一种新型全孔反循环潜孔锤钻头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型全孔反循环潜孔锤钻头，包括泄风槽、卡槽、花键、圆柱面、心管内孔、中心通道、扩散槽、外缘台肩以及台肩面，在钻头底唇面上均布若干底喷排气孔；在所述花键槽内沿花键槽周向均布若干内喷孔，所述的内喷孔沿花键槽周向平行均布两层，所述内喷孔的中心轴线与钻头中心轴线呈一定角度，且所述内喷孔为螺旋偏移孔，即以内喷孔中心轴线与中心通道内壁的交点为基点，再次将内喷孔沿钻头圆周偏移一定角度。所述内喷孔上下两层之间邻近的内喷孔，其下层内喷孔较上层内喷孔沿钻头圆周偏移一定角度。本发明所设计的反循环潜孔锤钻头钻进效率高、取心率高、岩矿心质量好、无需提钻取心；且能够有效提高孔底流体形成反循环效果优异。
【专利说明】一种新型全孔反循环潜孔锤钻头【技术领域】
[0001]本发明涉及反循环连续取心钻进技术，具体地说是涉及一种新型全孔反循环潜孔锤钻头。
【背景技术】
[0002]反循环连续取心钻进技术是一种利用钻井时循环介质从井底携带岩屑或岩心由钻杆中心通道上返至地表的技术方法，国外称之为CSR法。双壁钻杆的使用最为普遍，除此之外还有单层和三层钻杆。循环介质由双管间环空压入井内，从内管中心通道携带岩屑(心)上返，所以这种方法又称为双管反循环。潜孔锤反循环钻头是贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进技术的关键部件，它不仅影响孔底岩石的破碎情况，还影响清洗孔底和输送岩屑的效果。90年代研制出的反循环钻头在固体矿床勘探和水文水井钻探中得到广泛应用，取得较好成果，但是当钻进到条件复杂的地层时，由于压缩空气从裂隙和孔洞中漏失，反循环难以形成。为解决该难题，反循环钻头结构的优化改进成为了重要研究课题。
[0003]典型的贯通式风动潜孔锤反循环工作原理是压缩空气经双壁钻具的环状间隙进入贯通式潜孔锤，经过外、内缸环状通道分别进入前后气室推动活塞往复运动产生冲击，废气由活塞与心管之间的环形通道经钻头排气孔排出。心管上端与双壁钻杆连接，下端插入钻头上部的心管内孔，卡在心管内孔与中心通道之间的台阶上，并在密封槽中有形密封圈密封。心管内通孔与钻头中心通道构成了潜孔锤的贯通孔，贯通式潜孔锤由此得名。
[0004]潜孔锤反循环钻进是通过驱动冲击振动后的废气冲刷井底并携带岩屑(心)由中心通道上返来实现的。钻具中心通道断面积小，可保证上返流体的运移速度，并且钻孔直径对其不会产生影响，流速可以保持稳定。外环空断面积远远大于中心孔通道断面积，直径很小的中心通道能保证足够的上返流速，但是二者较大的面积却使流体介质反循环难以形成。
[0005]普通结构的潜孔锤·钻头即使配用贯通式潜孔锤，也难以实现流体介质的反循环。压缩空气从钻头底喷孔喷出后，由于压力过大，必然会向断面积较大、阻力较小的路径运动，而贯通式潜孔锤的中心通道流体阻力远远大于外环空通道。对此，国外采用的技术措施主要有两个:一是封堵外环空间隙，阻断外环空通道，让流体无法由外环空排出地表；二是采用钻具级配，即使用直径差很小的钻头和钻杆的配套，实现级配，使钻杆与孔壁之间的距离缩小，减小环空断面积而增大流体阻力，迫使流体沿中心通道上返，CSR中心取样技术即应用了该原理。在应用潜孔锤反循环技术钻凿水井时，由于钻孔直径很大(160~311_)，因此无法使用钻具级配的方法。封堵钻孔外环通道的方法理论上原理简单可行，但实际考虑因素较多，结构复杂，起下钻困难，阻碍正常钻进作业，并且成本较高，使用寿命低。
【发明内容】
[0006]鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种结构简单、使用寿命长且反循环效果优异新型全孔反循环潜孔锤钻头。[0007]为了实现上述目的，本发明的技术方案:
[0008]一种新型全孔反循环潜孔锤钻头，包括泄风槽、卡槽、花键、圆柱面、心管内孔、中心通道、扩散槽、外缘台肩以及台肩面，其特征在于:在钻头底唇面上均布若干底喷排气孔；在所述花键槽内沿花键槽周向均布若干内喷孔，所述的内喷孔沿花键槽周向平行均布两层，所述内喷孔的中心轴线与钻头中心轴线呈一定角度，且所述内喷孔为螺旋偏移孔，即以内喷孔中心轴线与中心通道内壁的交点为基点，再次将内喷孔沿钻头圆周偏移一定角度。
[0009]所述内喷孔的直径为5mm，内喷孔的中心轴向与钻头中心轴线夹角角度范围为20°——25°，所述的内喷孔沿钻头圆周偏移的角度为5°。
[0010]所述内喷孔上下两层之间邻近的内喷孔，其下层内喷孔较上层内喷孔沿钻头圆周
偏移一定角度。
[0011]所述上下双层内喷孔之间圆周偏移角度为20°。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果:
[0013]本发明所设计的反循环潜孔锤钻头钻进效率高、取心率高、岩矿心质量好、无需提钻取心；且能够有效提闻孔底流体形成反循环效果，大幅增加外环空进气量，提闻钻机钻进稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为现有的反循环潜孔锤钻头结构示意图；
[0015]图2为本发明全孔反循环潜孔锤钻头结构示意图。
[0016]图中::1、泄风槽，2、卡槽，3、花键，4、心管内孔，5、中心通道，6、底喷排气孔，7、圆
柱面，8、外缘台肩，9、扩散槽，10、合金柱齿，11、上锥面，12、台肩面，13、内喷孔，A、上层内喷孔、B、下层内喷孔。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
[0018]典型的贯通式风动潜孔锤如图1，其反循环工作原理是压缩空气经双壁钻具的环状间隙进入贯通式潜孔锤，经过外、内缸环状通道分别进入前后气室推动活塞往复运动产生冲击，废气由活塞与心管之间的环形通道经钻头排气孔排出。心管上端与双壁钻杆连接，下端插入钻头上部的心管内孔4，卡在心管内孔4与中心通道之间的台阶上，心管内通孔与钻头中心通道5构成了潜孔锤的贯通孔。
[0019]本发明在现有的反循环潜孔锤钻头的结构基础上进行了进一步的改进，如图1所示包括泄风槽1、卡槽2、花键3、圆柱面7、心管内孔4、中心通道5、外缘台肩8、扩散槽9以及台肩面12等；本发明的改进之处体现在:在钻头底部的圆柱面7上均布若干底喷排气孔6 ;所述底喷排气孔6贯穿钻头体。钻头设置底喷排气孔6的设计，使得通过钻头底喷孔喷出气体的高速气流对周围流体产生的卷吸作用，致使排气孔附近形成低压区，对外环空间隙进行抽吸，多个排气孔随钻头不断旋转，在孔底形成环状低压区，能有效阻止正循环的形成，使气流携带岩屑(心)通过导流和扩散槽9进入钻头中心孔，形成稳定反循环。
[0020]本发明的改进之处体现在:如图2所示，本发明设计了双层螺旋偏移内喷孔结构，即内喷孔的加工需要螺旋偏移一次，这个圆周偏移角的角度是5度；上下两层相邻的内喷孔相互也偏移一个角度，这个角度是20度。
[0021]具体的所述花键槽3内沿花键槽3周向均布若干中心轴线与钻头中心轴线呈一定角度的内喷孔13，所述的内喷孔沿花键槽周向平行均布两层，所述内喷孔的中心轴线与钻头中心轴线呈一定角度，且所述内喷孔为螺旋偏移孔，即以内喷孔中心轴线与中心通道内壁的交点为基点，再次将内喷孔沿钻头圆周偏移角度5°。所述内喷孔的直径为5mm，内喷孔的中心轴向与钻头中心轴线夹角角度范围为20° —25。，所述的内喷孔上下两层之间邻近的内喷孔，其下层内喷孔B较上层内喷孔A沿钻头圆周偏移一定角度，且圆周偏移角度为 20。。
[0022]这样的结构使得内喷孔的外缘和中心通道的圆形相切，相切目的是让进入内喷孔13的高速流体沿着中心孔通道的圆弧轨迹运动，达到缓冲，降低射流能量损失，并形成螺旋上升的效果，类似于“龙卷风”原理。使用错开一定角度的上下双层螺旋偏移的内喷孔能够大幅度提高螺旋提升的能力，使抽吸效果更为显著。
[0023]试验证明:底喷排气孔6直径3mm，数量为2个；内喷孔13的直径为5mm，每层内喷孔为4个，内喷孔的中心轴线与钻头中心轴线夹角角度范围为20°——25°，内喷孔圆周偏移角度5°时反循环效果最优。
[0024]原理是:由于卷吸作用，在中心通道5内再次形成低压区，因此，进入中心孔内的岩屑(心)在上下压力差的作用下，进一步得到加速，更有利于反循环的形成。而在压缩空气漏失严重，底喷孔无法形成负压的情况下，岩屑(心)也会由于内喷孔在中心通道内形成的负压，在压差作用下进入中心孔，形成反循环。
[0025]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种新型全孔反循环潜孔锤钻头，包括泄风槽、卡槽、花键、圆柱面、心管内孔、中心通道、扩散槽、外缘台肩以及台肩面，其特征在于:在钻头底唇面上均布若干底喷排气孔；在所述花键槽内沿花键槽周向均布若干内喷孔，所述的内喷孔沿花键槽周向平行均布两层，所述内喷孔的中心轴线与钻头中心轴线呈一定角度，且所述内喷孔为螺旋偏移孔，即以内喷孔中心轴线与中心通道内壁的交点为基点，再次将内喷孔沿钻头圆周偏移一定角度。
2.根据权利要求1所述的新型全孔反循环潜孔锤钻头，其特征在于:所述内喷孔的直径为5mm，内喷孔的中心轴向与钻头中心轴线夹角角度范围为20°——25°，所述的内喷孔沿钻头圆周偏移的角度为5°。
3.根据权利要求1或2所述的新型全孔反循环潜孔锤钻头，其特征在于:所述内喷孔上下两层之间邻近的内喷孔，其下层内喷孔较上层内喷孔沿钻头圆周偏移一定角度。
4.根据权利要求3所述的新型全孔反循环潜孔锤钻头，其特征在于:所述上下双层内喷孔之间圆周偏移角度为20°。
【文档编号】E21B10/61GK103541662SQ201310557398
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】曲通, 关峰 申请人:大连市勘察测绘研究院有限公司