CN208564438U - 一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，由钻头与轴柄组成，在轴柄上设有连接口，钻头包括直径面、顶面、底面、第一倾斜外圆面、第一垂直外圆面、第二倾斜外圆面、第二垂直外圆面，顶面与底面相互平行，第一垂直外圆面、第二垂直外圆面、直径面分别垂直于顶面、底面，第一倾斜外圆面倾斜布置在第一垂直外圆面的顶部与顶面之间，第二倾斜外圆面倾斜布置在第一垂直外圆面的底部与第二垂直外圆面的顶部之间。本实用新型将一体式垂直外圆面改进为阶梯状外圆面，使孔底的凹槽起到对钻头的顶面、第一倾斜外圆面、第一垂直外圆面的固定作用，使钻具定心性好，在钻头钻凿的过程中，钻具的轴向振动、周向振动和横向振动能够得到有效减小。

Description

一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具

技术领域

本实用新型涉及地质矿产勘查设备技术领域，具体的说，是指一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具。

背景技术

跟管钻具应用于地质矿产勘查领域，在众多复杂的地层钻进施工中，塌孔、埋钻是施工人员经常遇到的并且又十分头疼的问题，采用常规的钻进工艺方法很难保证钻孔的质量和施工效率。潜孔冲击器跟管钻进技术充分利用了潜孔冲击器高效冲击破碎岩石的优势，在高效碎岩钻进的同时，跟入套管保护钻孔的孔壁，利用套管的刚性导向作用，可以抑制钻孔弯曲，保证钻孔的直线度，因此跟管扩孔钻具在国内外也被广泛应用于坚硬、破碎、松散等复杂地层的工程钻孔施工中。潜孔冲击器跟管钻进技术是通过钻杆与潜孔冲击器驱动钻具冲击和回转，带动钻具上的偏心扩孔头自转，扩孔头在偏心力作用下展开，因此被称之为“旋翼块式扩孔钻具”，之后钻头展开的直径大于跟管和管靴的外径，从而达到扩孔的目的。

现有技术中的潜孔跟管钻具大部分都是偏心原理的跟管钻具，在使用过程中，当地质岩性不均匀时，钻具的机械运动会造成很大的轴向振动、周向振动和横向振动，这种振动对钻探工程影响很大：其一，钻具的机械振动很容易造成钻头、钻杆等机具的破坏；其二，由于机械振动，钻头的保径定心性不好，会造成井孔扩大、失圆、孔斜等问题，为后期工程增加难度；其三，由于机械振动会降低钻进速度，影响进尺，严重时会造成钻井失败；其四，由于钻具的机械振动，井孔扩大，增加能量消耗，因此减少钻具振动是钻探工程中亟待解决的一个重要问题。

因此提供一种能够增强钻头在钻进过程中的定心作用，以减小钻具振动的旋翼块式扩孔钻具，是本技术领域的技术人员所要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，以解决现有技术中的潜孔跟管钻具在机械运动时会造成很大的轴向振动、周向振动和横向振动，从而造成钻头、钻杆等机具容易破坏，钻头的保径定心性不好、井孔扩大、失圆、孔斜等问题，本实用新型通过下述技术方案实现：

一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，由钻头与轴柄组成，在轴柄上设有用于连接潜孔冲击器的连接口，所述钻头包括直径面、顶面、底面、第一倾斜外圆面、第一垂直外圆面、第二倾斜外圆面、第二垂直外圆面，顶面与底面相互平行，第一垂直外圆面、第二垂直外圆面、直径面分别垂直于顶面、底面，第一倾斜外圆面倾斜布置在第一垂直外圆面的顶部与顶面之间，第二倾斜外圆面倾斜布置在第一垂直外圆面的底部与第二垂直外圆面的顶部之间，并且在顶面上过盈连接有锥形齿，在第一倾斜外圆面与第二倾斜外圆面上过盈连接有半圆齿，在第二垂直外圆面上过盈连接有平顶齿。

本实用新型将现有技术中钻头的一体式垂直外圆面改进为具有两个阶梯的阶梯状外圆面，当钻头在钻凿过程中，随着顶面上锥形齿与第一倾斜外圆面上半圆齿的钻进，钻头的第一垂直外圆面始终首先进入土层，这样第一垂直外圆面以下的孔底即形成一个凹槽；第二倾斜外圆面上的半圆齿同时对第二阶梯的土体进行钻凿，使整个孔底与钻头形成形状适配的台阶状，孔底的凹槽则起到对钻头的顶面、第一倾斜外圆面、第一垂直外圆面的固定作用，使钻具具有较好的定心性，在钻头钻凿的过程中，钻具的轴向振动、周向振动和横向振动能够得到有效减小，从而不会造成井孔扩大、失圆、孔斜等问题，同时使钻具的使用寿命更长久。

