运动，既可以在钻动的同时对岩石进行切削，又可以将附着在内箱上的污泥进行清理。

4、通过设置刮除机构，刮除机构中的固定杆设置在侧边的切削片上，当内箱转动工作时，刮板会在转动离心力的作用下进行移动并最终与侧削板的侧边相贴合，即可在岩石侧壁的配合作用下将附着在侧削板上的污泥进行刮除。

5、通过设置开合机构，当移动板下降时会带动其上的抵杆下降，抵杆下降时即会与转动板相接触，继续下降时即会带动转动板发生偏转，从而使闭合门发生偏转，从而使进水管处于连通状态，此时清洗水即会通过进水管进入隔板的下部进行清洗水自动的补充。

综上所述，本发明既可以在内箱转动切削时将附着在侧削板上的污泥进行一定程度的清洗，又可以在工作时对侧削板以及内箱进行间歇式的自动冲洗，不仅清洗效率较高、较为全面，又不会影响到钻头的正常工作。

附图说明

图1为本发明提出的一种防堵PDC钻头的结构示意图；

图2为图1中内箱、部分侧削板与其上部分结构的侧视图；

图3为图2中A部位的节点放大图；

图4为图1中内箱与其上部分结构的俯视图；

图5为图4中B部位的节点放大图；

图6为图1中进水管与其上部分结构的俯视图；

图7为图1中内箱与侧削板之间的连接关系立体示意图；

图8为图1中底盘与钻头之间的连接关系仰视图。

图中：1固定板、2驱动杆、3内箱、4底钻、5侧削板、6伺服电机、7不完全齿轮、8齿杆、9复位弹簧、10移动板、11气套、12回复弹簧、13隔板、14导气管、15进水管、16出水管、17固定块、18移动件、19切削片、20支撑弹簧、21导水管、22冲洗管、23固定杆、24伸缩弹簧、25移动杆、26刮板、27转杆、28底盘、29闭合门、30复位转轴、31转动板、32抵杆。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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。

参照图1-8，一种防堵PDC钻头，包括固定安装在固定板1上的驱动杆2，驱动杆2的下部固定安装有内箱3，且内箱3的外部固定安装有多个侧削板5；

上述值得注意的有以下两点：

1、驱动杆2的上端与外界驱动电机相连接，驱动电机转动时即会带动驱动杆2进行转动，即可开始PDC钻头的正常工作。

2、多个侧削板5设置在内箱3的外部，随驱动杆2的转动而进行转动，即可在转动的同时对地层进行钻动。

内箱3内通过滑动机构安装有移动板10，且移动板10与内箱3之间固定安装有两个复位弹簧9，内箱3内通过伺服电机6转动安装有不完全齿轮7，内箱3内滑动安装有齿杆8，且齿杆8与不完全齿轮7相配合，内箱3内固定安装有隔板13、气套11，且隔板13与气套11之间连通有两个回复弹簧12，隔板13与固定板1之间连通有两个进水管15，且两个进水管15与隔板13的连接部位之间固定安装有密封套，两个进水管15与移动板10之间均安装有开合机构，且两个进水管15的上端均与外接水泵相连接，内箱3内连通有多个出水管16，且每个出水管16与相应侧削板5之间均通过导水管21连通有冲洗管22；

上述值得注意的有以下几点：

1、滑动机构包括固定安装在移动板10上的梯形滑块，内箱3上开设有与梯形滑块相配合的梯形滑槽，滑动机构用于使移动板10只可在内箱3内进行上下移动，而不会与内箱3之间发生偏移与分离。

2、不完全齿轮7在伺服电机6的转动下进行转动，当不完全齿轮7转动至与齿杆8啮合时会带动齿杆8下降从而带动移动板10下降并挤压气套11，气套11受到挤压时其内的空气会进入隔板13的下部，此时内箱3中隔板13下部的空气即会增多从而会将内箱3中的清洗水压入出水管16中，出水管16中的清洗水会通过导水管21进入到冲洗管22内，此时冲洗管22即可对侧削板5上以及内箱3的外壁进行冲洗，当不完全齿轮7不与齿杆8相啮合时移动板10即会在复位弹簧9的作用下回到原位，以便于进行下次的压水冲洗，即可进行间歇性的完成冲洗。

3、冲洗管22的个数设置为多个，均匀的分布在多个侧削板5上，即可在工作时对侧削板5进行较为全面的冲洗。

4、回复弹簧12设置在气套11的内部，当移动板10下降时回复弹簧12会受到压缩，当移动板10上升时回复弹簧12即会在不受力的情况下自动伸长从而将气套11顶起使其回复原状，而气套11在回复原状的同时即会将隔板13下部的空气吸会到气套11中，以便于进行下一次的压气。

5、开合机构包括转动安装在进水管15内的复位转轴30，复位转轴30上固定安装有闭合门29，且闭合门29与进水管15的侧壁相贴合，复位转轴30上固定安装有转动板31，且移动板10的下部固定安装有与转动板31相配合的抵杆32，当移动板10下降时会带动其上的抵杆32下降，抵杆32下降时即会与转动板31相接触，抵杆32继续下降时则会压动转动板31与复位转轴30发生偏转，而由于闭合门29固定在复位转轴30上，使得复位转轴30转动时闭合门29同时也会发生转动，即可使闭合门29发生偏转，从而使进水管15处于连通状态，此时清洗水即会通过进水管15进入隔板13的下部进行清洗水自动的补充，以便于进行下一次的冲洗。

