CN113404435A - 一种偏心钻头以及钻探设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钻探技术领域，尤其涉及一种偏心钻头以及钻探设备，所述偏心钻头包括相互连接的钻进部以及连接部；所述钻进部包括若干个等角度布置的刀翼，所述刀翼上设置有切削件，相邻两个刀翼之间设置有排屑槽，所述排屑槽内设置有喷孔；所述刀翼包括一个加强刀翼；所述连接部内部开设有水道，所述水道与所述喷孔连通；所述钻进部的轴线与所述连接部的轴线偏移一个预设距离，且偏移方向为所述加强刀翼所在的方向。本发明提供的偏心钻头包括钻进部以及连接部，钻进部与连接部轴线朝加强刀翼所在的方向偏移一个距离，利用加强刀翼的偏置设置使钻出的孔径略大于钻头的最大直径，从而可以有效防止卡钻的问题。
Description
技术领域
本发明属于钻探技术领域，尤其涉及一种偏心钻头以及钻探设备。
背景技术
PDC金刚石钻头(Polycrystalline Diamond Compact bit，聚晶金刚石复合片钻头)为目前石油、天然气、煤气开采钻井工程中常用的破岩工具，具备机械钻速高，使用寿命长，井下安全性可靠等优点，在钻井施工中广泛的运用。
随开采的层递增加，对深井地层岩性可钻性级别升高，对PDC金刚石钻头技术性能要求越来越高。由于定向侧钻使用常规PDC钻头，钻头与井壁接触摩擦大，钻进时磨阻大，遇到沙桥、缩径地层容易出现卡钻现象。钻进施工卡钻为井下重大事故，处理卡钻事故工序繁琐，对不能处理卡钻的情况要填井重开，浪费大量的人力物力以及时间。
可见，现有技术对于PDC金刚石钻头的卡钻问题没有提供有效的解决方案，需要进行改进。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种偏心钻头，旨在解决现有PDC金刚石钻头容易卡钻的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种偏心钻头，所述偏心钻头包括相互连接的钻进部以及连接部；
所述钻进部包括若干个等角度布置的刀翼，所述刀翼上设置有切削件，相邻两个刀翼之间设置有排屑槽，所述排屑槽内设置有喷孔；所述刀翼包括一个加强刀翼；
所述连接部内部开设有水道，所述水道与所述喷孔连通；所述钻进部的轴线与所述连接部的轴线偏移一个预设距离，且偏移方向为所述加强刀翼所在的方向。
本发明实施例的另一目的在于提供一种钻探设备，所述钻探设备包括：
如本发明实施例所述的偏心钻头；以及
驱动模块，所述驱动模块与所述偏心钻头传动连接，用于驱动所述偏心钻头旋转以实现钻探。
本发明实施例提供的偏心钻头包括钻进部以及连接部，钻进部用于钻进开孔，而连接部用于与传动元件连接以驱动偏心钻头旋转。钻进部包括若干个等角度设置有刀翼，刀翼上设置有切削件，利用切削件实现切削；相邻两个刀翼之间设置有排屑槽，用于钻进过程中的排屑；排屑内还设置有喷孔，通过喷孔喷出水或者冷却液，便于排屑以及刀翼的降温；刀翼中包括一个加强刀翼，钻进部与连接部偏移一个预设距离，使得钻出的孔径略大于钻头的最大直径，从而有效防止卡钻的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的偏心钻头的整体结构图；
图2为本发明实施例提供的偏心钻头的仰视图；
图3为本发明实施例提供的偏心钻头的俯视图；
图4为本发明实施例提供的偏心钻头的局部剖视图；
图5为本发明实施例提供的分水件的仰视图；
图6为本发明实施例提供的单向摩擦结构示意图。
