螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，包括鉆頭鋼體及設(shè)置在鉆頭鋼體端部的金剛石工作層，鉆頭鋼體整體呈管狀結(jié)構(gòu)，金剛石工作層設(shè)置在鉆頭鋼體的管端且整體呈圓錐體狀結(jié)構(gòu)，金剛石工作層的錐形端頭開設(shè)有巖心進(jìn)口，金剛石工作層的母線所在面上設(shè)置有正螺旋扇形塊，扇形塊沿著金剛石工作層的周向方向間隔設(shè)置多個(gè)，扇形塊設(shè)置總投影面積小于鉆頭底唇部投影面積的40％，扇形塊與扇形塊之間形成扇形凹槽，扇形凹槽的槽底設(shè)置有噴水孔，噴水孔與鉆頭鋼體的管腔連通，改善了金剛石鉆頭的唇部排粉、冷卻性能?？傊韭菪X階梯底噴式金剛石鉆頭具有鉆進(jìn)效率高、鉆頭壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)領(lǐng)域，亦可用于石油、天然氣鉆井取心鉆探領(lǐng)域，具體涉及一種螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]地質(zhì)巖心鉆探的過程中，一般多為小口徑的鉆探方式，鉆探用的金剛石取心鉆頭的唇部一般較薄，唇厚普遍在10?15mm，金剛石取心鉆頭的鉆進(jìn)多采用高轉(zhuǎn)速、小壓力、低栗量的鉆進(jìn)參數(shù)。而對于大直徑金剛石鉆探，鉆進(jìn)采用的是低轉(zhuǎn)速、大壓力、大栗量參數(shù)，金剛石取心鉆頭唇部相對較厚，一般在30mm以上，傳統(tǒng)方式的金剛石鉆頭的唇部接觸巖石面積過大，鉆進(jìn)時(shí)需要加很大的鉆壓，才能滿足剋取巖石要求。然而，鉆頭的壓力加大，鉆柱扭矩就會增大，鉆桿易折斷;在低轉(zhuǎn)速條件下，碎巖效率低；同時(shí)鉆頭唇部壁厚，鉆頭底唇中心部位往往通水不暢，易造成金剛石微燒、碳化，鉆頭使用壽命較低。因此，傳統(tǒng)的大直徑厚壁金剛石鉆頭唇部結(jié)構(gòu)在鉆探中存在諸多的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提供一種螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，能夠減小鉆頭工作層底唇面積，提高碎巖效率，延長鉆頭使用壽命。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，包括鉆頭鋼體及設(shè)置在鉆頭鋼體端部的金剛石工作層，鉆頭鋼體整體呈管狀結(jié)構(gòu)，金剛石工作層設(shè)置在鉆頭鋼體的管端且整體呈圓錐體狀結(jié)構(gòu)，金剛石工作層的錐形端部開設(shè)有巖心進(jìn)口，金剛石工作層的母線所在面上設(shè)置有扇形塊，所述扇形塊沿著金剛石工作層的周向方向間隔設(shè)置多個(gè)，扇形塊與扇形塊之間形成扇形凹槽，扇形凹槽的槽底設(shè)置有噴水孔，噴水孔與鉆頭鋼體的管腔連通，扇形凹槽的槽口兩端分別指向巖心進(jìn)口及金剛石工作層的外壁。
[0006]本發(fā)明還具備以下特征:
[0007]多個(gè)扇形塊整體呈旋射狀布置在金剛石工作層的母線所在的外壁面上，扇形凹槽的槽口兩端分別設(shè)置有內(nèi)水槽及外水槽，內(nèi)水槽及外水槽為弧形槽，內(nèi)水槽及外水槽的槽長方向與金剛石工作層軸向方向平行。
[0008]所述扇形塊上設(shè)置有環(huán)狀齒，所述環(huán)狀齒為弧線形結(jié)構(gòu)，環(huán)狀齒的圓心為金剛石工作層的管芯，環(huán)狀齒沿著扇形塊的長度方向間隔設(shè)置有多個(gè)。
[0009]所述金剛石工作層的錐角為150°。
[0010]所述扇形凹槽的深度為30mm。
[0011]環(huán)狀齒的齒高為10mm，環(huán)狀齒的齒頂厚為2?3mm，相鄰環(huán)狀齒的間距為5mm。
