CN217813313U - 双管金刚石钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双管金刚石钻头，包括钻胎，上述钻胎用于匹配钻具，上述钻胎上端设有工作层，上述工作层尺寸与钻胎相对应，上述工作层表面设有切割块，上述切割块为两个以上，上述切割块环绕在工作层表面上，上述切割块内壁和外壁均呈圆弧形，上述切割块之间具有间隙；上述工作层上设有引流槽，上述引流槽位于两个相邻的切割块之间；上述切割块侧壁由上端至引流槽逐渐倾斜，上述切割块与钻胎同步转动，上述切割块外壁与钻胎圆心的距离大于钻胎的半径，上述切割块内壁与钻胎圆心的距离小于钻胎的半径，以期望改善现有钻头尺寸单一，由于钻头外径一致性，使得碎屑排放相对不便的问题。

Description

双管金刚石钻头

技术领域

本实用新型涉及钻孔工具，具体涉及一种双管金刚石钻头。

背景技术

钻探是利用深部钻探的机械工程技术，以开采地底或者海底自然资源，或者采取地层的剖面实况，撷取实体样本，以提供实验以取得相关数据资料；当前双管钻头常用与钻探工程，其钻头主要用金刚石作磨料制成，钻头通过回转方式破碎孔底岩石，其钻头中空，从而可以使岩心管穿过钻头取岩心。

在实际操作过程中，其钻探设备采用的是固定型号，例如现有的101钻具适配的钻头型号只支持外径101mm的钻头，使得成孔尺寸单一；对于施工方而言，一般钻具组件较多，而钻头是磨损件，往往配置数个，当前的钻头前端和后端通常采用一致尺寸，从而保证钻头进深稳定。但是不利于排放碎屑，随着需求的不断变化，如何优化钻头，使得钻头达到扩大应用范围，同时便于排放碎屑是值得研究的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双管金刚石钻头，以期望改善现有钻头尺寸单一，由于钻头外径一致性，使得碎屑排放相对不便的问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种双管金刚石钻头，包括钻胎，上述钻胎用于匹配钻具，上述钻胎上端设有工作层，上述工作层尺寸与钻胎相对应，上述工作层表面设有切割块，上述切割块为两个以上，上述切割块环绕在工作层表面上，上述切割块内壁和外壁均呈圆弧形，上述切割块之间具有间隙；上述工作层上设有引流槽，上述引流槽位于两个相邻的切割块之间；上述切割块侧壁由上端至引流槽逐渐倾斜，上述切割块与钻胎同步转动，上述切割块外壁与钻胎圆心的距离大于钻胎的半径，上述切割块内壁与钻胎圆心的距离小于钻胎的半径。

作为优选，上述切割块表面设有金刚石颗粒，上述金刚石颗粒表面设有电镀层，上述金刚石颗粒用于接触钻孔物体，上述金刚石颗粒上端为凹凸面，上述凹凸面用于增大摩擦系数。

作为优选，上述钻胎内壁设有螺纹，上述螺纹用于装配钻具，上述钻胎外壁设有螺旋凸起，上述螺旋凸起与钻胎圆形之间的距离小于切割块外壁与钻胎圆心的距离。

作为优选，上述引流槽上端设有圆弧开口，上述圆弧开口用于汇集切割块打碎的碎屑，上述引流槽下端设有导料口，上述导料口用于将碎屑引入钻胎外壁。

作为优选，上述切割块呈梯形，上述切割块下端固定在工作层上，上述工作层下端固定在钻胎上。

作为优选，上述钻胎外壁设有防护层，上述防护层上端设有韧性层，上述韧性层上端设有硬度层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少是如下之一：

本实用新型可以采用现有钻具所适配的钻胎，从而通过相同规格对的钻胎，安装不同规格的工作层，从而使得一个钻具可以适配不同加工尺寸的钻胎，从而便于形成多种规格成孔尺寸。避免了单一钻具对应的单一尺寸问题，为了保证加工的稳定性，通过工作层和切割块构成支撑面，避免钻具深进出现晃动，避免钻胎接触钻孔，在不影响取芯效果的前提下，使得孔外径达到需求，并在施工过程中有利于钻孔中出屑。

本实用新型通过金刚石颗粒形成凹凸面，从而增大钻孔过程中切割块与钻孔物的摩擦系数，易于使钻孔物铣削下的石块破碎化，避免碎屑影响钻具深进。利用引流槽和螺旋凸起提高排料效率，还通过层结构降低钻探过程中碎屑对钻胎外壁的磨损风险。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型切割块分布示意图。

图3为本实用新型引流槽结构示意图。

图4为本实用新型钻胎结构示意图。

附图标记说明：

1-钻胎、2-工作层、3-切割块、4-引流槽、5-金刚石颗粒、6-螺旋凸起、101-防护层、102-韧性层、103-硬度层、401-圆弧开口、402-导料口。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：

