专利名称：一种双斜面空气锤钎头的制作方法
技术领域：
一种双斜面空气锤钎头，用于采用气体钻井时使用空气锤钻头实施井眼的钻进， 涉及一种空气锤钻头的锤头结构设计制造技术领域。
背景技术：
为了加快石油天然气的开发，满足工业生产和人民生活的需要，石油天然气工业 的工程技术人员研究了很多的快速钻井方法，其中采用气体作为钻井介质的钻井方式是目 前世界油气工业的热点，与采用常规钻井液作为钻井介质相比，主要优势在于采用气体钻 井的机械钻速可提高4 8倍，最大甚至提高到14倍，特别是使用空气锤实施钻井，钻进速 度更是大幅度提高，因此，气体钻井有提高机械钻速、降低钻进成本、提高井身质量和消除 岩屑压持效应等优点；现有技术的缺点是目前气体钻井用的空气锤钎头，一般是周边采用单斜面，然 后直接过度到中心的平面，也就是单斜面直接与平面连接的结构，在钻井的实践过程中，由 于目前的空气锤钎头只有一个斜面，因此斜度较大，斜面上镶嵌的硬质合金齿在接触地面 时与地面有较大的斜角，受到的侧向冲击力较大，因此空气锤钎头的边齿容易脱落、碎齿， 特别是断齿现象严重，造成严重的边齿失效，因边齿失效导致空气锤钎头失效的比例高达 90%，这种结果大大的降低了单只空气锤钻头的使用寿命，增加了气体钻井的成本，严重影 响了气体钻井的钻进效率。
发明内容本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺点，采用降低单斜面角度的设计，提 供了一种在实施钻井时能够大幅度减小合金齿与地面的侧向冲击的双斜面空气锤钎头。本实用新型是这样实现的本实用新型由钎头体和钻头齿组成，其特征在于所 述钎头体由钎头体锥面2、保径面3、外斜面4、内斜面5和中心平面6构成，外斜面4和内斜 面5共同形成环型双斜面结构，钎头体锥面2的前端连接保径面3，保径面3的前端连接外 斜面4，内斜面5设置在外斜面4与中心平面6之间，所述钻头齿包括镶嵌在外斜面4和内 斜面5的边齿9和边齿8、中心平面6的中心齿7和保径面3的保径齿10 ；所述钎头体锥面2前端与保径面3连接点的直径大于钎头体锥面2后端的直径；所述外斜面4环型的斜面与空气锤钻头轴线的夹角为53° 57° ；所述内斜面5环形的斜面与空气锤钎头轴线的夹角为68° 72° ；在所述外斜面4、内斜面5、中心平面6和保径面3上分别镶嵌的边齿、中心齿和保 径齿是硬质合金球齿或聚晶金刚石PDC球齿；所述外斜面4和内斜面5边齿的直径比中心齿的直径大3mm，所述保径齿的直径比 中心齿的直径小2. 56mm ；本实用新型的有益效果设置的双斜面空气锤钻头由外斜面和内斜面构成，由于 是双斜面，相对于钻头轴线的夹角就较小，所以镶嵌在上面的边齿的倾角就会较小，在钻井
3过程中，较小的倾角使钻头齿在钻进的过程中能够基本向下受力，降低了边齿脱落、碎齿和 断齿的机率；与现有单斜面的钻头相比，能够恨好的克服单斜面钻头倾角较大，并导致钻头 边齿相对于钻头轴线的倾角大，在井下的恶劣工作环境下，边齿工作时受到的侧力较大，很 容易脱离或者折断，具有提高空气锤钻头的使用寿命的特点。
图1是本实用新型的结构剖示示意图。图2是本实用新型不带钻头齿的外斜面4、内斜面5和中心平面6俯视图。
具体实施方式
本实用新型由钎头体和钻头齿组成，钎头体由钎头体锥面2、保径面3、外斜面4、 内斜面5和中心平面6构成，外斜面4和内斜面5共同形成环型双斜面结构，钎头体锥面2 前端与保径面3连接点的直径大于钎头体锥面2后端的直径，钎头体锥面2设置在钎头体 的前端，钎头体锥面2的前端连接保径面3，保径面3是一个柱面，保径面3的中心轴线与钎 头本体的轴线重合，保径面3的前端连接外斜面4，外斜面4环型的斜面与空气锤钻头轴线 的最佳夹角为55°，内斜面5设置在外斜面4与中心平面6之间，内斜面5环形的斜面与空 气锤钎头轴线的最佳夹角为70°，中心平面6为圆形平面结构，中心平面6设置在空气锤钎 头体端面的中间位置；钻头齿包括镶嵌在外斜面4的边齿9、内斜面5的边齿8、中心平面6的中心齿7 和保径面3的保径齿10，外斜面4的边齿9和内斜面5的边齿8的直径比中心齿7的直径 大3mm，保径齿10的直径比中心齿7的直径小2. 