一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头的制作方法

1.本发明涉及地质钻探装置技术领域，尤其是涉及一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头。


背景技术：

2.目前，在地质钻探中广泛采用孕镶金刚石钻头进行钻进。在中等硬度及以上岩石中钻进时，普通的平底型金刚石钻头在井底工作过程中表现出金刚石不易出刃、机械钻速低和钻头寿命短的特征。为了提高钻进效率，目前施工中金刚石钻头大多采用同心圆齿型的胎体唇面结构。然而，由于同心圆齿金刚石钻头各个扇形块的形状都相同，在钻进过程中，金刚石钻头的工作唇面会对井底岩石进行重复破碎，造成金刚石的无用磨耗，影响了钻头的使用寿命。另外，同心圆齿金刚石钻头切削齿齿顶容易被迅速地磨损，工作唇面发生变化，形成平面，影响了钻头的钻进效率。


技术实现要素：

3.有鉴于此，为能够有效排出岩屑、提高金刚石钻头的钻进效率和使用寿命，本发明提供一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头，包括钻头体和设置于钻头体端部的钻头胎体，所述钻头胎体包括多个扇形块，所有扇形块间隔，且所有扇形块同轴设置，相邻的扇形块之间形成水口，每一扇形块端部设有多条线上凸起的锯齿条，所有锯齿条的端部设有镶嵌于锯齿条的的切削部，所述扇形块包括同心圆扇形块和螺旋线扇形块，其中所述同心圆扇形块的锯齿条以形式排布，所述螺旋线扇形块上的锯齿条一螺旋线形式排布。
4.进一步地，所述钻头体为圆管体，所述钻头体远离所述钻头胎体的端部设有连接螺纹。
5.进一步地，所述扇形块数量为八个，每一扇形块上设有三条锯齿条。
6.进一步地，八个所述扇形块包括四个同心圆扇形块和四个螺旋线扇形块，四个所述同心圆扇形块分为两个同心圆扇形块组，四个螺旋线扇形块分为两个螺旋线扇形块组，两个同心圆扇形块组和两个螺旋线扇形块组交错分布。
7.进一步地，所述切削部为金刚石复合片。
8.本发明的有益效果为，与现有相比现有的金刚石钻头具有如下优点：
9.1)所述扇形块前边的超高强度和超高耐磨性的切削部上的轴载容易形成集中，对井底产生局部压入作用，产生微裂隙网，形成有效的预破碎区和破碎区，因而可以有效切入和破碎岩石。
10.2)同心锯齿条能有效抓住切削具破碎的岩石，继续破碎岩石的过程；之后，螺旋锯齿条能平稳进入前面扇形块破碎岩石的切削线，有利于减小钻进过程中振动载荷的影响，增加钻头稳定性，减小孔斜。
11.3)螺旋锯齿条能切削破碎井底岩石的同心圆状凸起部分，形成大颗粒岩屑，产生体积破碎效果，增加了破岩效率；同时，螺旋状结构有利于岩屑被冲洗液带走，降低了工作
唇面的磨损。
12.4)扇形块前边的切削部对后边的锯齿状切削齿有保护效果，使切削齿齿顶不易被磨损，增大了金刚石钻头的使用寿命。
附图说明
13.图1是本发明实施例一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头的立体图。
14.图2是本发明实施例一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头的俯视图。
15.图中：1
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钻头体，2
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螺旋扇形块，21
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螺旋锯齿条，3
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同心圆扇形块，31
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同心圆锯齿条，4
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切削部，5
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水口。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
17.请参照图1和图2，本发明的一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头，包括钻头体1和设置于钻头体1端部的钻头胎体，所述钻头体1为圆管形，钻头体1远离钻头胎体的端部内壁设有用于连接岩心管或钻杆的连接螺纹。
18.所述钻头胎体包括多个扇形块，所有扇形块间隔且同轴设置，相邻的扇形块之间构成多个水口5，本实施例中所述扇形块的数量为八个，八个扇形块之间形成八个宽度相等的水口5，八个扇形块分别为四个螺旋扇形块2和四个同心扇形块3，四个螺旋扇形块2分为两个螺旋扇形块组，每组螺旋扇形块组包括两个螺旋扇形块2，四个同心扇形块3分为两个同心扇形块组，每个同心扇形块组包括两个同心扇形块3，两个螺旋扇形块组和同心扇形块组交错设置。