参考图1至图4所示，本实用新型的一个实施例是，一种双管金刚石钻头，包括钻胎1，上述钻胎1用于匹配钻具，其中，钻胎1主要用于深部软硬交互地层钻进，现有的钻胎1前端部分会采用金刚石结构以减少起下钻次数并降低钻井成本。

由于若钻胎1的转速过高，钻胎1前端单纯的使用金刚石结构，在高速转动下容易将岩石破碎，从而形成堵塞，上述钻胎1上端设有工作层2，上述工作层2尺寸与钻胎1相对应，上述工作层2表面设有切割块3，上述切割块3为两个以上，上述切割块3环绕在工作层2表面上，上述切割块3内壁和外壁均呈圆弧形，通过切割块3的圆弧形设置，使得切割块3在转动过程中，形成一个外圆和一个内圆，其内圆主要用于预留取芯通道，其外圆主要用于维持钻孔的稳定性，避免钻孔表面凹凸偏差过大，导致钻胎1移动收阻。

上述切割块3之间具有间隙；上述工作层2上设有引流槽4，上述引流槽4位于两个相邻的切割块3之间；上述切割块3侧壁由上端至引流槽4逐渐倾斜，上述切割块3与钻胎1同步转动，上述切割块3外壁与钻胎1圆心的距离大于钻胎1的半径，上述切割块3内壁与钻胎1圆心的距离小于钻胎1的半径。

其工作层2主要用于安装切割块3，其切割块3主要用于扩大钻孔的孔径，同时切割块3在高速旋转过程中，其切割块3外径形成的孔大于钻胎1直径，使得钻胎1在移动过程中不会产生明显阻力，避免碎块对钻胎1形成堵塞。

同时切割块3之间具有间隙，且间隙之间还设有引流槽4，通过引流槽4便于切割块3将切割下的碎块导向钻胎1外壁，从而减少了切割块3的堵塞的倾向。使得钻胎1整体能够提供正常钻进速度。

值得注意的是，其切割块3的材质可以是现有的金刚石材质，也可以是现有的PDC，若切割块3为PDC材质，其切割块3与钻孔面的接触应当采用斜角设置，使得切割块3在转动时，能够斜向压入并切削破碎岩石。

基于上述实施例，参考图3所示，本实用新型的另一个实施例是，上述切割块3表面设有金刚石颗粒5，上述金刚石颗粒5表面设有电镀层，上述金刚石颗粒5用于接触钻孔物体，上述金刚石颗粒5上端为凹凸面，上述凹凸面用于增大摩擦系数。

一般情况下，考虑到岩石的抗压强度和压入硬度外，岩石的脆塑性对钻进效果和过程的影响也是显著的。塑性是指岩石由剪切应力破坏前会获得塑性变形的性能，脆性是指岩石受到应力破坏而无明显塑性变形。岩石的脆性和塑性表征了岩石在不同应力状态时发生脆性或塑性或脆塑性破坏过程的倾向

通过金刚石颗粒5的分布，利用金刚石颗粒5表面凹凸面进行破碎岩石，使得岩石在被金刚石颗粒5钻进过程中，利用金刚石颗粒5形成以切削剪切破碎的效果，并利用金刚石颗粒5的凹凸面形成挤压破碎的效果，进而达到切削剪切为主，挤压为辅的整体破碎，其形成的碎屑较小，能够降低碎屑堵塞风险。

基于上述实施例，本实用新型的另一个实施例是，上述钻胎1内壁设有螺纹，上述螺纹用于装配钻具，上述钻胎1外壁设有螺旋凸起6，上述螺旋凸起6与钻胎1圆形之间的距离小于切割块3外壁与钻胎1圆心的距离。其中钻胎1内壁的螺纹主要为了安装钻具，例如，钻具为101钻头的适配钻具，其钻胎1采用101钻头的胎体利用工作层2上的切割块3，改变胎体1前端的钻孔厚度，其切割块3旋转过程中形成的内径圆直径为83mm±1mm，切割块3转动的外径为110mm±1mm，在不影响取芯效果的前提下，切割块3成孔外径也应当达到110mm。

其中，螺旋凸起6主要用于在钻胎1外壁，其螺旋凸起6仅位于钻胎1的局部，当碎屑正常输出时，其螺旋凸起6并不会钻胎1与钻孔内壁的碎屑造成阻碍。当碎屑意外堵塞钻孔后，在一定程度上螺旋凸起6的设置，能够易于钻胎1取出。

基于上述实施例，本实用新型的另一个实施例是，上述引流槽4上端设有圆弧开口401，上述圆弧开口401用于汇集切割块3打碎的碎屑，上述引流槽4下端设有导料口402，上述导料口402用于将碎屑引入钻胎1外壁。其中，切割块3在进行深度切削的过程中，其切割块3在转动过程中会产生横向力，其横向力能够便于钻头推向井壁，使得切割块3持续对井壁进行剪切破岩。

