专利名称：岩石钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分的岩石钻头，该岩石钻头用于进行冲击钻孔，特别是顶锤钻孔(top hammer drilling)。
背景技术：
通过US-A-5,890,551，公知一种具有附属钻杆的岩石钻头。该岩石钻头在其前表面设有硬质合金球齿，该硬质合金球齿通过在同步旋转期间在岩石上进行撞击而作用于岩石。在前表面中形成有空腔，并且流体通道延伸通过该钻头用于向空腔供给冲洗流体。该空腔完全由环形凸台围住。一些球齿安装在凸台中。其它球齿安装在空腔中以便被形成于该空腔中的冲洗流体垫所冷却和冲洗。在一些情形中，空腔可被碎屑所堵塞。
US-A-4,598,779示出用于钻直孔的另一冲击岩石钻头。该公知的钻头没有最佳冲洗。
发明内容
本发明目的在于提供一种在序言部分中所限定类型的岩石钻头，其具有延长的使用寿命。
本发明另一个目的在于提供一种允许对岩石进行良好去除的岩石钻头。
本发明的又一目的在于提供一种用于钻直孔的岩石钻头。
本发明又一个目的在于提供一种能够进行高效冲洗的岩石钻头。
本发明的优选实施例的又一个目的在于提供一种更加易于进行重新研磨的岩石钻头。
通过一种具有在所附独立权利要求特征部分中所限定特征的岩石钻头，实现了本发明的上述目的。
下面将参考附图描述根据本发明的岩石钻头的实施例，其中图1A示出根据本发明的岩石钻头的透视正视图；图1B示出岩石钻头的正视图；图1C示出岩石钻头前部部分的侧视图；和图1D示出根据图1A中的线D-D通过岩石钻头的截面；图2以正视图示出根据本发明的岩石钻头的可选实施例的四分之一。
具体实施例方式
图1A至1D所示的冲击岩石钻头1包括钻头体2，该钻头体具有头部部分或钻头头部3和杆部或裙座5。钻头头部3和裙座5彼此刚性地结合。通过螺纹联接将未示出的钻杆连接到岩石钻头1。在钻杆中，贯通的冲洗导管以传统方式布置。图1D中示出岩石钻头1的纵向中心轴线CL。岩石钻头1优选地设置有未示出的内部内螺纹，用于接受位于钻杆一端的外部外螺纹。
根据本发明的岩石钻头1的钻头头部3设置有岩石去除构件，其优选形成为硬质合金球齿，即前部球齿4和周边球齿6。在岩石钻头1的内部空间与钻头头部3的前表面8之间延伸有至少一条冷却介质通道7，所述岩石钻头1的内部空间限定在内部内螺纹之间。前表面8限定平面P，该平面大致垂直于中心轴线CL。在所述内部空间中，称为底部止挡的第一止挡面优选地布置用于钻杆自由端。多个折返边9(retrac edges)优选地布置在岩石钻头1的后端，如图1A所示。
从图1A中可尤为清楚地看出，在岩石钻头1的外侧上设置有多个直的、沿着岩石钻头1的轴向方向延伸的、用于切割的前部周边凹槽10和后部周边凹槽11。每个用于切割的前部凹槽10相对于平行于中心轴线CL的线对称地布置。前部凹槽10设置在钻头体中的每对周边球齿6之间。在钻头头部3内安装有八个周边球齿6，但在根据本发明所述的另一钻头中，可替代地布置5至10中任何个数的球齿。每个周边球齿6相对于中心轴线CL向外倾斜，以限定该钻头的最大直径。周边球齿6的直径优选地大于前部球齿4的直径。每个周边球齿6沿钻头的轴向方向布置在相对于平面P至少部分地凸出的钢部分或凸出部分12中。各凸出部分与主体2结合，并大致向前定向，也就是沿钻头的工作进给方向。在凸出部分中形成有未示出的孔，以容纳一个周边球齿6。可选地，在每个凸出部分中可以设置两个周边球齿。在周边球齿的花冠部分或外部部分中，前表面8或附加的前部凹槽13(如由图1D中的虚线所描绘的)将每个凸出部分12与另一个邻近凸出部分间隔开。