CN112227959B - 一种带有自润滑保护功能的钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有自润滑保护功能的钻头，属于钻头领域，一种带有自润滑保护功能的钻头，包括安装在电钻上的固定杆，固定杆的顶端开凿有固定槽，电钻上固定连接有安装柱，固定杆与安装柱之间连接有一对固定螺钉，固定杆的下端固定连接有固定座，固定座的底端开凿有安装槽，安装槽内固定连接有内嵌柱，固定杆的外壁上开凿有一对卡槽，卡槽内卡接有保护剂反应腔内嵌柱的顶端开凿有与保护剂反应腔相通的缓冲腔，内嵌柱内固定连接有导流管，可以实现在钻头过程中，根据钻头的受力大小来进行喷洒保护剂或通过保护剂进行缓冲，使钻头受到冲击后可及时对钻头进行保护和缓冲，防止钻头碰撞后刀口崩断或整体断裂。

Description

一种带有自润滑保护功能的钻头

技术领域

本发明涉及钻头领域，更具体地说，涉及一种带有自润滑保护功能的钻头。

背景技术

钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具，常用的有聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）、牙轮钻头以及孕镶金刚石钻头。PDC钻头依靠高硬度、高耐磨性、具有自锐能力的聚晶金刚石复合片来剪切岩石，PDC钻头凭借在软到中硬地层中机械钻速高、寿命长，钻进成本低等优点，在油气勘探、地热钻井作业等工程中得到了广泛使用。以PDC钻头为代表的固定刮切齿钻头通常都具有若干个刀翼，刀翼上沿着钻头径向设置有多个切削元件（对PDC钻头，切削元件主要是聚晶金刚石复合片，简称复合片或PDC齿）。牙轮钻头以冲击压碎的方式破岩，在井底形成一个个离散的破碎齿坑。在难钻地层中，两种钻头的表现均不能令人满意。

难钻地层主要是指地层的可钻性差，具体表现为岩石的硬度高、不均质程度高、研磨性强、温度高等。这些岩石性质条件可能存在各种复杂的组合、变化，且一般都具有较大的不可预知性，特别是在深井、超深井的深部地层表现尤其突出。钻头在难钻地层中钻进的寿命短、钻速慢，是制约钻井工程降本增效的最大技术瓶颈之一。

但是其在实际使用时，钻头在对矿石进行钻孔的过程中，钻头本身会受到较大的冲击力，两者之间产生的刚性力度较大，就会对钻头本身造成一定的负荷，使钻头刀口容易产生崩口或断裂。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种带有自润滑保护功能的钻头，可以实现在钻头过程中，根据钻头的受力大小来进行喷洒保护剂或通过保护剂进行缓冲，使钻头受到冲击后可及时对钻头进行保护和缓冲，防止钻头碰撞后刀口崩断或整体断裂。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种带有自润滑保护功能的钻头，包括安装在电钻上的固定杆，所述固定杆的顶端开凿有固定槽，所述电钻上固定连接有安装柱，所述固定杆与安装柱之间连接有一对固定螺钉，所述固定杆的下端固定连接有固定座，所述固定座的底端开凿有安装槽，所述安装槽内固定连接有内嵌柱，所述固定杆的外壁上开凿有一对卡槽，所述卡槽内卡接有保护剂反应腔所述内嵌柱的顶端开凿有与保护剂反应腔相通的缓冲腔，所述内嵌柱内固定连接有导流管，所述导流管与缓冲腔之间连接有电磁阀305，所述内嵌柱内固定连接有电动推杆，所述电动推杆的动力输出端上固定连接有插杆，所述内嵌柱内转动连接有旋转杆，所述内嵌柱的内壁顶端固定连接有与旋转杆相匹配的卡环，所述卡环与旋转杆卡接，且插杆插入卡环内并与旋转杆贴合，所述旋转杆的下端固定连接有安装盘，所述安装盘上固定连接有两对钻头本体，可以实现在钻头过程中，根据钻头的受力大小来进行喷洒保护剂或通过保护剂进行缓冲，使钻头受到冲击后可及时对钻头进行保护和缓冲，防止钻头碰撞后刀口崩断或整体断裂。

进一步的，所述安装盘包括卡盘主体，所述卡盘主体上固定连接有两对卡板，所述钻头本体卡接在相邻两个卡板之间，所述卡板上安装有压力传感器，通过压力传感器检测钻头的旋转使得受力大小。