附图中：1、钻进部；2、刀翼；3、切削齿；4、硬质合金元件；5、喷孔；6、连接部；7、分水件；8、水道；9、螺旋棱；10、分水孔；11、顶孔；12、环形端面；13、单向摩擦结构；14、凸台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种偏心钻头的结构图，所述偏心钻头包括相互连接的钻进部1以及连接部6；
所述钻进部1包括若干个等角度布置的刀翼2，所述刀翼2上设置有切削件，相邻两个刀翼2之间设置有排屑槽，所述排屑槽内设置有喷孔5；所述刀翼2包括一个加强刀翼2；
所述连接部6内部开设有水道8，所述水道8与所述喷孔5连通；所述钻进部1的轴线与所述连接部6的轴线偏移一个预设距离，且偏移方向为所述加强刀翼2所在的方向。
在本发明实施例中，若干个刀翼2等角度布置，刀翼2的数量优选为3-7个。相邻两个刀翼2之间形成螺旋状的排屑槽，切削时切下的材料或者泥土等沿着排屑槽排出。排屑槽内设置有喷孔5，在钻进过程中，钻头芯部可以通水，使水从喷孔5喷出，一方面便于排屑，另一方面有利于刀翼2的降温。
在本发明实施例中，刀翼2中至少包括一个加强刀翼2，加强刀翼2的强度高于普通刀翼2，实现的方法包括但不限于增加切削件的数量、采用硬度更高的切削件、增加刀翼2的尺寸等。在本发明实施例中，钻进部1的轴线与连接部6的轴线偏移一个距离，例如0.5mm～2mm，偏移的方向为加强刀翼2所在的方向，通过这种设备，使钻进部1钻出的孔径略大于钻头的最大直径，从而防止卡钻的问题。进一步地，加强钻头的数量可以不唯一，例如2个、3个等。但是需要说明的是，当加强钻头数量不唯一时，若干个加强钻头应当相邻设置，且钻进部1轴线相对于连接部6轴线的偏移方向为若干个加强钻头的中心方向。
本发明实施例提供的偏心钻头包括钻进部1以及连接部6，钻进部1用于钻进开孔，而连接部6用于与传动元件连接以驱动偏心钻头旋转。钻进部1包括若干个等角度设置有刀翼2，刀翼2上设置有切削件，利用切削件实现切削；相邻两个刀翼2之间设置有排屑槽，用于钻进过程中的排屑；排屑内还设置有喷孔5，通过喷孔5喷出水或者冷却液，便于排屑以及刀翼2的降温；刀翼2中包括一个加强刀翼2，钻进部1与连接部6偏移一个预设距离，使得钻出的孔径略大于钻头的最大直径，从而有效防止卡钻的问题。
在本发明一个实施例中，位于所述加强刀翼2上的切削件硬度和/或数量大于位于其它刀翼2上的切削件。
在本发明实施例中，优选地，通过增加加强刀翼2上的切削件的数量的方式提高加强刀翼2的强度，这种方式便于钻头上切削件的互换性。
在本发明一个实施例中，所述加强刀翼2的周向尺寸大于其它刀翼2。
在本发明实施例中，加强刀翼2的周向尺寸指加强刀翼2的厚度，加强刀翼2的厚度较其它刀翼2厚，可以提高加强刀翼2的耐用性；可选地，加强刀翼2的宽度为其它刀翼2的1.1～1.5倍。
在本发明一个实施例中，所述刀翼2包括切削部以及保径部，所述切削件包括切削齿3以及硬质合金元件4；
所述切削部位于所述偏心钻头的顶端，所述切削部的表面为弧形面，所述弧形面上设置有所述切削齿3，同一刀翼2上的切削齿3成排布置且朝向同一方向；
所述保径部与所述切削部连接为一体，靠近所述偏心钻头的根部，所述保径部上设置有所述硬质合金元件4，若干个刀翼2的保径部设置有所述硬质合金元件4的表面属于同一个柱状面。
在本发明实施例中，切削部的最大直径不小于保径部的最大直径，保径部用于保证钻孔的直径符合要求。切削部位于偏心钻头的顶端，其外表面设置为弧形面，弧形而延伸到钻头的顶部以及侧面，弧形面上设置有切削齿3，切削齿3优选为PDC复合片，PDC复合片采用焊材BAg50CdZnCu，通过钎焊工艺焊接在切削部齿孔内。在本发明实施例中，切削齿3位于切削部的同侧，不同刀翼2上的切削齿3朝向同一个旋切方向；进一步地，至少有两个刀翼2在偏心钻的顶端延长交汇，形成旋转对称结构，且延长的部分上同样设置有切削齿3。
