CN205823173U - 螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，包括钻头钢体及设置在钻头钢体端部的金刚石工作层，钻头钢体整体呈管状结构，金刚石工作层设置在钻头钢体的管端且整体呈圆锥体状结构，金刚石工作层的锥形端头开设有岩心进口，金刚石工作层的母线所在面上设置有正螺旋扇形块，扇形块沿着金刚石工作层的周向方向间隔设置多个，扇形块设置总投影面积小于钻头底唇部投影面积的40％，扇形块与扇形块之间形成扇形凹槽，扇形凹槽的槽底设置有喷水孔，喷水孔与钻头钢体的管腔连通，改善了金刚石钻头的唇部排粉、冷却性能。总之本螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头具有钻进效率高、钻头寿命长等优点。

Description

螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头

技术领域

本实用新型涉及地质岩心钻探技术领域，亦可用于石油、天然气钻井取心钻探领域，具体涉及一种螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头。

背景技术

地质岩心钻探的过程中，一般多为小口径的钻探方式，钻探用的金刚石取心钻头的唇部一般较薄，唇厚普遍在10～15mm，金刚石取心钻头的钻进多采用高转速、小压力、低泵量的钻进参数。而对于大直径金刚石钻探，钻进采用的是低转速、大压力、大泵量参数，金刚石取心钻头唇部相对较厚，一般在30mm以上，传统方式的金刚石钻头的唇部接触岩石面积过大，钻进时需要加很大的钻压，才能满足剋取岩石要求。然而，钻头的压力加大，钻柱扭矩就会增大，钻杆易折断；在低转速条件下，碎岩效率低；同时钻头唇部壁厚，钻头底唇中心部位往往通水不畅，易造成金刚石微烧、碳化，钻头使用寿命较低。因此，传统的大直径厚壁金刚石钻头唇部结构在钻探中存在诸多的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，能够减小钻头工作层底唇面积，提高碎岩效率，延长钻头使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，包括钻头钢体及设置在钻头钢体端部的金刚石工作层，钻头钢体整体呈管状结构，金刚石工作层设置在钻头钢体的管端且整体呈圆锥体状结构，金刚石工作层的锥形端部开设有岩心进口，金刚石工作层的母线所在面上设置有扇形块，所述扇形块沿着金刚石工作层的周向方向间隔设置多个，扇形块与扇形块之间形成扇形凹槽，扇形凹槽的槽底设置有喷水孔，喷水孔与钻头钢体的管腔连通，扇形凹槽的槽口两端分别指向岩心进口及金刚石工作层的外壁。

本实用新型还具备以下特征：

多个扇形块整体呈旋射状布置在金刚石工作层的母线所在的外壁面上，扇形凹槽的槽口两端分别设置有内水槽及外水槽，内水槽及外水槽为弧形槽，内水槽及外水槽的槽长方向与金刚石工作层轴向方向平行。

所述扇形块上设置有环状齿，所述环状齿为弧线形结构，环状齿的圆心为金刚石工作层的管芯，环状齿沿着扇形块的长度方向间隔设置有多个。

所述金刚石工作层的锥角为150°。

所述扇形凹槽的深度为30mm。

环状齿的齿高为10mm，环状齿的齿顶厚为2～3mm，相邻环状齿的间距为5mm。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：金刚石钻头的工作层面积占用面积小，增大了钻进比压，有利用提高钻进效率；锥形阶梯增加了破碎岩石的自由剋取面，并具有导正、防孔斜性能；工作层设置正螺旋扇形块及环状齿结构，钻进阻力小，钻头能自磨出刃、剪切破碎岩石效果好；金刚石钻头唇部采用扇形凹槽及中心喷水孔设计，改善了钻进过程金刚石钻头的唇部排粉、冷却性能，总之本螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头具有碎岩效率高、寿命长等优点。

附图说明

图1是螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头的剖面图；

图2是螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头的端面图。

具体实施方式

结合图1和图2，对本实用新型作进一步地说明：

螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，包括钻头钢体10及设置在钻头钢体10端部的金刚石工作层20，钻头钢体10整体呈管状结构，金刚石工作层20设置在钻头钢体10的管端且整体呈圆锥体状结构，金刚石工作层20的锥形端头开设有岩心进口22，金刚石工作层20的母线所在面上设置有扇形块21，所述扇形块21沿着金刚石工作层20的周向方向间隔设置多个，扇形块21与扇形块21之间形成扇形凹槽23，扇形凹槽23的槽底设置有喷水孔231，喷水孔231与钻头钢体10的管腔连通，扇形凹槽23的槽口两端分别指向岩心进口22及金刚石工作层20的外壁。