56mm,外斜面4、内斜面5、中心平面6和保 径面3上分别镶嵌的边齿8和9、中心齿7和保径齿10是硬质合金球齿或聚晶金刚石PDC 球齿；空气锤钎头工作时，由于内斜面5和外斜面4构成双斜面结构，所以内斜面5的倾 角比单斜面钻头的斜面小，因此，镶嵌在双斜面结构上的内斜面5和外斜面4的边齿8和9 的横向弯矩也就较小；在实际的钻井实践中，由于钎头冲击破岩时，边齿的旋转较浅，速度比中心齿大， 边齿与岩石碎屑的相对摩擦距离也较中心齿大，因此边齿的磨损情况比中心齿严重，另外， 边齿除承受静压力、冲击力外，还要承受较大的弯矩，因此边齿的受力条件较中心齿复杂， 为了加强边齿的抗横向弯矩能力，外斜面4和内斜面5上的边齿9的直径比中心齿的直径 大3mm，这种结构能有效的提高边齿的抗冲击能力，减小合金齿碎裂和折断的可能性，同时， 钎头球齿的井底覆盖率更加均勻，井底岩石的击碎率也较高；为了解决排渣和径向磨损的矛盾，在钎头端部外圆面上设置的保径面3的轴向长 20mm,在20mm长的保径面3上安装有保径齿10，可以起到抑制钎头的径向磨损，还可以解决 气体钻井中钎头外径变小的问题，由于钎头体锥面2前端与保径面3连接点的直径大于钎 头体锥面2后端的直径，所以，钻头本体锥面2有利于排渣，可以起到防止卡钎的作用。
权利要求一种双斜面空气锤钎头，包括钎头体和钻头齿，其特征在于所述钎头体由钎头体锥面、保径面、外斜面、内斜面和中心平面构成，外斜面和内斜面共同形成环型双斜面结构，钎头体锥面的前端连接保径面，保径面的前端连接外斜面，内斜面设置在外斜面与中心平面之间，所述钻头齿包括镶嵌在外斜面和内斜面的边齿、中心平面的中心齿和保径面的保径齿。
2.根据权利要求1所述的双斜面空气锤钎头，其特征在于所述钎头体锥面前端与保 径面连接点的直径大于钎头体锥面后端的直径。
3.根据权利要求1所述的双斜面空气锤钎头，其特征在于所述外斜面环形的斜面与 空气锤钻头轴线的夹角为53° 57°。
4.根据权利要求1所述的双斜面空气锤钎头，其特征在于所述内斜面环形的斜面与 空气锤钎头轴线的夹角为68° 72°。
5.根据权利要求1所述的双斜面空气锤钎头，其特征在于在所述外斜面、内斜面、中 心平面和保径面上分别镶嵌的边齿、中心齿和保径齿是硬质合金球齿或聚晶金刚石PDC球 齿。
6.根据权利要求1所述的双斜面空气锤钎头，其特征在于所述外斜面和内斜面边齿 的直径比中心齿的直径大3mm，所述保径齿的直径比中心齿的直径小2. 56mm。
专利摘要一种双斜面空气锤钎头，涉及空气锤锤头结构设计制造技术领域，本实用新型采用双斜面降低钻头齿与地面角度的设计，提供了一种钻井时能大幅度减小合金齿与地面侧向冲击的双斜面空气锤钎头，由钎头体和钻头齿组成，钎头体上设计有钎头体锥面、保径面、内、外斜面和中心平面，钻头齿包括边齿、中心齿和保径齿；可以解决现有技术单斜面上镶嵌的硬质合金齿在接触地面时由于与地面有较大斜角，受侧向冲击力强易脱落、碎齿和断齿的问题，具有提高空气锤钻头的使用寿命的特点。
文档编号E21B10/36GK201598982SQ201020129018
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者付晓平, 何超, 许期冲, 陈晓彬, 陈立, 魏武 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工艺技术研究院