[0012]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:金剛石鉆頭的工作層面積占用面積小，增大了鉆進(jìn)比壓，有利用提高鉆進(jìn)效率;錐形階梯增加了破碎巖石的自由剋取面，并具有導(dǎo)正、防孔斜性能;工作層設(shè)置正螺旋扇形塊及環(huán)狀齒結(jié)構(gòu)，鉆進(jìn)阻力小，鉆頭能自磨出刃、剪切破碎巖石效果好;金剛石鉆頭唇部采用扇形凹槽及中心噴水孔設(shè)計(jì)，改善了鉆進(jìn)過程金剛石鉆頭的唇部排粉、冷卻性能，總之本螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭具有碎巖效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1是螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭的剖面圖；
[0014]圖2是螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭的端面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]結(jié)合圖1和圖2，對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明:
[0016]螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，包括鉆頭鋼體10及設(shè)置在鉆頭鋼體10端部的金剛石工作層20，鉆頭鋼體10整體呈管狀結(jié)構(gòu)，金剛石工作層20設(shè)置在鉆頭鋼體10的管端且整體呈圓錐體狀結(jié)構(gòu)，金剛石工作層20的錐形端頭開設(shè)有巖心進(jìn)口 22，金剛石工作層20的母線所在面上設(shè)置有扇形塊21，所述扇形塊21沿著金剛石工作層20的周向方向間隔設(shè)置多個(gè)，扇形塊21與扇形塊21之間形成扇形凹槽23，扇形凹槽23的槽底設(shè)置有噴水孔231，噴水孔231與鉆頭鋼體10的管腔連通，扇形凹槽23的槽口兩端分別指向巖心進(jìn)口 22及金剛石工作層20的外壁。
[0017]金剛石工作層20的工作層面積占用面積小，大約只占鉆頭底唇投影面積的40%，增大了鉆進(jìn)比壓，有利用提高碎巖效率;錐形階梯增加了破碎巖石的自由剋取面，并具有導(dǎo)正、防孔斜性能;工作層設(shè)置正螺旋扇形塊21，鉆進(jìn)阻力小，剪切破碎巖石效果好;金剛石工作層20唇部采用扇形凹槽23及中心噴水孔231設(shè)計(jì)，改善了鉆進(jìn)過程金剛石鉆頭10的唇部排粉、冷卻性能，總之本螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭具有碎巖效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)；
[0018]鉆頭鋼體10與金剛石工作層20的連接，進(jìn)而通過熱壓燒結(jié)的方式將金剛石工作層20固結(jié)在鉆頭鋼體10的下管端上。
[0019]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，為進(jìn)一步增強(qiáng)金剛石工作層20的冷卻、排粉效果，多個(gè)扇形塊21整體呈旋射狀布置在金剛石工作層20的母線所在的外壁面上，扇形凹槽23的槽口兩端分別設(shè)置有內(nèi)水槽232及外水槽233，內(nèi)水槽232及外水槽233為弧形槽，內(nèi)水槽232及外水槽233的槽長方向與金剛石工作層20軸向方向平行，所述扇形凹槽23的深度為30mm。向鉆頭鋼體10通入高壓水，并在金剛石工作層20的工作面產(chǎn)生高速射流，從而可增強(qiáng)金剛石工作層20的冷卻、排粉效果。
[0020]進(jìn)一步地優(yōu)選方案，所述扇形塊21的板面上設(shè)置有環(huán)狀齒211，所述環(huán)狀齒211為弧線形結(jié)構(gòu)，環(huán)狀齒211的圓心為金剛石工作層20的管芯，環(huán)狀齒211沿著扇形塊21的長度方向間隔設(shè)置有多個(gè)，增加了金剛石工作層20自磨出刃和剪切破碎巖石能力.