该外部部分包括多个周向间隔开的、数量等于周边球齿6的数量的凸出部分12，也就是每个凸出部分12带有一个周边球齿6。各周边球齿6轴向向前伸出超过所有的前部球齿4。前部球齿4的轴向最前面的公共平面相对于周围的周边球齿6的轴向最前面的公共平面向后间隔开。从而通过使周边球齿6的花冠凸起在前表面8和前部球齿4之上，可实现较大的导向力矩。凸出部分12由前表面8的径向通道或部件14间隔开，以允许冲洗介质在其间畅通无阻地流动。
周边球齿6安装在钻头头部3中径向地位于假想圆C的外侧，该假想圆C与大致环形地布置在钻头1的中心轴线CL周围的至少两个前部球齿4和至少两个冲洗通道7相交。前部球齿12安装在前表面8中周边球齿6的径向内侧。流体通道7的出口布置在凸出部分12下方的平面P中。凸出部分12布置成径向地位于假想圆C的外侧，该假想圆C与大致环状地围绕钻头1的中心轴线CL布置的四个或至少两个前部球齿4和四个或至少两个冲洗通道7相交。前表面8终止于钻头主体2中的周边凹槽10处。与流体通道7相交的假想圆C还与相等数量的前部球齿4相交。周边球齿6的主要部件通常是5至10片，它们安装在前表面8中圆C的径向外侧。附加的前部凹槽形成在每个周边凹槽10与前表面8之间。前部凹槽是相对于纵向中心轴线CL向外倾斜并相对于前表面向后倾斜的斜面13。前部凹槽可替代地顺着相对于CL大致地向外和向后倾斜的曲线。
在实际中，所有球齿都有利地由硬质合金制成，可能地由金刚石增强。球齿的形状可以是球形、圆锥形、弹道形、半弹道形和凿子形。
钻头后端的几何形状在背向岩石钻头的岩石去除端的端部包括折返齿，这些折返齿位于钻头最大直径处，并且位于该最大直径以内。尽管公开的实施例示出了折返边(retrac edge)，但可以将所述的钻头头部设置在带有规则裙座的钻头上。钻头后端的用途是借助于位于与岩石钻头1的端部相关的部分确保实现钻头1在钻孔中的导向，并且降低抵抗钻屑尘释放的阻力。用于钻屑的凹槽10、11凹槽用于将产生于岩石钻头1前部的钻井尘输送走。
优选地，对钻头头部进行机械加工或研磨以产生前表面8和凸出部分12。研磨试验显示，与传统钻头相比，用于研磨本发明钻头的前部的时间减少了大约20％。
图2示出根据本发明的岩石钻头的可选实施例，其中相似的附图标记表示与前述实施例相似的特征。图2是根据本发明的可选钻头的前部的四分之一的顶视图。当与1A至1C所示钻头比较时，钻头1’的主要差异是各凸出部分12’更加周向延伸，并包括两个周边球齿6。凸出部分12’关于与周边凹槽10径向最里面的点相交的中心轴线的垂线镜像对称。存在与凸出部分12’一样多的径向通道14。
根据本发明的钻头具有多个其它优点。通过具有相对“敞开”的前表面8，将不会阻挡冲洗介质(空气和/或水)在凸出部分12之间流动。这意味着前表面8的冲洗将是有效的。由于具有比前部球齿更远地伸出的周边球齿，因此在钻孔期间将形成导向岩石中心，从而能够得到直孔(在试验中比现有钻头至少直20％的孔)。由于在钻孔期间凸出部分变得磨损，所以便于再次研磨，并因此减少钢铁研磨的需求。当与现有钻头相比时，根据本发明的钻头的使用寿命延长了15-20％。前表面相对的对称性使前表面8适用于左手钻孔和右手钻孔的钻头，左手钻孔和右手钻孔分别是顶锤钻孔与潜孔(down-the-hole)钻孔的情况。此外，可缩短用来机械加工根据本发明的钻头的前部的时间。
权利要求