进一步的，所述保护剂反应腔包括密封壳，所述密封壳的上下两端分别连接有卡球和球型阀瓣，所述卡球与密封壳的外壁固定连接，所述球型阀瓣转动连接在密封壳上，所述球型阀瓣上开凿有通孔，所述密封壳的内壁上固定连接有隔离膜，所述球型阀瓣位于密封壳内的一端固定连接有弧形刀片，通过旋转球型阀瓣来实现密封壳与缓冲腔的通断，且球型阀瓣上的弧形刀片用于切割隔离膜，使隔离膜上方密封的液体流出。

进一步的，所述隔离膜将密封壳内分为上空腔和下空腔，所述上空腔内储存有润滑油和碳酸水混合物，所述下空腔内储存有多个反应球，反应球为碱性物质，通过碳酸水混合物与反应球接触反应，来释放更多的气体，从而使润滑油快速被气压挤入缓冲腔中。

进一步的，所述卡盘主体的外壁上固定连接有阻尼环，所述卡盘主体的外壁上开凿有多个均匀分布的导流孔。

进一步的，所述安装柱上固定连接有导电接头，所述电动推杆的顶端固定连接有与导电接头相匹配的接线柱，所述接线柱上固定连接有整流器，所述电磁阀，压力传感器和电动推杆均与整流器电性连接。

进一步的，所述钻头本体包括刀架，所述刀架的下端固定连接有刀头，所述刀架靠近卡板的一端固定连接有连接板，所述卡板靠近钻头本体的一端打磨粗糙，使钻头本体被安装盘卡紧固定。

进一步的，所述固定杆与固定座为一体式锻造制成，所述内嵌柱与卡盘主体由一体式锻造制成

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以实现在钻头过程中，根据钻头的受力大小来进行喷洒保护剂或通过保护剂进行缓冲，使钻头受到冲击后可及时对钻头进行保护和缓冲，防止钻头碰撞后刀口崩断或整体断裂。

（2）保护剂反应腔包括密封壳，密封壳的上下两端分别连接有卡球和球型阀瓣，卡球与密封壳的外壁固定连接，球型阀瓣转动连接在密封壳上，球型阀瓣上开凿有通孔，密封壳的内壁上固定连接有隔离膜，球型阀瓣位于密封壳内的一端固定连接有弧形刀片，通过旋转球型阀瓣来实现密封壳与缓冲腔的通断，且球型阀瓣上的弧形刀片用于切割隔离膜，使隔离膜上方密封的液体流出。

（3）隔离膜将密封壳内分为上空腔和下空腔，上空腔内储存有润滑油和碳酸水混合物，下空腔内储存有多个反应球，通过碳酸水混合物与反应球接触反应，来释放更多的气体，从而使润滑油快速被气压挤入缓冲腔中。

（4）安装柱上固定连接有导电接头，电动推杆的顶端固定连接有与导电接头相匹配的接线柱，接线柱上固定连接有整流器，电磁阀，压力传感器和电动推杆均与整流器电性连接，安装盘包括卡盘主体，卡盘主体上固定连接有两对卡板，钻头本体卡接在相邻两个卡板之间，卡板上安装有压力传感器，通过压力传感器检测钻头的旋转使得受力大小，根据压力传感器检查的数据与设定值对比来控制电动推杆工作。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的剖视图；

图3为图2中A处的结构示意图；

图4为图2中B处的结构示意图；

图5为图2中C处的结构示意图；

图6为本发明的钻头本体处剖视图；

图7为本发明的缓冲腔处截面图；

图8为本发明的安装盘处截面图。

图中标号说明：

1固定杆、2固定座、3内嵌柱、301旋转杆、302卡环、303套环、304缓冲板、305电磁阀、4安装盘、401卡盘主体、402卡板、5钻头本体、501刀架、502刀头、503连接板、6保护剂护腔、601密封壳、602卡球、603球型阀瓣、604隔离膜、605反应球、7电动推杆、8插杆。