[0021]所述金剛石工作層20的錐角R為150°，主要起增加金剛石工作層20剋取巖石自由面及導(dǎo)正防斜作用，扇形塊正螺旋角r為30°，以減小金剛石工作層20的鉆進(jìn)阻力。
[0022]具體應(yīng)用中，金剛石工作層20工作層階梯扇形塊21，在金剛石工作層20底唇圓周面上分布數(shù)量及扇形凹槽23的槽口寬度參數(shù)確定，視金剛石工作層20底唇內(nèi)外徑大小而定，設(shè)計(jì)的金剛石工作層20底面積要小于金剛石鉆頭底唇總投影面積的40%。
[0023]具體應(yīng)用中，階梯扇形塊21底面，同心圓的環(huán)狀齒211的參數(shù)確定，環(huán)狀齒211的齒高為10mm，環(huán)狀齒211的齒頂厚為2?3_，相鄰環(huán)狀齒211的間距為5mm。
[0024]螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭制造工序步驟為:
[0025]鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體尺寸，加工鉆頭鋼體10，鉆噴水孔231，銑內(nèi)、外水槽232、233;
[0026]鉆頭鋼體10成型后用稀酸溶液清洗，除油漬和銹，烘干；
[0027]按鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體尺寸，加工金剛石工作層石墨模具；
[0028]鉆頭鋼體10唇部安裝模具，并組裝好金剛石工作層模具；
[0029]配制金屬粉末及金剛石混合料；
[0030]模具中填裝混合料，壓實(shí)；
[0031 ]將填裝料后的模具及鋼體置于熱壓燒結(jié)設(shè)備中，進(jìn)行加溫?zé)釅簾Y(jié)；
[0032]熱壓成型后，保溫、退模；
[0033]成型鉆頭修磨、加工與巖心管相匹配的規(guī)格螺紋，噴保護(hù)漆，出產(chǎn)品。
[0034]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0035]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，其特征在于:包括鉆頭鋼體(10)及設(shè)置在鉆頭鋼體(10)端部的金剛石工作層(20)，鉆頭鋼體(10)整體呈管狀結(jié)構(gòu)，金剛石工作層(20)設(shè)置在鉆頭鋼體(10)的管端且整體呈圓錐體狀結(jié)構(gòu)，金剛石工作層(20)的錐形端頭開設(shè)有巖心進(jìn)口(22)，金剛石工作層(20)的母線所在面上設(shè)置有扇形塊(21)，所述扇形塊(21)沿著金剛石工作層(20)的周向方向間隔設(shè)置多個(gè)，扇形塊(21)與扇形塊(21)之間形成扇形凹槽(23)，扇形凹槽(23)的槽底設(shè)置有噴水孔(231)，噴水孔(231)與鉆頭鋼體(10)的管腔連通，扇形凹槽(23)的槽口兩端分別指向巖心進(jìn)口(22)及金剛石工作層(20)的外壁。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，其特征在于:多個(gè)扇形塊(21)整體呈旋射狀布置在金剛石工作層(20)的母線所在的外壁面上，扇形凹槽(23)的槽口兩端分別設(shè)置有內(nèi)水槽(232)及外水槽(233)，內(nèi)水槽(232)及外水槽(233)為弧形槽，內(nèi)水槽(232)及外水槽(233)的槽長方向與金剛石工作層(20)軸向方向平行。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，其特征在于:所述扇形塊(21)上設(shè)置有環(huán)狀齒(211)，所述環(huán)狀齒(211)為弧線形結(jié)構(gòu)，環(huán)狀齒(211)的圓心為金剛石工作層(20)的管芯，環(huán)狀齒(211)沿著扇形塊(21)的長度方向間隔設(shè)置有多個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，其特征在于:所述金剛石工作層(20)的錐角為150°。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，其特征在于:所述扇形凹槽(23)的深度為30mm。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋齒階梯底噴式金剛石鉆頭，其特征在于:環(huán)狀齒(211)的齒高為10_，環(huán)狀齒(211)的齒頂厚為2?3_，相鄰環(huán)狀齒(211)的間距為5_。
【文檔編號】E21B25/00GK106050149SQ201610600213
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月27日 公開號201610600213.7, CN 106050149 A, CN 106050149A, CN 201610600213, CN-A-106050149, CN106050149 A, CN106050149A, CN201610600213, CN201610600213.7
【發(fā)明人】朱恒銀, 王強(qiáng), 吳宣成, 蔡正水
【申請人】安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)