双层球齿冲击钻头的制作方法

本实用新型涉及钻井用钻头领域，具体是一种双层球齿冲击钻头。

背景技术：

随着石油工业的发展以及勘探开发难度的增加，油气钻井不断向深层发展。深部地层硬度高、可钻性差，导致钻井速度慢、钻头寿命短等问题。

目前油气钻井手段主要有旋转切削钻井方式和冲击钻井方式两种。旋转切削钻井方式是通过在钻头上施加钻压使得钻头吃入地层，并利用钻头旋转时产生的刮削作用破碎岩石。旋转切削钻井方式适用于软或中硬地层，当遇到灰岩、花岗岩等硬地层时钻头吃入地层量少，甚至无法吃入地层，导致钻速较慢或者无法钻进，钻井周期长、成本高。而冲击钻井方式是在钻头上部安装一个冲击器，在钻进过程中，依靠高压流体驱动冲击器所产生的高频冲击力不断地施加给钻头，以达到破碎坚硬岩石的效果。坚硬岩石脆性大、不耐冲击，因此，冲击钻井方式能够显著提高硬地层的钻速。

为了达到高效破碎坚硬岩石的效果，要求冲击器施加给钻头的冲击能较大，单个钻头齿承受的冲击能也比较大，导致钻头齿易于脆性破坏。现有技术中同一个钻头的冲击齿的出露高度全部一致，一旦少数几个(如1-3个)钻头齿脆性破坏后，破坏的冲击齿无法实现有效冲击，降低了其冲击破岩效果，同时快速引起相邻位置的冲击齿破碎岩石量的增加，加速相邻冲击齿的磨损和脆性破坏。当此状态继续发展到一定程度后钻头失效，必须起钻更换钻头。

技术实现要素：

为了克服现有的钻头使用寿命低的不足，本实用新型提供了一种双层球齿冲击钻头，以达到提升钻头使用寿命的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双层球齿冲击钻头，双层球齿冲击钻头包括钻头本体，钻头本体的冲击端具有内凹锥面、底部平面和外侧斜面，内凹锥面、底部平面和外侧斜面沿钻头本体的径向由内向外依次设置；多个第一球齿，分别设置在内凹锥面、底部平面和外侧斜面上；多个第二球齿，分别设置在底部平面和外侧斜面上，在底部平面或外侧斜面内，第二球齿的轴向露出长度小于第一球齿的轴向露出长度。

进一步地，沿钻头本体的径向，多个第一球齿在底部平面和外侧斜面内分别形成多个直径不同的第一圆形球齿阵列，在同一个第一圆形球齿阵列中，两两相邻的第一球齿之间设有一个第二球齿。

进一步地，在同一个第一圆形球齿阵列中，第一球齿与相邻的第二球齿之间的距离为5mm至10mm。

进一步地，在同一个第一圆形球齿阵列中，第一球齿的轴向露出长度为1mm至5mm，第二球齿的轴向露出长度为1mm至3mm。

进一步地，沿钻头本体的径向，多个第一球齿在内凹锥面内形成至少一个第二圆形球齿阵列，在同一个第二圆形球齿阵列中，相邻两个第一球齿之间的距离为20mm至30mm。

进一步地，第一球齿包括第一圆柱体和第一半球体，第一圆柱体的一端位于冲击端内侧，第一圆柱体的另一端位于冲击端外侧，第一半球体的底面与第一圆柱体的另一端固定连接；第二球齿包括第二圆柱体和第二半球体，第二圆柱体的一端位于冲击端内侧，第二圆柱体的另一端位于冲击端外侧，第二半球体的底面与第二圆柱体的另一端固定连接。

进一步地，第一半球体的底面直径为14mm至20mm，第一圆柱体的直径与第一半球体的底面直径相同。

进一步地，第二半球体的底面直径为7mm至12mm，第二圆柱体的直径与第二半球体的底面直径相同。

进一步地，双层球齿冲击钻头还包括：中心通道，沿钻头本体的轴线方向设置在钻头本体内；多个分流通道，位于钻头本体内，分流通道的一端与中心通道连通，分流通道的另一端延伸至钻头本体的冲击端的端面处；多个第一排屑槽，设置在冲击端，第一排屑槽沿钻头本体的径向方向延伸，第一排屑槽的一端与分流通道的另一端连通；多个第二排屑槽，设置在钻头本体的外周壁上，第一排屑槽的另一端与第二排屑槽连接。

