一种胎体唇面呈楔形的金刚石钻头的制作方法
【专利摘要】一种胎体唇面呈楔形的金刚石钻头，包括钻头体、胎体唇面、水口，胎体唇面环绕设置在钻头体上，水口设置在胎体唇面之间，胎体唇面由扇形块、胎体楔面、形成孔壁部分和形成岩心部分组成，整个胎体唇面呈楔形状。胎体楔面、形成孔壁部分和形成岩心部分均相对扇形块倾斜，且胎体楔面相对扇形块的上表面倾斜角度、形成孔壁部分相对扇形块的外侧表面倾斜角度、形成岩心部分相对扇形块的内侧表面倾斜角度均为15~40度。该金刚石钻头采用楔形胎体唇面，使得钻进时产生有效预破碎区和破碎区，消除动荷载影响，降低破碎岩石过程的能耗量；适用于复杂的裂隙条件下破碎坚硬和非常坚硬的岩石和软硬互层地层的岩层中钻进，提高钻进速度、增加钻头进尺。
【专利说明】一种胎体唇面呈楔形的金刚石钻头
【技术领域】
[0001]本发明属于金刚石钻头钻进领域，具体涉及一种胎体唇面呈楔形的金刚石钻头。
【背景技术】
[0002]目前在地质勘探破碎坚硬和非常坚硬岩石钻进中，钻头选型一般都采用孕镶金刚石钻头。研究表明，对金刚石钻头影响最大的因素是岩石的性质，尤其是岩石的硬度和裂隙度；随着岩石裂隙度的增加，各类型的金刚石钻头工作性能均随之降低。而且，随着岩石硬度的增加，岩石裂隙对金刚石钻头的性能的影响显著增加。因为钻进裂隙岩层时会形成大量粗颗粒岩粉，它们不能及时、迅速地由钻头端部排走，就会使大量粗颗粒岩粉在钻头端面重复破碎，导致胎体和金刚石急剧磨损；大大降低了碎岩效果和机械钻速，增加了破碎岩石过程中的能耗量。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，针对现有钻头在钻进复杂的裂隙条件下，破碎坚硬和非常坚硬的岩石时碎岩效果差，机械钻速低以及能耗量高的缺陷，提供一种胎体唇面呈楔形的金刚石钻头，提高机械钻速，增加钻头进尺，降低钻进过程中的能耗量。
[0004]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种胎体唇面呈楔形的金刚石钻头，包括钻头体、胎体唇面、水口，所述胎体唇面包括若干个、环绕设置在钻头体上，所述水口设置在胎体唇面之间，所述胎体唇面由扇形块、胎体楔面、形成孔壁部分(外径)和形成岩心部分(内径)组成，整个胎体唇面呈楔形状。
[0005]按上述方案，所述胎体楔面、形成孔壁部分和形成岩心部分均相对扇形块倾斜(即胎体楔面相对扇形块的上表面倾斜、形成孔壁部分相对扇形块的外侧表面倾斜、形成岩心部分相对扇形块的内侧表面倾斜)。
[0006]按上述方案，所述胎体楔面相对扇形块的上表面倾斜角度为15?40度；所述形成孔壁部分相对扇形块的外侧表面倾斜角度为15?40度；所述形成岩心部分相对扇形块的内侧表面倾斜角度为15?40度。
[0007]本发明的工作原理:采用胎体唇面呈楔形的金刚石钻头，钻头的扇形块、胎体楔面、形成孔壁部分和形成岩心部分平稳进入切削线，消除动载荷(振动)的影响，破碎孔底岩石。同时，冲洗液到达钻头扇形块、倾斜角度为15?40度的胎体楔面、形成孔壁部分和形成岩心部分的下面后，进入被破碎的岩石中。由于倾斜角度15?40度可以产生水利动力学效应，即韧性楔效应，可以产生有效预破碎区和破碎区，降低了破碎岩石过程的能耗量。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:采用楔形胎体唇面，使得钻进时产生有效预破碎区和破碎区，消除钻进过程中的动荷载的影响，降低破碎岩石过程的能耗量；适用于复杂的裂隙条件下破碎坚硬和非常坚硬的岩石和软硬互层地层的岩层中钻进，提高钻进速度、增加钻头进尺、增加钻头钻进地层的使用范围，解决了在该种地层钻进中钻头寿命低和钻进钻速低的问题；应用性强，具有广阔的市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明胎体唇面呈楔形的金刚石钻头的结构示意图；