1.一种适于冲击钻孔的岩石钻头，该钻头包括钻头体(2)；限定纵向中心轴线(CL)的头部部分(3)，该头部部分包括具有外部部分(12；12’)的前表面(8)，其中所述外部部分(12；12’)相对于所述前表面(8)凸出并包括周边球齿(6)；贯穿所述头部部分并与所述前表面(8)连通用于将冲洗介质引导到该前表面的至少一个流体通道(7)，其特征在于所述外部部分包括多个周向间隔开的、凸起的钢部分(12；12’)，每个所述部分(12；12’)包括最多两个周边球齿(6)，并且所述周边球齿(6)安装在所述头部部分(3)中径向地位于假想圆(C)的外侧，该假想圆(C)与大致环状围绕所述钻头(1；1’)的中心轴线(CL)布置的至少两个前部球齿(4)和至少两个冲洗通道(7)相交。
2.根据权利要求1所述的岩石钻头，其特征在于，每个凸出部分(12)带有一个周边球齿(6)。
3.根据权利要求1或2所述的岩石钻头，其特征在于，所述凸出部分(12；12’)由所述前表面(8)的径向通道(14)间隔开，以允许冲洗介质在其间畅通无阻地流动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的岩石钻头，其特征在于，前部球齿(4)安装在所述前表面(8)中径向地位于所述周边球齿(6)的内侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的岩石钻头，其特征在于，所述流体通道(7)的出口设置在位于所述凸出部分(12；12’)下方的平面(P)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的岩石钻头，其特征在于，所述凸出部分(12；12’)布置成径向地位于假想圆(C)的外侧，该假想圆(C)与大致环状地围绕所述钻头(1；1’)的中心轴线(CL)布置的至少两个前部球齿(4)和至少两个冲洗通道(7)相交。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的岩石钻头，其特征在于，所述前表面(8)在所述钻头体中的周边凹槽(10)处终止。
8.根据权利要求4或6所述的岩石钻头，其特征在于，与多于一个的流体通道(7)相交的所述假想圆(C)还与至少相等数量的前部球齿(4)相交。
9.根据前述权利要求中任一项所述的岩石钻头，其特征在于，有5至10个周边球齿，并且径向通道(14)与凸出部分(12；12’)一样多。
10.根据权利要求1至6或8至9中任一项所述的岩石钻头，其特征在于，附加的前部凹槽(13)形成在周边凹槽(10)与前表面(8)之间，所述前部凹槽大致向外并且向后倾斜。
全文摘要
本发明涉及一种用于冲击钻孔的岩石钻头(1)。该钻头包括钻头体(2)、限定纵向中心轴线(CL)的头部部分(3)，该头部部分包括具有外部部分(12)的前表面(8)，其中该外部部分(12)相对于前表面(8)凸出并包括周边球齿(6)和至少一个流体通道(7)，该至少一个流体通道贯穿头部部分并与前表面(8)连通以将冲洗介质引导到该前表面。该外部部分包括多个周向间隔开的、凸出的钢部分，各个所述部分(12)包括最多两个的周边球齿(6)。该周边球齿(6)安装在头部部分(3)中径向地位于假想圆(C)的外侧，该假想圆与大致环状地围绕钻头(1；1’)的中心轴线(CL)布置的至少两个前部球齿(4)和至少两个冲洗通道(7)相交。
文档编号E21B10/56GK101023240SQ200580031838
公开日2007年8月22日 申请日期2005年7月4日 优先权日2004年9月21日
发明者佩尔-奥拉·哈迪, 弗雷德里克·比约克 申请人:山特维克知识产权股份有限公司