本实用新型顶面上过盈连接有锥形齿，以便于钻头对孔底进行钻凿；第一倾斜外圆面与第二倾斜外圆面上过盈连接有半圆齿，以便于钻头对锥形齿所钻凿的岩石等进一步破碎；第二垂直外圆面上过盈连接有平顶齿，以防止钢体的加速磨蚀。

进一步的，所述第一垂直外圆面的高度为18毫米，当第一垂直外圆面的高度为18毫米时，孔底凹槽周围的土体能够对钻头形成良好的约束力，从而使钻具的轴向振动、周向振动和横向振动能够得到有效减小。

进一步的，所述第一倾斜外圆面与底面之间的夹角α为30°，当第一倾斜外圆面与底面之间的夹角α为30°时，能够保证第一倾斜外圆面上的半圆齿对孔底凹槽侧壁上的土进行有效的钻凿，从而提高钻头的钻进速度。

进一步的，所述第二倾斜外圆面与底面之间的夹角β为55°，当第二倾斜迎面与底面之间的夹角β为55°时，既能保证第二倾斜迎面与第一垂直外圆面处的结构强度，同时又能保证第二倾斜迎面的倾斜角度使得钻头钻凿时所受的阻力减小。

进一步的，所述钻头与轴柄的交界处设有截面形状为大于1/4圆弧的环形凹槽，现有技术中，常常在钻头与轴柄的交界处设置截面形状为1/4的圆弧结构，这种结构能够缓解一部分的应力集中现象，但是截面形状为大于1/4圆弧的环形凹槽增大了钢体内应力分布的范围，在钻头承受冲击荷载时，能够将应力更广泛的分散到钢体内，从而使钻头不易发生非正常断裂的破坏形式，保证了钻头使用寿命的长久。

进一步的，所述平顶齿、锥形齿、半圆齿采用硬质合金材料制作而成，所述钻头与轴柄采用FF710钢制作而成。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度高和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，而FF710钢具有较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率，适用于制造高强度连接件和轴类零件。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型将现有技术中钻头的一体式垂直外圆面改进为具有两个阶梯的阶梯状外圆面，使孔底的凹槽起到对钻头的顶面、第一倾斜外圆面、第一垂直外圆面的固定作用，使钻具具有较好的定心性，在钻头钻凿的过程中，钻具的轴向振动、周向振动和横向振动能够得到有效减小，从而不会造成井孔扩大、失圆、孔斜等问题，同时使钻具的使用寿命更长久；

(2)本实用新型的第一垂直外圆面的高度为18毫米时，孔底凹槽周围的土体能够对钻头形成良好的约束力，从而使钻具的轴向振动、周向振动和横向振动能够得到有效减小；

(3)本实用新型的第一倾斜外圆面与底面之间的夹角α为30°时，能够保证第一倾斜外圆面上的半圆齿对孔底凹槽侧壁上的土进行有效的钻凿，从而提高钻头的钻进速度；

(4)本实用新型的第二倾斜迎面与底面之间的夹角β为55°时，既能保证第二倾斜迎面与第一垂直外圆面处的结构强度，同时又能保证第二倾斜迎面的倾斜角度使得钻头钻凿时所受的阻力减小；

(5)本实用新型钻头与轴柄的交界处设有截面形状为大于1/4圆弧的环形凹槽，增大了钢体内应力分布的范围，在钻头承受冲击荷载时，能够将应力更广泛的分散到钢体内，从而使钻头不易发生非正常断裂的破坏形式，保证了钻头使用寿命的长久。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型的左视图；

图5为本实用新型的环形凹槽结构示意图；

其中：1—钻头，2—轴柄，3—直径面，4—顶面，5—第一倾斜外圆面，6—第一垂直外圆面，7—第二倾斜外圆面，8—第二垂直外圆面，9—平顶齿，10—半圆齿，11—锥形齿，12—环形凹槽。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例：