图中，1-钻头体；2-水口 ；3_扇形块；4_胎体楔面；5_形成孔壁部分；6_形成岩心部分。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0011]参照图1所示，本发明所述的胎体唇面呈楔形的金刚石钻头，包括钻头体1、胎体唇面、水口 2，所述胎体唇面包括若干个、环绕设置在钻头体I上，所述水口 2设置在胎体唇面之间，所述胎体唇面由扇形块3、胎体楔面4、形成孔壁部分5 (外径)和形成岩心部分6(内径)组成，整个胎体唇面呈楔形状。
[0012]所述胎体楔面4、形成孔壁部分5和形成岩心部分6均相对扇形块3倾斜(即胎体楔面4相对扇形块3的上表面倾斜、形成孔壁部分5相对扇形块3的外侧表面倾斜、形成岩心部分6相对扇形块3的内侧表面倾斜)。
[0013]所述胎体楔面4相对扇形块3的上表面倾斜角度为15?40度；所述形成孔壁部分5相对扇形块3的外侧表面倾斜角度为15?40度；所述形成岩心部分6相对扇形块3的内侧表面倾斜角度为15?40度。
[0014]本发明胎体唇面呈楔形的金刚石钻头在地层中工作过程如下:
钻头的钻头体I通过螺纹连接到岩心管上，下到孔底，冷却钻头、排出岩粉的冲洗液，沿着钻杆柱通过水口 2流到钻头扇形块3的下面，到达孔底。钻进裂隙岩石和软硬互层岩石时，钻头的扇形块3、胎体楔面4、形成孔壁部分5和形成岩心部分6平稳进入切削线，消除动载荷(振动)的影响，与孔底岩石相互作用，破碎孔底岩石。同时，冲洗液到达钻头扇形块3、倾斜角度为15?40度的胎体楔面4、形成孔壁部分5和形成岩心部分6的下面后，进入被破碎的岩石中。由于倾斜角度15?40度可以产生冲洗液的水力动力学效应(韧性楔效应)，可以产生有效预破碎区和破碎区，降低了破碎岩石过程的能耗量。
[0015]使用这种结构的钻头可以在复杂的裂隙条件下破碎坚硬和非常坚硬的岩石，进行有效钻探，提闻机械钻速，增加钻头进尺。
[0016]以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种胎体唇面呈楔形的金刚石钻头，包括钻头体(I)、胎体唇面、水口(2)，所述胎体唇面包括若干个、环绕设置在钻头体(I)上，所述水口(2)设置在胎体唇面之间，其特征在于:所述胎体唇面由扇形块(3)、胎体楔面(4)、形成孔壁部分(5)和形成岩心部分(6)组成，整个胎体唇面呈楔形状。
2.根据权利要求1所述的胎体唇面呈楔形的金刚石钻头，其特征在于:所述胎体楔面(4)、形成孔壁部分(5)和形成岩心部分(6)均相对扇形块(3)倾斜。
3.根据权利要求2所述的胎体唇面呈楔形的金刚石钻头，其特征在于:所述胎体楔面(4)相对扇形块(3)的上表面倾斜角度为15?40度；所述形成孔壁部分(5)相对扇形块(3)的外侧表面倾斜角度为15?40度；所述形成岩心部分(6)相对扇形块(3)的内侧表面倾斜角度为15?40度。
【文档编号】E21B10/00GK104131783SQ201410405395
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】V.F.契霍特金, 段隆臣, 庞丰, 汤凤林 申请人:中国地质大学（武汉）