19.每一螺旋扇形块2和每一同心扇形块3上设有多个凸起的锯齿条，本实施例中，每一螺旋扇形块2和每一同心扇形块3上的锯齿条数量为三个，其中螺旋扇形块2上的锯齿条为螺旋锯齿条21，所述螺旋锯齿条21均为螺旋线结构，同心扇形块3上的锯齿条为同心锯齿条31，所述同心锯齿条31均为同心圆弧结构。
20.每一锯齿条端部还镶嵌有切削部4，所述切削部4采用具有超强度和超耐磨性的特点的材质制成，优选地，锯齿条材质为含有金刚石的烧结料，所述切削部4为金刚石复合片，所述切削部4一焊接的方式镶嵌于锯齿条端部，切削部4相对锯齿条具有更高强度和超耐磨性，切削部4在钻头钻进过程中对锯齿条具有保护作用。所述切削部4与其所在的锯齿条连接为一整体。所有切削部4均位于该钻头旋转前进方向的端部，即该钻头转动时，每一锯齿条端部的切削部4最先接触的待破碎的石块。
21.本发明同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头在地层中工作过程如下：该钻头的钻头体1通过螺纹连接到岩心管或钻杆上，岩心管或钻杆携带该钻头延伸到井底，且在钻机驱动下带动该钻头旋转，同时岩心管或钻杆中通入钻井液，钻井液不断地从水口5溢出；钻头钻进时，扇形块上的切削部4对井底产生局部压入作用，使井底的石块产生微裂隙网，形成有效的预破碎区和破碎区，从而以使切削部4以切入的方式破碎岩石；在破碎岩石过程中同心锯齿条31抓住切削部4破碎的岩石，继续破碎岩石的过程，之后，螺旋锯齿条21能平稳进入前面扇形块破碎岩石的切削线，此时，螺旋锯齿条21的齿顶切削破碎井底石块的同心
圆状凸起部分，形成大颗粒岩屑，在大颗粒岩屑螺旋线的作用下被外排，从而落入水口5排出钻头外，并随钻井液排出到地表。
22.使用这种结构的钻头可以破碎中硬及以上的岩石，能有效提高金刚石钻头的钻进效率和使用寿命，有助于降低钻探工程成本。
23.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
24.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
25.以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头，其特征在于：包括钻头体和设置于钻头体端部的钻头胎体，所述钻头胎体包括多个扇形块，所有扇形块间隔，且所有扇形块同轴设置，相邻的扇形块之间形成水口，每一扇形块端部设有多条线上凸起的锯齿条，所有锯齿条的端部设有镶嵌于锯齿条的切削部，所述扇形块包括同心扇形块和螺旋扇形块，其中所述同心扇形块的锯齿条为同心锯齿条，所述同心锯齿条以同心圆弧的形式排布，所述螺旋扇形块上的锯齿条为螺旋锯齿条，所述螺旋锯齿条以螺旋线形式排布。2.根据权利要求1所述的一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头，其特征在于：所述钻头体为圆管体，所述钻头体远离所述钻头胎体的端部设有连接螺纹。3.根据权利要求1所述的一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头，其特征在于：所述扇形块数量为八个，每一扇形块上设有三条锯齿条。4.根据权利要求3所述的一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头，其特征在于：八个所述扇形块包括四个同心扇形块和四个螺旋扇形块，四个所述同心扇形块分为两个同心扇形块组，四个螺旋扇形块分为两个螺旋扇形块组，两个同心扇形块组和两个螺旋扇形块组交错分布。5.根据权利要求1所述的一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头，其特征在于：所述切削部为金刚石复合片。

技术总结
本发明提供一种同心圆齿和螺旋齿相结合的金刚石钻头，包括钻头体和设置于钻头体端部的钻头胎体，所述钻头胎体包括多个扇形块，所有扇形块间隔，且所有扇形块同轴设置，相邻的扇形块之间形成水口，每一扇形块端部设有多条线上凸起的锯齿条，所有锯齿条的端部设有镶嵌于锯齿条的切削部，所述扇形块包括同心扇形块和螺旋扇形块，其中所述同心扇形块的锯齿条为同心锯齿条，所述同心锯齿条以同心圆弧的形式排布，所述螺旋扇形块上的锯齿条为螺旋锯齿条，所述螺旋锯齿条以螺旋线形式排布。本发明的钻头结构能够有效排出岩屑、提高钻进效率和使用寿命，降低钻探工程成本。降低钻探工程成本。降低钻探工程成本。


技术研发人员：段隆臣 赵小军 方小红 谭松成 契霍特金V.F. 汤凤林
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2021.08.31
技术公布日：2021/10/23