金刚石工作层20的工作层面积占用面积小，大约只占钻头底唇投影面积的40％，增大了钻进比压，有利用提高碎岩效率；锥形阶梯增加了破碎岩石的自由剋取面，并具有导正、防孔斜性能；工作层设置正螺旋扇形块21，钻进阻力小，剪切破碎岩石效果好；金刚石工作层20唇部采用扇形凹槽23及中心喷水孔231设计，改善了钻进过程金刚石钻头10的唇部排粉、冷却性能，总之本螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头具有碎岩效率高、寿命长等优点；

钻头钢体10与金刚石工作层20的连接，进而通过热压烧结的方式将金刚石工作层20固结在钻头钢体10的下管端上。

作为本实用新型的优选方案，为进一步增强金刚石工作层20的冷却、排粉效果，多个扇形块21整体呈旋射状布置在金刚石工作层20的母线所在的外壁面上，扇形凹槽23的槽口两端分别设置有内水槽232及外水槽233，内水槽232及外水槽233为弧形槽，内水槽232及外水槽233的槽长方向与金刚石工作层20轴向方向平行，所述扇形凹槽23的深度为30mm。向钻头钢体10通入高压水，并在金刚石工作层20的工作面产生高速射流，从而可增强金刚石工作层20的冷却、排粉效果。

进一步地优选方案，所述扇形块21的板面上设置有环状齿211，所述环状齿211为弧线形结构，环状齿211的圆心为金刚石工作层20的管芯，环状齿211沿着扇形块21的长度方向间隔设置有多个，增加了金刚石工作层20自磨出刃和剪切破碎岩石能力.

所述金刚石工作层20的锥角R为150°，主要起增加金刚石工作层20剋取岩石自由面及导正防斜作用，扇形块正螺旋角r为30°，以减小金刚石工作层20的钻进阻力。

具体应用中，金刚石工作层20工作层阶梯扇形块21，在金刚石工作层20底唇圆周面上分布数量及扇形凹槽23的槽口宽度参数确定，视金刚石工作层20底唇内外径大小而定，设计的金刚石工作层20底面积要小于金刚石钻头底唇总投影面积的40％。

具体应用中，阶梯扇形块21底面，同心圆的环状齿211的参数确定，环状齿211的齿高为10mm，环状齿211的齿顶厚为2～3mm，相邻环状齿211的间距为5mm。

螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头制造工序步骤为：

钻头结构设计具体尺寸，加工钻头钢体10，钻喷水孔231，铣内、外水槽232、233；

钻头钢体10成型后用稀酸溶液清洗，除油渍和锈，烘干；

按钻头结构设计具体尺寸，加工金刚石工作层石墨模具；

钻头钢体10唇部安装模具，并组装好金刚石工作层模具；

配制金属粉末及金刚石混合料；

模具中填装混合料，压实；

将填装料后的模具及钢体置于热压烧结设备中，进行加温热压烧结；

热压成型后，保温、退模；

成型钻头修磨、加工与岩心管相匹配的规格螺纹，喷保护漆，出产品。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，其特征在于：包括钻头钢体(10)及设置在钻头钢体(10)端部的金刚石工作层(20)，钻头钢体(10)整体呈管状结构，金刚石工作层(20)设置在钻头钢体(10)的管端且整体呈圆锥体状结构，金刚石工作层(20)的锥形端头开设有岩心进口(22)，金刚石工作层(20)的母线所在面上设置有扇形块(21)，所述扇形块(21)沿着金刚石工作层(20)的周向方向间隔设置多个，扇形块(21)与扇形块(21)之间形成扇形凹槽(23)，扇形凹槽(23)的槽底设置有喷水孔(231)，喷水孔(231)与钻头钢体(10)的管腔连通，扇形凹槽(23)的槽口两端分别指向岩心进口(22)及金刚石工作层(20)的外壁。

2.根据权利要求1所述的螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，其特征在于：多个扇形块(21)整体呈旋射状布置在金刚石工作层(20)的母线所在的外壁面上，扇形凹槽(23)的槽口两端分别设置有内水槽(232)及外水槽(233)，内水槽(232)及外水槽(233)为弧形槽，内水槽(232)及外水槽(233)的槽长方向与金刚石工作层(20)轴向方向平行。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，其特征在于：所述扇形块(21)上设置有环状齿(211)，所述环状齿(211)为弧线形结构，环状齿(211)的圆心为金刚石工作层(20)的管芯，环状齿(211)沿着扇形块(21)的长度方向间隔设置有多个。

4.根据权利要求1或2所述的螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，其特征在于：所述金刚石工作层(20)的锥角为150°。

5.根据权利要求1或2所述的螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，其特征在于：所述扇形凹槽(23)的深度为30mm。

6.根据权利要求3所述的螺旋齿阶梯底喷式金刚石钻头，其特征在于：环状齿(211)的齿高为10mm，环状齿(211)的齿顶厚为2～3mm，相邻环状齿(211)的间距为5mm。