本实用新型的有益效果是，由于第一球齿的轴向露出长度大于第二球齿的轴向露出长度，在钻井过程中，轴向露出长度较高的第一球齿发生脆性破坏后，轴向露出长度较低的第二球齿能够继续冲击破碎岩石，从而延长了双层球齿冲击钻头的使用寿命，避免双层球齿冲击钻头过早失效而频繁起钻更换钻头，缩短了钻井周期。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中双层球齿冲击钻头的结构示意图；

图2为图1中A-A向剖面示意图；

图3为本实用新型实施例中双层球齿冲击钻头的第一球齿的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中双层球齿冲击钻头的第二球齿的结构示意图。

图中附图标记：11、内凹锥面；12、底部平面；13、外侧斜面；20、第一球齿；21、第一圆柱体；22、第一半球体；30、第二球齿；31、第二圆柱体；32、第二半球体；41、中心通道；42、分流通道；43、第一排屑槽；44、第二排屑槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1至图4所示，本实用新型实施例提供了一种双层球齿冲击钻头，双层球齿冲击钻头包括钻头本体、多个第一球齿20、多个第二球齿30。钻头本体的冲击端具有内凹锥面11、底部平面12和外侧斜面13。内凹锥面11、底部平面12和外侧斜面13沿钻头本体的径向由内向外依次设置。多个第一球齿20分别设置在内凹锥面11、底部平面12和外侧斜面13上。多个第二球齿30分别设置在底部平面12和外侧斜面13上，在底部平面12或外侧斜面13内，第二球齿30的轴向露出长度小于第一球齿20的轴向露出长度。

由于第一球齿20的轴向露出长度大于第二球齿30的轴向露出长度，在钻井过程中，轴向露出长度较高的第一球齿20发生脆性破坏后，轴向露出长度较低的第二球齿30能够继续冲击破碎岩石，从而延长了双层球齿冲击钻头的使用寿命，避免双层球齿冲击钻头过早失效而频繁起钻更换钻头，缩短了钻井周期。

沿钻头本体的径向，多个第一球齿20在底部平面12和外侧斜面13内分别形成多个直径不同的第一圆形球齿阵列，在同一个第一圆形球齿阵列中，两两相邻的第一球齿20之间设有一个第二球齿30。

在两两相邻的第一球齿20之间设置有一个第二球齿30，能够提升双层球齿冲击钻头在钻井过程中的使用寿命，可以有效缩短钻井时间。本实用新型实施例中的双层球齿冲击钻头在钻井过程中，由于底部平面12和外侧斜面13上的球齿易发生脆性破坏，因此在底部平面12和外侧斜面13上均设置有第一圆形球齿阵列，以达到延长钻头使用寿命的目的。但本实用新型并不限于上述布置方式，例如在一种未图示的实施例中，仅在底部平面12上设置第一圆形球齿阵列，或者仅在外侧斜面上设置第一圆形球齿阵列也应在本申请的保护范围内。

当然本实用新型实施例中的双层球齿冲击钻头中第一球齿20和第二球齿30的排布方式并不限于上述圆形阵列方式，具体排布方式可以根据钻井需要和钻井环境进行合理排布，此处并不再一一赘述。

具体地，在同一个第一圆形球齿阵列中，第一球齿20的轴向露出长度为1mm至5mm，第二球齿30的轴向露出长度为1mm至3mm。在同一个第一圆形球齿阵列中，第一球齿20与相邻的第二球齿30之间的间距D1为5mm至10mm，即第一球齿20与相邻的第二球齿30之间的弧长为5mm至10mm。

沿钻头本体的径向，多个第一球齿20在内凹锥面11内形成至少一个第二圆形球齿阵列，在同一个第二圆形球齿阵列中，相邻两个第一球齿20之间的间距D2为20mm至30mm，即相邻两个第一球齿20之间的弧长为20mm至30mm。

在另外一种未图示的实施例中，根据钻井的需要，也可以在内凹锥面11内设置第一圆形球齿阵列，在该未图示的实施例中，除上述特征外，其他特征均与上述实施例中的特征相同，在此不再一一描述。

当然，本实用新型实施例中的内凹锥面11内第一球齿20的排布方式并不限于圆形阵列方式，也可以根据等体积岩石破碎量设计排布，该排布方式与现有技术中的排布方式相同，此处不再描述。

如图3所示，本实用新型实施例中的第一球齿20包括第一圆柱体21和第一半球体22。第一圆柱体21的一端位于冲击端内侧，第一圆柱体21的另一端位于冲击端外侧，第一半球体22的底面与第一圆柱体21的另一端固定连接。本实用新型实施例中，在内凹锥面11内同一个第二圆形球齿阵列中，相邻两个第一球齿20之间的间距D2为1.5至2倍的第一半球体22的直径，即相邻两个第一球齿20之间的弧长为1.5至2倍的第一半球体22的直径。