其中圆弧开口401主要用于收集岩屑，使岩屑一部分随着导料口402排出，另一部分堆积在圆弧开口401中，在钻进过程中，岩石首先会产生错动，发生剪切破坏，产生微小的岩屑，随着切割块3的进深，在圆弧开口401的作用下，微小岩屑进入圆弧开口401。

值得注意的是，对于平整岩石的钻孔，其圆弧开口401随着裂纹向深部扩展的过程中，岩石的内应力将会逐渐抵消侵入载荷产生的拉应力，导致裂纹不可能无限制的发展，其破碎坑较小，且主要以岩石表层的破碎为主，粒径较小。因此圆弧开口401和导料口402倾斜设置，有利于排料。

对于岩脊钻孔，切割块3形成的破碎面使得岩屑体积较大，其圆弧开口401易于岩碎可能会形成一个密实核。密实核能够作为楔子逐渐楔入岩石中。其切割块3增加的载荷能够通过密实核传递给周围发生破碎的岩石，使得包围密实核的岩石产生拉应力，随着载荷的增加，密实核对周围岩石受到的拉应力增大超过了岩石的抗拉强度时，在一定程度上可以提高切割块3对岩石的破碎效果。

基于上述实施例，本实用新型的另一个实施例是，上述切割块3呈梯形，上述切割块3下端固定在工作层2上，上述工作层2下端固定在钻胎1上。

其中，切割块3呈梯形，在单个切割块3工作时，可以形成流畅的切割面，从而提高造屑粒度，降低钻头的破岩能耗，提高钻进效率；由切割块3转动的过程中其环形转进能有效抑制钻头的横向振动提高钻头整体的稳定性。

基于上述实施例，本实用新型的另一个实施例是，上述钻胎1外壁设有防护层101，上述防护层101上端设有韧性层102，上述韧性层102上端设有硬度层103。其螺旋凸起6置于硬度层103上，其中防护层101主要用于保护钻胎1整体结构，避免钻胎1内壁出现凹凸部分，影响钻探的取芯操作。

由于钻胎1在长期使用过程中，其碎屑可能撞击钻胎1外壁，因此通过钻胎1外壁设置韧性层102，使得钻胎1具有一定的抗撞击性能，降低撞击对防护层101造成影响。利用最外壁的硬度层103，其硬度相对较高，从而利用硬度层103接触碎屑，通过较高的硬度避免出现破损，同时硬度层103与韧性层102接触，当钻孔过程中，碎屑对硬度层103产生较大压强，通过硬度层103传递至韧性层102，从而提高硬度层103的挤压性。也避免硬度层103意外开裂影响防护层101，从而提高钻胎1使用的稳定性。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、 “实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.一种双管金刚石钻头，包括钻胎（1），所述钻胎（1）用于匹配钻具，所述钻胎（1）上端设有工作层（2），其特征在于，所述工作层（2）尺寸与钻胎（1）相对应，所述工作层（2）表面设有切割块（3），所述切割块（3）为两个以上，所述切割块（3）环绕在工作层（2）表面上，所述切割块（3）内壁和外壁均呈圆弧形，所述切割块（3）之间具有间隙；所述工作层（2）上设有引流槽（4），所述引流槽（4）位于两个相邻的切割块（3）之间；所述切割块（3）侧壁由上端至引流槽（4）逐渐倾斜，所述切割块（3）与钻胎（1）同步转动，所述切割块（3）外壁与钻胎（1）圆心的距离大于钻胎（1）的半径，所述切割块（3）内壁与钻胎（1）圆心的距离小于钻胎（1）的半径。

2.根据权利要求1所述的双管金刚石钻头，其特征在于：所述切割块（3）表面设有金刚石颗粒（5），所述金刚石颗粒（5）表面设有电镀层，所述金刚石颗粒（5）用于接触钻孔物体，所述金刚石颗粒（5）上端为凹凸面，所述凹凸面用于增大摩擦系数。

3.根据权利要求1所述的双管金刚石钻头，其特征在于：所述钻胎（1）内壁设有螺纹，所述螺纹用于装配钻具，所述钻胎（1）外壁设有螺旋凸起（6），所述螺旋凸起（6）与钻胎（1）圆形之间的距离小于切割块（3）外壁与钻胎（1）圆心的距离。

4.根据权利要求1所述的双管金刚石钻头，其特征在于：所述引流槽（4）上端设有圆弧开口（401），所述圆弧开口（401）用于汇集切割块（3）打碎的碎屑，所述引流槽（4）下端设有导料口（402），所述导料口（402）用于将碎屑引入钻胎（1）外壁。

5.根据权利要求1所述的双管金刚石钻头，其特征在于：所述切割块（3）呈梯形，所述切割块（3）下端固定在工作层（2）上，所述工作层（2）下端固定在钻胎（1）上。

6.根据权利要求1所述的双管金刚石钻头，其特征在于：所述钻胎（1）外壁设有防护层（101），所述防护层（101）上端设有韧性层（102），所述韧性层（102）上端设有硬度层（103）。

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