专利名称：改进的大直径空气反循环钻头结构的制作方法
技术领域：
本发明属于地质工程领域，涉及一种能够在坚硬岩石中实现反循环钻进的 大直径钻头。
背景技术：
目前，反循环技术在硬岩钻进中仍然存在许多问题，对于大直径空气钻头， 钻进中仍然不能实现反循环，使钻进技术的应用受到限制，对于大直径反循环 钻头结构的改进设计一直是一个技术难题。常规钻头设计是在钻头底部设计加工单层底喷孔，如图1所示为单排底喷孔27的3个孔在底部的均布设置。大直径反循环钻头按照常规方法设计已经无 法实现反循环。发明内容本发明的目的在于提供一种大直径空气反循环钻头，其底部设计了双层底 部喷射孔结构(后面全简称为底喷孔)，应用引射结构原理，使钻头底部外层底 喷孔出射流体，获得内层底喷孔出射流体的真空负压抽吸，使底部流场得到二 次加速，使孔底钻碎的岩心(样)排出彻底，从而顺利实现反循环。为达到以上目的，本发明的解决方案是改变常规直径钻头底部单层底喷孔结构，改用双层底喷孔设计，即在常规 反循环钻头单层底喷孔结构基础上新增加了外层底喷孔，形成双层底喷孔结构。一种改进的大直径空气反循环钻头结构，在钻头底部设置有内层底喷孔和 外层底喷孔。进一步，该内层底喷孔一端开口设置于钻头台肩上，内层底喷孔出口端设置于钻头底部扩压槽，其中心线与钻头中心通道轴线向下形成一个角度；该角 度的范围是大于等于0°且小于45° 。该外层底喷孔一端开口设置于钻头底部胎体上，另一端开口设置于钻头底 部扩压槽，其中心线与钻头中心通道轴线向上形成一个角度；该角度的范围是 大于等于0°且小于45°。该内层底喷孔是等径直孔。 该外层底喷孔是等径直孔。该等径直孔的范围是7 15mm。 该内层底喷孔的数量至少为3个。 该外层底喷孔的数量至少为3个。该喷孔在钻头底部以钻头中心通道轴线为对称轴圆周均布。 由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果该发明结构可以解决大直径反循环钻头在硬岩钻进中难以顺利实现钻进的 技术难题。由于内层与外层底喷孔同时喷射产生高速气流，巻吸周围流体携带 钻碎的岩心(样)返出地表，同时内层底喷孔对外层底喷孔的巻吸携岩能力起 到加速与促进作用，使大直径钻头顺利实现反循环钻进，并且能够很好地冷却 钻头边齿，起到延长钻头寿命的作用，应用效果好。
图1是现有常规直径钻头底部单层底喷孔结构示意图。 图2是本发明实施例的俯视结构示意图。 图3是本发明实施例的剖面结构示意图。图l中的数字标记说明21、泄风槽；22、密封槽；23、卡槽；24、花键； 25、心管内孔；26、钻头中心通道；27、底喷孔；28、圆柱面；29、密封环槽； 30、扩压槽；31、外缘台肩；32、取心偏心孔；33、钻头中心通道轴线；34、边齿；35、上锥面；36、台肩面；37、引射孔图3中的数字标记说明1卸压槽；2密封槽；3卡槽；4花键；5引射 孔；6内层喷射孔；7钻头胎体；8外层喷射孔；9偏心孔；10扩压槽； 11边齿；12密封环槽；13钻头台肩；14钻头中心通道(轴线)具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。本发明大直径反循环钻头，其异于常规直径钻头底部设置单层底喷孔，本 发明在钻头底部设计双层底喷孔。根据引射器基本结构与工作原理，将钻头底喷孔6和8设计成引射器的喷嘴，此处，将内层底喷孔6与外层底喷孔8在钻头底部均以钻头中心通道轴线 14为对称轴呈圆周均匀分布3个。由于底喷孔数量一般为大于或等于3个(此实施例中为3个)，故形成多喷嘴引射结构，高压气体进入双层底喷孔6与8产 生高速射流，高速射流流速高、压力低，对周围流体产生巻吸作用，致使底喷 孔附近形成负压区，被巻吸的流体和从底喷孔排出的高速射流在内层底喷孔6 的出口端扩压槽10内混合，对外围气体构成抽吸，内层底喷孔6喷射出的气体， 由于射流巻吸作用，会带动周围流体携带钻取的岩心(样)经钻头中心通道14 返出地表。