本实用新型实施例中第一圆柱体21的一端位于钻头本体内部并与钻头本体固定连接，该第一圆柱体21的另一端位于钻头本体冲击端的外侧，上述第一半球体22完全置于钻头本体的外侧，并且第一半球体22与第一圆柱体21的另一端通过焊接固定。

本实用新型实施例中第一球齿20的轴向露出长度是指沿第一球齿20的轴向，第一圆柱体21的另一端距离该第一圆柱体21的安装平面的距离，例如当第一球齿20安装在底部平面12上时，第一球齿20的轴向露出长度为第一圆柱体21的顶端(安装有第一半球体22的一端)与底部平面12之间的轴向距离。

第一半球体22的底面直径L1为14mm至20mm，第一圆柱体21的直径与第一半球体22的底面直径相同。

本实用新型实施例中，当第一半球体22的底面直径L1选取较大值时，第一球齿20的轴向露出长度对应选取较大值，当第一半球体22的底面直径L1选取较小值时，第一球齿20的轴向露出长度应选取较小值。例如，当第一半球体22的底面直径L1选取20mm时，第一球齿20的轴向露出长度应选取5mm。

如图4所示，本实用新型实施例中的第二球齿30包括第二圆柱体31和第二半球体32。第二圆柱体31的一端位于冲击端内侧，第二圆柱体31的另一端位于冲击端外侧，第二半球体32的底面与第二圆柱体31的另一端固定连接。

本实用新型实施例中第二圆柱体31的一端位于钻头本体内部并与钻头本体固定连接，该第二圆柱体31的另一端位于钻头本体冲击端的外侧，上述第二半球体32完全置于钻头本体的外侧，并且第二半球体32与第二圆柱体31的另一端通过焊接固定。

本实用新型实施例中第二球齿30的轴向露出长度是指沿第二球齿30的轴向，第二圆柱体31的另一端距离该第二圆柱体31的安装平面的距离，例如当第二球齿30安装在底部平面12上时，第二球齿30的轴向露出长度为第二圆柱体31的顶端(安装有第二半球体32的一端)与底部平面12之间的轴向距离。

第二半球体32的底面直径L2为7mm至12mm，第二圆柱体31的直径与第二半球体32的底面直径相同。

本实用新型实施例中，当第二半球体32的底面直径L2选取较大值时，第二球齿30的轴向露出长度应对应选取较大值。当第二半球体32的底面直径L2选取较小值时，第二球齿30的轴向露出长度应对应选取较小值。例如，当第二半球体32的底面直径L2选取12mm时，第二球齿30的露出长度应选取3mm。

本实用新型实施例中的双层球齿冲击钻头还包括中心通道41、多个分流通道42(图2中仅绘制出一个分流通道42)和多个第一排屑槽43。如图2所示，中心通道41沿钻头本体的轴线方向设置在钻头本体内。中心通道41的一端靠近钻头本体的冲击端，中心通道41的另一端位于钻头本体远离冲击端的接合端，并且该中心通道的另一端与接合端的外侧连通。

多个分流通道42位于钻头本体内，每个分流通道42的结构均相同，以下仅以其中一个分流通道42的结构进行说明。分流通道42的一端与中心通道41连通，分流通道42另一端延伸至钻头本体的冲击端的端面处。本实用新型实施例中分流通道42与中心通道41之间具有夹角，分流通道42的另一端位于内凹锥面11内，上述多个分流通道42沿钻头本体的旋转方向，以圆形阵列的方式均匀排布。

上述多个第一排屑槽43设置在冲击端的端面内，每个第一排屑槽43的一端均与一个分流通道42的另一端对应并连通。上述第一排屑槽43沿钻头本体的径向方向延伸，并且每个第一排屑槽43的另一端均延伸至钻头本体的外周壁处。

钻头本体靠近冲击端的外周壁上开设有侧锥面，上述侧锥面上设置有多个第二排屑槽44，第二排屑槽44沿钻头本体的轴向方向设置。第一排屑槽43的另一端与第二排屑槽44连接。

以上中心通道41、分流通道42、第一排屑槽43和第二排屑槽44均为现有技术，此处不再对上述结构进行具体描述。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：由于第一球齿20的轴向露出长度大于第二球齿30的轴向露出长度，在钻井过程中，轴向露出长度较高的第一球齿20发生脆性破坏后，轴向露出长度较低的第二球齿30能够继续冲击破碎岩石，从而延长了双层球齿冲击钻头的使用寿命，避免双层球齿冲击钻头过早失效而频繁起钻更换钻头，缩短了钻井周期。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。