一种适用于钻通孔的微型牙轮可钻性测试钻头的制作方法

1.本发明涉及油气井钻井工程岩石可钻性评价领域，尤其涉及一种适用于钻通孔的微型牙轮可钻性测试钻头。


背景技术：

2.随着科学技术的不断进步，油气资源的开发呈现出向深井、超深井稳步发展的趋势，然而在深井、超深井的钻井过程中，钻遇的深部地层极易出现岩石可钻性级值高的情况，这就需要科研人员对岩石可钻性级值做出合理评价，从而为现场生产提出有建设性的指导，否则将严重影响到岩石的高效破碎和钻进效率的提升。
3.行业标准sy/t 5426
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2016《石油天然气钻井工程岩石可钻性测定与分级》对测试钻头做出规定，但采用该标准建议的钻头进行岩石可钻性测定时，同种岩石、相同条件的重复性实验结果表现出较大差异，并且井底模式的差异也较为明显；同时该钻头局限于钻头体结构无法实现通孔钻进，很难对力、扭矩等关系进行深入研究。总之，该钻头不能为岩石可钻性评价提供有效支撑。
4.综上所述，目前亟需设计一种适用于钻通孔的微型牙轮可钻性测试钻头，从而得出可靠的重复性实验结果与规律稳定的井底模式，并且能够实现通孔钻进，进而对力、扭矩等关系进行深入研究。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种适用于钻通孔的微型牙轮可钻性测试钻头，以解决上述问题，实现稳定破碎岩石与通孔钻进的效果，从而大幅提高岩石可钻性评价的可靠性。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种适用于钻通孔的微型牙轮可钻性测试钻头，包括钻头体，所述钻头体一端转动连接有若干牙轮刀片，若干所述牙轮刀片等间隔排列，若干所述牙轮刀片共轴设置，若干所述牙轮刀片与所述钻头体可拆卸连接；
8.所述牙轮刀片用于破碎岩石试样，若干所述牙轮刀片之间设有间隔固定部，所述间隔固定部与所述钻头体固定连接；
9.所述钻头体另一端设有与实验设备固定用的固定部。
10.优选的，所述牙轮刀片边部周向设有若干牙轮尖齿。
11.优选的，所述牙轮刀片中心开设有中心孔，若干所述牙轮刀片通过所述中心孔与所述间隔固定部转动连接。
12.优选的，所述间隔固定部包括若干等间隔设置的肋板，最外侧两个所述肋板的外侧分别设置有外壁，所述肋板、外壁上开设有装配孔，所述肋板、外壁远离所述牙轮刀片的一端与所述钻头体固定连接，所述装配孔内设有转动连接部，所述牙轮刀片通过所述中心孔、装配孔、转动连接部与所述肋板、外壁转动连接。
13.优选的，所述转动连接部包括与所述中心孔、装配孔内径相适配的开槽圆柱头螺
栓，所述开槽圆柱头螺栓一端开设有外螺纹，所述开槽圆柱头螺栓开设所述外螺纹的端部设有六角螺母，所述六角螺母中心开设有内螺纹，所述外螺纹、内螺纹相适配。
14.优选的，所述固定部包括钻头体螺纹，所述钻头体螺纹位于所述钻头体远离所述牙轮刀片的一端。
15.本发明具有如下技术效果：
16.(1)本钻头可靠性高、稳定性好。钻头体上等间隔设置若干肋板的结构一方面有利于将牙轮刀片均匀分隔开来，另一方面有利于减免牙轮刀片不必要的横向振动，极大的增加了实验过程中测试钻头的稳定性，在同种岩样、相同条件的重复性实验中结果可靠，相同条件下岩石试样的井底模式稳定。
17.(2)本钻头可以实现通孔钻进。本微型牙轮可钻性测试钻头轴向的最大直径为牙轮刀片的直径，在破碎岩石试样的过程中一直都是牙轮刀片与岩石试样相互作用，不会发生钻头体与岩石试样作用导致的意外碰撞，有利于对力、扭矩等关系进行深入研究。
18.(3)钻深可满足不同实验设备要求。本微型牙轮可钻性测试钻头的钻深由岩石可钻性实验装置的轴向位移参数决定，不会受到钻头体尺寸的影响，可以根据不同实验设备的轴向位移参数做出调整，满足不同实验设备的实验要求。
19.(4)本钻头的维修与更换简便易行。岩石可钻性实验中，钻头的损坏多发生在轴的塑性、脆性破坏和牙轮刀片的齿尖磨损，本微型牙轮可钻性测试钻头在发生上述损坏时，可以能通过敲击砖头体并撬动六角螺母与钻头提的缝隙使六角螺母脱落、旋松开槽圆柱头螺栓和更换牙轮刀片简单快速地解决问题。
