一种双层水口金刚石取心钻头的制作方法

1.本实用新型涉及钻头技术领域，特别涉及一种双层水口金刚石取心钻头。


背景技术：

2.绳索取心技术已广泛应用于地质钻探工作，而坚硬中弱研磨性地层中的钻进工作对高性能金刚石钻头的需求越来越迫切。普通的金刚石钻头进尺较短、易磨损，从而导致频繁起下钻更换钻头。为了延长钻头的使用寿命，除了合理改善胎体配方外，还可以改进钻头结构，比如采用高胎体结构。然而现如今高胎体钻头大多存在长水口或多层水口而导致钻井液分流、底层钻井液不足等现象。为了解决钻井液分流的问题，施工人员采用石墨等材料堵口或者挡水片等结构在水口内堵口的方法，但上述方法加工步骤多，不利于实际生产。


技术实现要素：

3.本实用新型意在提供一种双层水口金刚石取心钻头，解决了现有技术在处理钻井液分流时，加工步骤多、不利于实际生产的问题。
4.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种双层水口金刚石取心钻头，包括钻头钢体，所述钻头钢体采用内部中空的圆柱形结构，所述钻头钢体的一侧设有多个胎块嵌入槽；所有所述胎块嵌入槽内间隔设置有第一金刚石胎块和与第一金刚石胎块不在同一胎块嵌入槽的第二金刚石胎块，多个所述第一金刚石胎块位于胎块嵌入槽的上侧；多个所述第二金刚石胎块位于胎块嵌入槽的下侧，所述胎块嵌入槽内设有位于第一金刚石胎块下方的第一层水口，所述胎块嵌入槽内设有位于第二金刚石胎块上方的第二层水口，所述第二层水口贯穿钻头钢体顶部，所述第一层水口与第二层水口均与钻头钢体连通，所述钻头钢体的内外侧壁上均设有沿第一层水口一侧分布的水槽，所述钻头钢体的外侧壁周向嵌设有多个位于第一金刚石胎块和第二金刚石胎块之间的保径条。
5.进一步的，所述胎块嵌入槽底部设有与水槽连通的水口槽。
6.通过上述设置，借助水口槽可在水槽磨损消失后接替其完成排浆工作。
7.进一步的，所述水槽上半部分的宽度大于水槽下半部分的宽度。
8.通过上述设置，以使第一层水口与钻头钢体内外水路连通，排浆时不被第一金刚石胎块或第二金刚石胎块阻挡。
9.进一步的，相邻的两个所述第一金刚石胎块之间的高度差为α，相邻的两个所述第二金刚石胎块之间的高度差为β，其中α＜β，且α大于胎块非工作层的高度。
10.通过上述设置，可利用该结构设计保持第一金刚石胎块或第二金刚石胎块在任意工作面能够完成磨削地层的要求。
11.进一步的，所述第一金刚石胎块的底面高于沿一个方向上相邻的第二金刚石胎块的顶面。
12.通过上述设置，形成金刚石胎块与水口的双层结构，通过交替排列，通过钻头钢体的连续性保证了金刚石胎块的抗弯强度，并实现第一金刚石胎块、第二金刚石胎块与水口
的顺利接替工作。并且第一金刚石胎块和第二金刚石胎块的上下分布有利于胎块唇面形状的更新，避免了高胎体钻头在顶面胎体磨损后，唇面形状不再变化的弊端。
13.进一步的，所述钻头钢体的外侧壁上嵌设有挡水条。
14.通过上述设置，可防止钻井液分流的情况，提高本方案的工作效率。
15.与现有技术相比，本方案的有益效果：
16.本方案适用于硬岩钻进，提高了钻头的使用寿命，增加了钻头钢体内外侧水口的宽度，并且避免了高胎体钻头长水口或多层水口出现分流泥浆的现象，同时结构易于加工。绳索取心钻进工作中，可以低起下钻次数，并更有利于泥浆循环，不但可以大幅度提高钻头的工作效率，亦可节约钻进成本。
附图说明
17.图1是本实用新型一种双层水口金刚石取心钻头的轴侧视图；
18.图2是本实用新型一种双层水口金刚石取心钻头的主视图；
19.图3是图2中a-a的剖视图；
20.图4是本实用新型一种双层水口金刚石取心钻头的剖面图；
21.图5是本实施例中胎块工作面为尖齿形的金刚石胎块的结构示意图；
22.图6是本实施例中胎块工作面为齿轮形的金刚石胎块的结构示意图；
23.图7是本实施例中胎块工作面为梯形齿的金刚石胎块的结构示意图。
具体实施方式
24.下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
25.说明书附图中的附图标记包括：钻头钢体1、胎块嵌入槽2、第一金刚石胎块3、第二金刚石胎块4、挡水条5、第一层水口6、第二层水口7、水槽8、保径条9。
26.实施例
27.如附图1至图4所示：一种双层水口金刚石取心钻头，包括钻头钢体1，钻头钢体1采用内部中空的圆柱形结构。钻头钢体1的上侧周向开有多个胎块嵌入槽2，所有的胎块嵌入槽2内间隔设置有第一金刚石胎块3和与第一金刚石胎块3不在同一胎块嵌入槽2的第二金刚石胎块4，多块第一金刚石胎块3位于胎块嵌入槽2的上侧，每块第一金刚石胎块3顶面的中线均与钻头钢体1的半径重合，所有的第一金刚石胎块3的顶面均位于同一平面。钻头钢体1的外侧壁上嵌设有位于第一金刚石胎块3一侧的挡水条5。多个第二金刚石胎块4位于胎块嵌入槽2的下侧，每块第二金刚石胎块4顶面的中线均与钻头钢体1的半径重合。