在本发明实施例中，保径部为柱状面，保径部的柱状面上设置有硬质合金元件4，进一步地，加强刀翼2保径部上的硬质合金元件4的数量较其它刀翼2多。
在本发明实施例中，可以理解，刀翼2由切削部以及保径部构成，刀翼2之间的排屑槽将钻头划分为若干个刀翼2，排屑槽内的喷孔5优选地朝向切削部上的切削齿3，且视切削部的形状可以设置多个。
在本发明一个实施例中，所述水道8内设置有分水件7，所述分水件7与所述连接部6转动连接，所述分水件7上开设有分水孔10，所述分水孔10的数量小于所述喷孔5的数量，且所述分水件7旋转过程中所述分水孔10可正对所述喷孔5。
在本发明实施例中，在水道8内设置分水件7，利用分水件7的旋转，使排屑槽内喷孔5间歇式导通，从而使水顺次从喷孔5中喷出，可以提高喷出的水的水压，且当分水件7旋转使分水孔10与喷孔5非正对时，可以利用分水件7防止切屑进入到水道8内，造成水道8的堵塞。
在本发明一个实施例中，所述分水件7为抛物线回转体，内部中空，所述分水件7内设置有螺旋棱9，所述分水件7的壁面上开设有所述分水孔10。
在本发明实施例中，带压力的水进入到分水件7，顺着螺旋棱9流动时驱动分水件7旋转，之后水从分水件7壁面上开设的分水孔10中喷出。将分水件7设置为抛物线回转体，一方面可以利用抛物线回转体的内腔使水汇聚后喷出，另一方面，利用抛物线回转体外壁光滑的特点，减小分水件7与水道8内部的摩擦，使分水件7易于旋转。在本发明实施例中，可选地，分水件7上还可以设置出水的顶孔11，顶孔11较大，且与切削件顶部的出水孔保持常连通，用于保持分水件7内的水流，防止堵死。
在本发明一个实施例中，所述分水件7的入口端设置有一个环形端面12，所述连接部6内设置有一个与所述环形端面12配合的凸台14，所述环形端面12与所述凸台14两者的配合面上均设置有单向摩擦结构13；所述偏心钻头旋转切削时，所述连接部6通过所述单向摩擦结构13带动所述分水件7单向旋转。
在本发明实施例中，偏心钻头工作时具有一定的转速，分水件7要发挥作用需要相对于偏心钻头旋转，本发明通过设置单向摩擦结构13使连接部6带动分水件7单向旋转，使分水件7的旋转速度不小于偏心钻头的旋转速度。
在本发明一个实施例中，所述单向摩擦结构13的作用方向与所述螺旋棱9产生的作用力方向相同。
在本发明实施例中，工作时偏心钻头的转向一定，通过单向摩擦结构13偏心钻头旋转时能够带动分水件7同方向旋转；而螺旋棱9在水流的作用下使分水件7受力旋转，旋转的方向与偏心钻头的旋转方向相同，故在水压的作用下，通常分水件7的旋转速度大于钻头的旋转速度，两者之间存在速度差，使得分水件7上的分水孔10能够周期性地与喷孔5正对，从而实现间歇喷水。
在本发明一个实施例中，所述单向摩擦结构13为环形排列的齿形结构，所述齿形结构为直角三角形齿。
在本发明实施例中，优选地，直角三角形的一条直角边的长度是另一条直角边长度的1.5～2倍，这样可以使配合的面较大，凸台14与环形端面12不易脱离。
本发明一个实施例还提供了一种钻探设备，所述钻探设备包括：
如本发明实施例所述的偏心钻头；以及
驱动模块，所述驱动模块与所述偏心钻头传动连接，用于驱动所述偏心钻头旋转以实现钻探。
在本发明实施例中，对于钻头的具体解释说明请参考前述任意一个或者多个实施例的组合，本发明对此不再赘述。