20.(5)迈出了微型测试钻头的重要一步。填补了油气井钻井工程岩石可钻性评价领域中关于微型牙轮可钻性测试钻头的空白。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明结构示意图；
23.图2为本发明爆炸图；
24.图3为本发明钻头体主视结构示意图；
25.图4为牙轮刀片结构示意图；
26.图5为开槽圆柱头螺栓结构示意图；
27.图6为六角螺母结构示意图；
28.图7为钻头体左视结构示意图；
29.图8为钻头体右视结构示意图。
30.其中，1、钻头体；2、六角螺母；3、牙轮刀片；4、开槽圆柱头螺栓；5、装配孔；6、钻头体螺纹；7、肋板；8、外壁；9、外螺纹；10、内螺纹。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.参照图1
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8所示，本发明提供一种适用于钻通孔的微型牙轮可钻性测试钻头，包括钻头体1，钻头体1一端转动连接有若干牙轮刀片3，若干牙轮刀片3等间隔排列，若干牙轮刀片3共轴设置，若干牙轮刀片3与钻头体1可拆卸连接；
34.牙轮刀片3用于破碎岩石试样，若干牙轮刀片3之间设有间隔固定部，间隔固定部与钻头体1固定连接；
35.钻头体1另一端设有与实验设备固定用的固定部。
36.钻头体1轴向中部加工有一定高度的正六边形结构；正六边形结构借助扳手的拧转，从而便于将钻头体1旋紧或旋松到岩石可钻性实验装置上。
37.进一步优化方案，牙轮刀片3边部周向设有若干牙轮尖齿。
38.进一步优化方案，牙轮刀片3中心开设有中心孔，若干牙轮刀片3通过中心孔与间隔固定部转动连接。牙轮刀片3的直径是钻头体1的最大直径，因此可以实现通孔钻进，牙轮刀片3的直径为32mm，牙轮刀片3的壁厚为2.5mm，牙轮尖齿的齿数为18个。
39.进一步优化方案，间隔固定部包括若干等间隔设置的肋板7，最外侧两个肋板7的外侧分别设置有外壁8，肋板7、外壁8上开设有装配孔5，肋板7、外壁8远离牙轮刀片3的一端与钻头体1固定连接，装配孔5内设有转动连接部，牙轮刀片3通过中心孔、装配孔5、转动连接部与肋板7、外壁8转动连接。
40.进一步优化方案，转动连接部包括与中心孔、装配孔5内径相适配的开槽圆柱头螺栓4，开槽圆柱头螺栓4一端开设有外螺纹9，开槽圆柱头螺栓4开设外螺纹9的端部设有六角螺母2，六角螺母2中心开设有内螺纹10，外螺纹9、内螺纹10相适配。
41.开槽圆柱头螺栓4未开设外螺纹9的一端，六角螺母2分别嵌入至外壁8中，两端的外壁8对牙轮刀片3、开槽圆柱头螺栓4和六角螺母2起到支撑和保护作用，若干肋板7用来分隔若干牙轮刀片3，同时若干肋板7能够在岩石可钻性实验期间减免若干牙轮刀片3的横向振动。
42.进一步优化方案，固定部包括钻头体螺纹6，钻头体螺纹6位于钻头体1远离牙轮刀片3的一端。钻头体1轴向底部加工有钻头体螺纹6与退刀槽；钻头体螺纹6可以和岩石可钻性实验装置配合安装；退刀槽在车床加工螺纹后便于退出刀具。
43.本发明的工作过程：
44.微型牙轮可钻性测试钻头通过钻头体螺纹6旋紧至岩石可钻性实验装置上，牙轮刀片3数量设置为六个，控制岩石可钻性实验装置沿轴向移动微型牙轮可钻性测试钻头，使牙轮刀片3与岩石试样刚好接触；岩石可钻性实验装置发送信号驱动微型牙轮可钻性测试钻头旋转，六个牙轮刀片3通过公转与自转来破碎岩石试样，五个肋板7减免牙轮刀片3与岩石试样刚性接触中发生的横向振动，两端的外壁8支撑和保护钻头体1和牙轮刀片3正常工
作；实验结束后如果发生牙轮刀片3的齿尖磨损或开槽圆柱头螺栓4的损坏，通过六角螺母2自动脱落、旋松开槽圆柱头螺栓4和更换牙轮刀片3即可解决问题。
45.上述方案中开槽圆柱头螺栓4轴向的中间部分为具有一定长度的光滑直杆，直杆表面涂抹有润滑油；钻头体1的若干装配孔5和牙轮刀片3中心的孔均为光滑圆孔，圆孔表面涂抹有润滑油；在装配与工作过程中降低直杆与孔之间的摩擦力。
46.上述方案中钻头体1两端的外壁8设计有内六角凹槽和圆形凹槽，装配时将六角螺母2配合至内六角凹槽内，将开槽圆柱头螺栓4的圆柱头配合至圆形凹槽内，使得装配过程中微型牙轮可钻性测试钻头结构严密，同时减免实验过程中开槽圆柱头螺栓4和六角螺母2的磨损。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。