同时，外层底喷孔8喷射出的高速气体也巻吸周围流体携带岩心(样) 向靠近中心通道方向移动，此时，由于内层底喷孔6高速射流巻吸作用造成真 空负压而使得外层底喷孔8出流气体加速向内层底喷孔方向移动，使流体获得 加速，从而有助于钻头底部流体携带岩心(样)往钻头中心通道方向移动，然 后导流到钻头的中心孔9，进入钻头中心通道14，实施例中的3个喷嘴随钻头 不断旋转，在孔底形成环状负压区，孔底气体被连续导流到钻头中心通道内， 有效阻止正循环的形成，形成反循环。内层底喷孔6的空气进口端是设置于钻头台肩13上的，内层底喷孔空气出 口端设置于钻头底部扩压槽10，其中心线与钻头中心通道轴线向下形成一个角 度，具体的说，是大于等于0°且小于45°角度，内层底喷孔6是等径直孔，直 径范围是7 15mm;外层底喷孔8的空气进口端设置于钻头底部胎体7上，外层底喷孔空气出 口端设置于钻头底部扩压槽10，其中心线与钻头中心通道轴线向上形成一个角 度，具体的说，是大于等于0°且小于45°角度，内层底喷孔6是等径直孔，直 径范围是7 15mm;内层底喷孔6与外层底喷孔8在钻头底部可均以钻头中心通 道轴线14为对称轴3孔圆周均布。
权利要求
1、一种改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征在于在钻头底部设置有内层底喷孔和外层底喷孔。
2、 根据权利要求1所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征在于: 该内层底喷孔一端开口设置于钻头台肩上，内层底喷孔出口端设置于钻头底部扩压槽，其中心线与钻头中心通道轴线向下形成一个角度。
3、 根据权利要求1所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征在于: 该外层底喷孔一端开口设置于钻头底部胎体上，另一端开口设置于钻头底部扩压槽，其中心线与钻头中心通道轴线向上形成一个角度。
4、 根据权利要求2或3所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征 在于该角度的范围是大于等于0°且小于45°。
5、 根据权利要求2所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征在于 该内层底喷孔是等径直孔。
6、 根据权利要求3所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征在于 该外层底喷孔是等径直孔。
7、 根据权利要求5或6所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征 在于该等径直孔的范围是7 15mra。
8、 根据权利要求2所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征在于 该内层底喷孔的数量至少为3个。
9、 根据权利要求3所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特征在于 该外层底喷孔的数量至少为3个。
10、 根据权利要求2或3所述的改进的大直径空气反循环钻头结构，其特 征在于该喷孔在钻头底部以钻头中心通道轴线为对称轴圆周均布。
全文摘要
一种改进的大直径空气反循环钻头结构，在钻头底部设置有内层底喷孔和外层底喷孔。进一步，该内层底喷孔一端开口设置于钻头台肩上，内层底喷孔出口端设置于钻头底部扩压槽，其中心线与钻头中心通道轴线向下形成一个角度。该外层底喷孔一端开口设置于钻头底部胎体上，另一端开口设置于钻头底部扩压槽，其中心线与钻头中心通道轴线向上形成一个角度；该角度的范围是大于等于0°且小于45°。本发明使大直径钻头顺利实现反循环钻进，并且能够很好地冷却钻头边齿，起到延长钻头寿命的作用，应用效果好，可以解决大直径反循环钻头在硬岩钻进中难以顺利实现钻进的技术难题。
文档编号E21B21/00GK101255783SQ20081003435
公开日2008年9月3日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者郝树青 申请人:同济大学