在本发明实施例中，驱动模块包括动力件以及传动件，动力件可以是电机等，传动件通常为传动轴，传动轴采用中空结构，中部通水，与偏心钻头的水道8连通。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种偏心钻头，其特征在于，所述偏心钻头包括相互连接的钻进部以及连接部；
所述钻进部包括若干个等角度布置的刀翼，所述刀翼上设置有切削件，相邻两个刀翼之间设置有排屑槽，所述排屑槽内设置有喷孔；所述刀翼包括一个加强刀翼；
所述连接部内部开设有水道，所述水道与所述喷孔连通；所述钻进部的轴线与所述连接部的轴线偏移一个预设距离，且偏移方向为所述加强刀翼所在的方向。
2.根据权利要求1所述的偏心钻头，其特征在于，位于所述加强刀翼上的切削件硬度和/或数量大于位于其它刀翼上的切削件。
3.根据权利要求1所述的偏心钻头，其特征在于，所述加强刀翼的周向尺寸大于其它刀翼。
4.根据权利要求1所述的偏心钻头，其特征在于，所述刀翼包括切削部以及保径部，所述切削件包括切削齿以及硬质合金元件；
所述切削部位于所述偏心钻头的顶端，所述切削部的表面为弧形面，所述弧形面上设置有所述切削齿，同一刀翼上的切削齿成排布置且朝向同一方向；
所述保径部与所述切削部连接为一体，靠近所述偏心钻头的根部，所述保径部上设置有所述硬质合金元件，若干个刀翼的保径部设置有所述硬质合金元件的表面属于同一个柱状面。
5.根据权利要求1所述的偏心钻头，其特征在于，所述水道内设置有分水件，所述分水件与所述连接部转动连接，所述分水件上开设有分水孔，所述分水孔的数量小于所述喷孔的数量，且所述分水件旋转过程中所述分水孔可正对所述喷孔。
6.根据权利要求5所述的偏心钻头，其特征在于，所述分水件为抛物线回转体，内部中空，所述分水件内设置有螺旋棱，所述分水件的壁面上开设有所述分水孔。
7.根据权利要求6所述的偏心钻头，其特征在于，所述分水件的入口端设置有一个环形端面，所述连接部内设置有一个与所述环形端面配合的凸台，所述环形端面与所述凸台两者的配合面上均设置有单向摩擦结构；所述偏心钻头旋转切削时，所述连接部通过所述单向摩擦结构带动所述分水件单向旋转。
8.根据权利要求7所述的偏心钻头，其特征在于，所述单向摩擦结构的作用方向与所述螺旋棱产生的作用力方向相同。
9.根据权利要求7所述的偏心钻头，其特征在于，所述单向摩擦结构为环形排列的齿形结构，所述齿形结构为直角三角形齿。
10.一种钻探设备，其特征在于，所述钻探设备包括：
如权利要求1-9任意一项所述的偏心钻头；以及
驱动模块，所述驱动模块与所述偏心钻头传动连接，用于驱动所述偏心钻头旋转以实现钻探。
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Denomination of invention: An eccentric bit and drilling equipment Effective date of registration: 20221130 Granted publication date: 20220412 Pledgee: Weifang rural commercial bank Limited by Share Ltd. hi tech sub branch Pledgor: WEIFANG SHENGDE PETROLEUM MACHINERY MANUFACTURING CO.,LTD. Registration number: Y2022980024287 |
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