一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，如图1至图5所示，由钻头1与轴柄2组成，在轴柄2上设有用于连接潜孔冲击器的连接口，所述钻头1包括直径面3、顶面4、底面、第一倾斜外圆面5、第一垂直外圆面6、第二倾斜外圆面7、第二垂直外圆面8，其中顶面4与底面相互平行，并且顶面4面积小于底面的面积，第一垂直外圆面6、第二垂直外圆面8、直径面3分别垂直于顶面4、底面。所述顶面4上过盈连接有锥形齿11，在第一倾斜外圆面5与第二倾斜外圆面7上过盈连接有半圆齿10，在第二垂直外圆面8上过盈连接有平顶齿9。

如图1至图5所示，所述第一垂直外圆面6的高度为18毫米，以便于在钻凿时，孔底凹槽周围的土体能够对钻头1形成良好的约束力，从而使钻具的轴向振动、周向振动和横向振动能够得到有效减小。

如图1至图5所示，所述第一倾斜外圆面5倾斜布置在第一垂直外圆面6的顶部与顶面4之间，并且第一倾斜外圆面5与底面之间的夹角α为30°，以保证第一倾斜外圆面5上的半圆齿10对孔底凹槽侧壁上的土进行有效的钻凿，从而提高钻头的钻进速度。

如图1至图5所示，所述第二倾斜外圆面7倾斜布置在第一垂直外圆面6的底部与第二垂直外圆面8的顶部之间，并且第二倾斜外圆面7与底面之间的夹角β为55°，当倾斜迎面7与底面之间的夹角β为55°时，既能保证第二倾斜迎面7与第一垂直外圆面6处的结构强度，同时又能保证第二倾斜迎面7的倾斜角度使得钻头1钻凿时所受的阻力减小。

本实用新型将现有技术中钻头1的一体式垂直外圆面改进为具有两个阶梯的阶梯状外圆面，当钻头1在钻凿过程中，随着顶面4上锥形齿11与第一倾斜外圆面5上半圆齿10的钻进，钻头1的第一垂直外圆面6始终首先进入土层，这样第一垂直外圆面6以下的孔底即形成一个凹槽；第二倾斜外圆面7上的半圆齿10同时对第二阶梯的土体进行钻凿，使整个孔底与钻头1形成形状适配的台阶状，孔底的凹槽则起到对钻头1的顶面4、第一倾斜外圆面5、第一垂直外圆面6的固定作用，使钻具具有较好的定心性，在钻头1钻凿的过程中，钻具的轴向振动、周向振动和横向振动能够得到有效减小，从而不会造成井孔扩大、失圆、孔斜等问题，同时使钻具的使用寿命更长久。

如图1至图5所示，所述钻头1与轴柄2的交界处设有截面形状为大于1/4圆弧的环形凹槽12，所述平顶齿9、锥形齿11、半圆齿10采用硬质合金材料制作而成，所述钻头1与轴柄2采用FF710钢制作而成。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度高和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，而FF710钢具有较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率，适用于制造高强度连接件和轴类零件。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解为：在不脱离本实用新型的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，由钻头(1)与轴柄(2)组成，在轴柄(2)上设有用于连接潜孔冲击器的连接口，其特征在于：所述钻头(1)包括直径面(3)、顶面(4)、底面、第一倾斜外圆面(5)、第一垂直外圆面(6)、第二倾斜外圆面(7)、第二垂直外圆面(8)，顶面(4)与底面相互平行，第一垂直外圆面(6)、第二垂直外圆面(8)、直径面(3)分别垂直于顶面(4)、底面，第一倾斜外圆面(5)倾斜布置在第一垂直外圆面(6)的顶部与顶面(4)之间，第二倾斜外圆面(7)倾斜布置在第一垂直外圆面(6)的底部与第二垂直外圆面(8)的顶部之间，并且在顶面上过盈连接有锥形齿(11)，在第一倾斜外圆面(5)与第二倾斜外圆面(7)上过盈连接有半圆齿(10)，在第二垂直外圆面(8)上过盈连接有平顶齿(9)。

2.根据权利要求1所述的一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，其特征在于：所述第一垂直外圆面(6)的高度为18毫米。

3.根据权利要求2所述的一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，其特征在于：所述第一倾斜外圆面(5)与底面之间的夹角α为30°。

4.根据权利要求2所述的一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，其特征在于：所述第二倾斜外圆面(7)与底面之间的夹角β为55°。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，其特征在于：所述钻头(1)与轴柄(2)的交界处设有截面形状为大于1/4圆弧的环形凹槽(12)。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种阶梯状钻头的旋翼块式扩孔钻具，其特征在于：所述平顶齿(9)、锥形齿(11)、半圆齿(10)采用硬质合金材料制作而成，所述钻头(1)与轴柄(2)采用FF710钢制作而成。