6、伺服电机6的型号优选为1TL0001-1EA23-3A型伺服电机。

内箱3上位于两个侧削板5之间均固定安装有弧形板，每个弧形板上均通过多个浮动机构安装有多个切削片19，每个位于边侧的切削片19上均安装有刮除机构；

上述值得注意的有以下几点：

1、浮动机构包括固定安装在弧形板上的两个固定块17，且两个固定块17分别位于弧形板的两侧且相互之间具有高低差，两个固定块17上均通过转杆27转动安装有移动件18，且切削片19固定安装在移动件18上，两个移动件18与对应固定块17之间均固定安装有支撑弹簧20，移动件18通过转杆27与固定块17的配合下转动安装在弧形板上，当内箱3转动工作时移动件18会在转动惯性与岩石侧壁接触的作用下同步进行上下晃动，可使其上的切削片19进行上下方向的往复运动，既可以在钻动的同时对岩石进行切削，又可以将附着在内箱3上的污泥进行一定程度上的清理。

2、处于对应位置上的两个移动件18之间具有高低差，且相互之间通过支撑弹簧20相连接，当移动件18产生晃动时会使支撑弹簧20发生伸长与压缩，即可进一步的增加移动件18的晃动频率，即可加快对岩石的切削频率。

3、刮除机构包括固定安装在切削片19上的固定杆23，固定杆23内滑动安装有移动杆25，且移动杆25与固定杆23的底部之间固定安装有伸缩弹簧24，且移动杆25上远离伸缩弹簧24的一端固定安装有刮板26，固定杆23设置在侧边的切削片19上，当内箱3转动工作时，刮板26会在转动离心力的作用下进行移动并最终与侧削板5的侧边相贴合，即可在岩石侧壁的配合作用下将附着在侧削板5上的污泥进行刮除。

4、进水管15的内壁上固定安装有密封圈，且密封圈与闭合门29相卡合，密封圈起到密封防水的作用，可使闭合门29处于封闭状态时不会发生漏水现象。

5、内箱3的底部通过底盘28固定安装有底钻4，底钻4设置在本装置的最底部，可在工作时进一步的增加对岩层的钻动效果。

6、底钻4、多个侧削板5、多个切削片19均为硬质金属材料制成，采用硬质材料的好处在于可降低本装置在钻井过程中发生受损的可能。

进一步说明，上述固定连接，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义理解，例如，可以是焊接，也可以是胶合，或者一体成型设置等本领域技术人员熟知的惯用手段。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等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。而且，术语“包括”、“包含”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、物品或者设备所固有的要素。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防堵PDC钻头，包括固定安装在固定板（1）上的驱动杆（2），其特征在于，所述驱动杆（2）的下部固定安装有内箱（3），且内箱（3）的外部固定安装有多个侧削板（5），所述内箱（3）内通过滑动机构安装有移动板（10），且移动板（10）与内箱（3）之间固定安装有两个复位弹簧（9），所述内箱（3）内通过伺服电机（6）转动安装有不完全齿轮（7），所述内箱（3）内滑动安装有齿杆（8），且齿杆（8）与不完全齿轮（7）相配合，所述内箱（3）内固定安装有隔板（13）、气套（11），且隔板（13）与气套（11）之间连通有两个回复弹簧（12），所述隔板（13）与固定板（1）之间连通有两个进水管（15），且两个进水管（15）与隔板（13）的连接部位之间固定安装有密封套，两个所述进水管（15）与移动板（10）之间均安装有开合机构，且两个进水管（15）的上端均与外接水泵相连接，所述内箱（3）内连通有多个出水管（16），且每个出水管（16）与相应侧削板（5）之间均通过导水管（21）连通有冲洗管（22），所述内箱（3）上位于两个侧削板（5）之间均固定安装有弧形板，每个所述弧形板上均通过多个浮动机构安装有多个切削片（19），每个位于边侧的所述切削片（19）上均安装有刮除机构。

2.根据权利要求1所述的一种防堵PDC钻头，其特征在于，所述滑动机构包括固定安装在移动板（10）上的梯形滑块，所述内箱（3）上开设有与梯形滑块相配合的梯形滑槽。

3.根据权利要求2所述的一种防堵PDC钻头，其特征在于，所述开合机构包括转动安装在进水管（15）内的复位转轴（30），所述复位转轴（30）上固定安装有闭合门（29），且闭合门（29）与进水管（15）的侧壁相贴合，所述复位转轴（30）上固定安装有转动板（31），且移动板（10）的下部固定安装有与转动板（31）相配合的抵杆（32）。

4.根据权利要求1所述的一种防堵PDC钻头，其特征在于，所述浮动机构包括固定安装在弧形板上的两个固定块（17），且两个固定块（17）分别位于弧形板的两侧且相互之间具有高低差，两个所述固定块（17）上均通过转杆（27）转动安装有移动件（18），且切削片（19）固定安装在移动件（18）上，两个所述移动件（18）与对应固定块（17）之间均固定安装有支撑弹簧（20）。

5.根据权利要求4所述的一种防堵PDC钻头，其特征在于，所述刮除机构包括固定安装在切削片（19）上的固定杆（23），所述固定杆（23）内滑动安装有移动杆（25），且移动杆（25）与固定杆（23）的底部之间固定安装有伸缩弹簧（24），且移动杆（25）上远离伸缩弹簧（24）的一端固定安装有刮板（26）。

6.根据权利要求3所述的一种防堵PDC钻头，其特征在于，所述进水管（15）的内壁上固定安装有密封圈，且密封圈与闭合门（29）相卡合。

7.根据权利要求2所述的一种防堵PDC钻头，其特征在于，所述内箱（3）的底部通过底盘（28）固定安装有底钻（4）。

8.根据权利要求7所述的一种防堵PDC钻头，其特征在于，所述底钻（4）、多个侧削板（5）、多个切削片（19）均为硬质金属材料制成。

Images