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，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-4，一种带有自润滑保护功能的钻头，包括安装在电钻上的固定杆1，固定杆1的顶端开凿有固定槽，电钻上固定连接有安装柱，固定杆1与安装柱之间连接有一对固定螺钉，固定杆1的下端固定连接有固定座2，固定座2的底端开凿有安装槽，安装槽内固定连接有内嵌柱3，固定杆1的外壁上开凿有一对卡槽，卡槽内卡接有保护剂反应腔6内嵌柱3的顶端开凿有与保护剂反应腔6相通的缓冲腔，保护剂反应腔6包括密封壳601，密封壳601的上下两端分别连接有卡球602和球型阀瓣603，卡球602与密封壳601的外壁固定连接，球型阀瓣603转动连接在密封壳601上，球型阀瓣603上开凿有通孔，球型阀瓣603的转动范围伟为0-90°，当球型阀瓣603转动90°时，密封壳601与缓冲腔连通，密封壳601的内壁上固定连接有隔离膜604，球型阀瓣603位于密封壳601内的一端固定连接有弧形刀片606，密封壳601的内壁上开凿由与弧形刀片606相匹配的刀片收纳槽，通过旋转球型阀瓣603来实现密封壳601与缓冲腔的通断，且球型阀瓣603上的弧形刀片606用于切割隔离膜604，使隔离膜604上方密封的液体流出。隔离膜604将密封壳601内分为上空腔和下空腔，上空腔内储存有润滑油和碳酸水混合物，润滑油与碳酸水混合物的混合比为7：3，下空腔内储存有多个反应球605，反应球605由碱性物质制成，通过碳酸水混合物与反应球605接触，产生酸碱中和反应，释放大量二氧化碳，从而使密封壳601内被二氧化碳充满，从而使润滑油快速被气压挤入缓冲腔中。

请参阅图2-5，内嵌柱3内固定连接有导流管，导流管与缓冲腔之间连接有电磁阀305，内嵌柱3内固定连接有电动推杆7，电动推杆7的动力输出端上固定连接有插杆8，内嵌柱3内转动连接有旋转杆301，旋转杆301为伸缩杆，且旋转杆301伸缩端的截面为矩形，内嵌柱3的内壁顶端固定连接有与旋转杆301相匹配的卡环302，卡环302与旋转杆301卡接，且插杆8插入卡环302内并与旋转杆301贴合，旋转杆301的下端固定连接有安装盘4，安装盘上固定连接有两对钻头本体5，固定杆1与固定座2为一体式锻造制成，内嵌柱3与卡盘主体401由一体式锻造制成。

请参阅图5-8安装盘4包括卡盘主体401，卡盘主体401上固定连接有两对卡板402，钻头本体5卡接在相邻两个卡板402之间，卡板402上安装有压力传感器，通过压力传感器检测钻头的旋转使得受力大小。卡盘主体401的外壁上固定连接有阻尼环，卡盘主体401的外壁上开凿有多个均匀分布的导流孔。安装柱上固定连接有导电接头，电动推杆7的顶端固定连接有与导电接头相匹配的接线柱，接线柱上固定连接有整流器，电磁阀305，压力传感器和电动推杆7均与整流器电性连接。

请参阅图6-8，钻头本体5包括刀架501，刀架501的下端固定连接有刀头502，刀架501靠近卡板402的一端固定连接有连接板503，卡板402靠近钻头本体5的一端打磨粗糙，使钻头本体5被安装盘卡紧固定。

使用时，电钻带动固定杆1高速旋转，使固定杆1带动钻头本体5进行旋转切割或钻孔，固定杆1旋转过程中，保护剂反应腔6随着晃动，使保护剂反应腔6内储存的碳酸水混合物中的二氧化碳析出，使保护剂反应腔6内上空腔膨胀，从而使隔离膜604被撑起，当钻头本体5受到刚性碰撞后，卡板402上的压力传感器检测到钻头本体5对安装盘4施加的压力过大时，压力传感器发送信号给电动推杆7，使电动推杆7驱动8推动旋转杆301向下运动，使旋转杆301与卡环302分离，此时旋转杆301的轴向限位被解除，此时旋转杆301驱动套环303转动，转动过程中套环303将推动球型阀瓣603旋转，使球型阀瓣603上的通孔将密封壳601的内腔与缓冲腔连通，球型阀瓣603转动过程中，球型阀瓣603上的弧形刀片606将撑起的隔离膜604划破，使保护剂反应腔6中所储存的润滑油排入缓冲腔中，而保护剂反应腔6中的水与反应球605反应生产二氧化碳，使保护剂反应腔6内的气压增大，从而使保护剂反应腔6内的润滑油被快速挤出至导流腔中，使导流腔中逐渐被润滑油填充。