28.第一金刚石胎块3和第二金刚石胎块4均包括胎块非工作面和设置在胎块非工作面上的多个胎块工作面，多个胎块工作面间隔分布在胎块非工作面的三侧面上，从而借助胎块工作面形成内外保径结构，确保金刚石取心钻头在钻进工作中避免钻头钢体1的内外壁因磨损造成尺寸变化的问题。第一金刚石胎块3的底面高于沿一个方向上相邻的第二金刚石胎块4的顶面。相邻的两个第一金刚石胎块3之间的高度差为α，相邻的两个第二金刚石胎块4之间的高度差为β，其中α＜β，且α大于胎块非工作层的高度。第一金刚石胎块3和第二金刚石胎块4上胎块工作面的形状可随所钻地层岩性作出调整，例如，胎块工作面采用平底形：能够适应各种不同硬度的地层，具有较高的灵活性，且工作状态稳定，不易发生预期外
钻头损坏。如附图5所示，胎块工作面采用尖齿或尖齿交错形(其中尖齿交错形是指多种齿数不同的尖齿形组成的)：该种类型的齿形结构能够与各种硬至坚硬性质的岩层相适应，而且在软硬互层的岩层中也有较好的表现。如附图6所示，胎块工作面采用齿轮形：其形状特点决定了该类齿形结构容易克取各种坚硬打滑地层，而且对普通的坚硬地层进尺效果也十分优良，碎岩效果优秀。如附图7所示，胎块工作面采用梯形齿：该种齿形结构优点适应于多种地层，进尺时稳定性优良。
29.胎块嵌入槽2内开有位于第一金刚石胎块3下方的第一层水口6，胎块嵌入槽2内还开有位于第二金刚石胎块4上方的第二层水口7，第二层水口7贯穿钻头钢体1顶部，第一层水口6与第二层水口7均与钻头钢体1连通，钻头钢体1的内外侧壁上均设有沿第一层水口6一侧分布的水槽8，水槽8上半部分的宽度大于水槽8下半部分的宽度。胎块嵌入槽2底部还开有与钻头钢体1内外侧壁的水槽8连通的水口槽。钻头钢体1的外侧壁周向嵌设有多个位于第一金刚石胎块3和第二金刚石胎块4之间的保径条9嵌入槽，保径条9嵌入槽内卡合有保径条9。
30.本方案通过采用第一金刚石胎块3和第二金刚石胎块4的双层结构交替排列，提高了金刚石钻头的胎体高度，有效提高钻头寿命。并且通过第一金刚石胎块3和第二金刚石胎块4形成固定的高度差，使钻进工作中，任一金刚石胎块平面上均有胎块工作层在进行钻进工作。更高的胎体结构，能有效减少地质取心钻探工作中的提下钻更换钻头的次数，提高了钻进效率，节约钻进成本。
31.通过挡水条5的结构设计，使钻头的第二层水口7在未出露时，无法与钻头钢体1外水路连通，避免了第一层水口6工作时钻井液被分流的情况。挡水条5只有上半部分与钻头钢体1焊接，能够在第二层水口7需要出露时及时脱落，确保钻头钢体1与外水路连通。并且上下层水口间的高度差设计，使上下层水口接替工做时，不会无钻井液通过工作面，避免井下烧钻等事故。
32.本钻头的制造方法包括如下步骤：
33.s1、钻头钢体1的车床加工
34.利用车床加工钢体内外壁，形成一个内部具有通孔的圆柱状钢体。此部分加工时，钢体内壁加工出一个位于胎块嵌入槽2下方的环状结构凸台，其半径小于成型后钢体内径。
35.s2、钻头钢体1的铣床加工
36.利用铣床加工出胎块嵌入槽2、水口槽、钢体外侧壁的水槽8、保径条9嵌入槽、挡水条5嵌入槽。此部分可以采用数控机床，通过向数控机床输入钢体模型完成加工。
37.s3、钻头钢体1内侧壁水槽8的加工
38.在线切割加工床上进行线切割加工的钢体内侧壁的水槽8。
39.s4、石墨模具的加工
40.加工形成一个圆柱形石墨模具，其直径等于钢体内径，其长度等于胎块嵌入槽2的长度，车加工中形成的环状凸台顶面到钻头钢体1顶面的长度。
41.s5、挡水条5的加工
42.在线切割加工床上进行线切割加工初期的挡水条5，存在弧形部分选用砂轮进行打磨加工。
43.该部分也可以选用数控机床，通过向数控机床输入模型进行加工。
44.s6、金刚石胎块、保径条9以及挡水条5的焊接
45.将加工成型的石墨模具放置于钻头钢体1的上侧，车加工中形成的环状凸台上，稳定后，进行第一金刚石胎块3和第二金刚石胎块4(第一金刚石胎块3和第二金刚石胎块4均外购成品进行安装)装配，将第一金刚石胎块3和第二金刚石胎块4分别对应装配于每一个胎块嵌入槽2内，将保径条9装配于保径条9嵌入槽内，将挡水条5装配于挡水条5嵌入槽内。
46.金刚石胎块、保径条9以及挡水条5进行高频焊接。
47.待钻头钢体1冷却后，取出钻头钢体1内的石墨模具。
48.s8、钻头钢体1的再加工
49.利用车床加工，将初期加工中预留的刚体内壁的环状凸台加工至再其内径与钻头钢体1内径相同。
50.内壁螺纹加工至设计需要。
51.s9、钻头钢体1的深加工
52.除去钻头钢体1表面的氧化层，在磨床上进行精加工。
53.以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。