由于导流腔中被润滑油填充，而保护剂反应腔6内被二氧化碳填充，当钻头本体5对卡板402施加的压力超过极限值时，电磁阀305处于常闭状态，此时套环303在转动过程被通过可通过填充在缓冲腔内的润滑油进行液压缓冲，且保护剂反应腔6内的液体与隔离膜604持续反应，使保护剂反应腔6内的气体逐渐增多，从而使气压对套环303的作用力逐渐增多，以此对钻头本体5进行减速。

当钻头本体5对卡板402施加的压力超过设定值未超过极限值时，卡板402发送信号给电磁阀305，使电磁阀305开启，缓冲腔内的润滑油通过导流管进入内嵌柱3与安装盘4之间的间隙，时润滑油通过卡盘主体401上的导流孔喷至钻头本体5周围，在装置工作过程中，通过喷射的润滑油对钻头本体5进行保护，防止钻头本体5磨损。

本方案可以实现在钻头过程中，根据钻头的受力大小来进行喷洒保护剂或通过保护剂进行缓冲，使钻头受到冲击后可及时对钻头进行保护和缓冲，防止钻头碰撞后刀口崩断或整体断裂。

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改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带有自润滑保护功能的钻头，包括安装在电钻上的固定杆（1），所述固定杆（1）的顶端开凿有固定槽，所述电钻上固定连接有安装柱，所述固定杆（1）与安装柱之间连接有一对固定螺钉，其特征在于：所述固定杆（1）的下端固定连接有固定座（2），所述固定座（2）的底端开凿有安装槽，所述安装槽内固定连接有内嵌柱（3），所述固定杆（1）的外壁上开凿有一对卡槽，所述卡槽内卡接有保护剂反应腔（6）所述内嵌柱（3）的顶端开凿有与保护剂反应腔（6）相通的缓冲腔，所述内嵌柱（3）内固定连接有导流管，所述导流管与缓冲腔之间连接有电磁阀（305），所述内嵌柱（3）内固定连接有电动推杆（7），所述电动推杆（7）的动力输出端上固定连接有插杆（8），所述内嵌柱（3）内转动连接有旋转杆（301），所述内嵌柱（3）的内壁顶端固定连接有与旋转杆（301）相匹配的卡环（302），所述卡环（302）与旋转杆（301）卡接，且插杆（8）插入卡环（302）内并与旋转杆（301）贴合，所述旋转杆（301）的下端固定连接有安装盘（4），所述安装盘上固定连接有两对钻头本体（5），所述安装盘（4）包括卡盘主体（401），所述卡盘主体（401）上固定连接有两对卡板（402），所述钻头本体（5）卡接在相邻两个卡板（402）之间，所述卡板（402）上安装有压力传感器，所述保护剂反应腔（6）包括密封壳（601），所述密封壳（601）的上下两端分别连接有卡球（602）和球型阀瓣（603），所述卡球（602）与密封壳（601）的外壁固定连接，所述球型阀瓣（603）转动连接在密封壳（601）上，所述球型阀瓣（603）上开凿有通孔，所述密封壳（601）的内壁上固定连接有隔离膜（604），所述球型阀瓣（603）位于密封壳（601）内的一端固定连接有弧形刀片（606），所述隔离膜（604）将密封壳（601）内分为上空腔和下空腔，所述上空腔内储存有润滑油和碳酸水混合物，所述下空腔内储存有多个反应球（605），旋转杆（301）驱动套环（303）转动，转动过程中套环（303）将推动球型阀瓣（603）旋转，使球型阀瓣（603）上的通孔将密封壳（601）的内腔与缓冲腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种带有自润滑保护功能的钻头，其特征在于：所述卡盘主体（401）的外壁上固定连接有阻尼环，所述卡盘主体（401）的外壁上开凿有多个均匀分布的导流孔。

3.根据权利要求1所述的一种带有自润滑保护功能的钻头，其特征在于：所述安装柱上固定连接有导电接头，所述电动推杆（7）的顶端固定连接有与导电接头相匹配的接线柱，所述接线柱上固定连接有整流器，所述电磁阀（305），压力传感器和电动推杆（7）均与整流器电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种带有自润滑保护功能的钻头，其特征在于：所述钻头本体（5）包括刀架（501），所述刀架（501）的下端固定连接有刀头（502），所述刀架（501）靠近卡板（402）的一端固定连接有连接板（503），所述卡板（402）靠近钻头本体（5）的一端打磨粗糙。

5.根据权利要求1所述的一种带有自润滑保护功能的钻头，其特征在于：所述固定杆（1）与固定座（2）为一体式锻造制成，所述内嵌柱（3）与卡盘主体（401）由一体式锻造制成。