复合布齿冲击钻头的制作方法

本实用新型涉及钻井用钻头领域，具体是一种复合布齿冲击钻头。

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。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。冲击钻井方式更好地利用了坚硬岩石脆性大、不耐冲击的特点，能够提高硬地层的钻速。然而，钻头冲击齿的齿形及分布对岩石破碎效率、钻头使用寿命都有很大影响。现有技术中冲击钻头多采用球齿，单纯采用球齿钻头会降低破岩效率。

技术实现要素：

为了克服现有的钻头岩石破碎效率低的不足，本实用新型提供了一种复合布齿冲击钻头，以达到提高岩石破碎效率的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合布齿冲击钻头，复合布齿冲击钻头包括：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；多个锥齿，设置在内凹锥面上；多个球齿，分别设置在底部平面以及外侧斜面上。

进一步地，锥齿包括第一圆柱体和锥台，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，锥台的大径端与第一圆柱体的另一端固定连接。

进一步地，在第一圆柱体的轴线方向上，第一圆柱体的另一端与内凹锥面之间的距离为1mm至5mm。

进一步地，锥台的锥顶角为65°至80°，锥台的小径端直径为2mm至4mm，锥台的大径端直径为14mm至20mm，锥台的高度为8mm至13mm，第一圆柱体的直径与锥台的大径端直径相同。

进一步地，沿钻头本体的径向，多个锥齿在内凹锥面内形成至少两个直径不同的圆形锥齿阵列，在同一圆形锥齿阵列中，相邻两个锥齿之间的距离为第一圆柱体直径的1.5倍至2倍。

进一步地，球齿包括第二圆柱体和半球体，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，半球体的底面与第二圆柱体的另一端固定连接。

进一步地，在底部平面内，沿第二圆柱体的轴线方向，第二圆柱体的另一端与底部平面之间的距离为1mm至5mm；在外侧斜面内，沿第二圆柱体的轴线方向，第二圆柱体的另一端与外侧斜面之间的距离为1mm至5mm。

进一步地，半球体的底面直径为14mm至20mm，第二圆柱体的直径与半球体的底面直径相同。

进一步地，沿钻头本体的径向，多个球齿在底部平面和外侧斜面内分别形成多个直径不同的圆形球齿阵列，在同一圆形球齿阵列中，相邻两个球齿之间的距离为第二圆柱体直径的1.5倍至2倍。

进一步地，复合布齿冲击钻头还包括：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，在冲击钻井的过程中，本实用新型实施例可以通过锥齿提高破碎岩石的能力，增大破碎坑体积，有效提高破岩效率；在底部平面和外侧斜面上设置多个球齿，因为球齿齿尖的应力波峰幅值较小，可减小齿尖脆性破坏的风险，延长钻头的使用寿命。

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为本实用新型复合布齿冲击钻头实施例的结构示意图；

图2为图1中A-A向剖视图；

图3为本实用新型复合布齿冲击钻头实施例中锥齿的结构示意图；

图4为本实用新型复合布齿冲击钻头实施例中球齿的结构示意图。

图中附图标记：11、内凹锥面；12、底部平面；13、外侧斜面；20、锥齿；21、第一圆柱体；22、锥台；30、球齿；31、第二圆柱体；32、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复合布齿冲击钻头，该复合布齿冲击钻头包括钻头本体、多个锥齿20和多个球齿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。多个锥齿20设置在内凹锥面11上。多个球齿30分别设置在底部平面12以及外侧斜面13上。

在冲击钻井的过程中，本实用新型实施例可以通过锥齿20提高破碎岩石的能力，增大破碎坑体积，有效提高破岩效率；在底部平面12和外侧斜面13上设置多个球齿30，因为球齿30齿尖的应力波峰幅值较小，可减小齿尖脆性破坏的风险，延长钻头的使用寿命。

具体的，如图3所示，本实用新型实施例中的锥齿20包括第一圆柱体21和锥台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，锥台22的大径端与第一圆柱体21的另一端固定连接。

本实用新型实施例中的锥齿20通过该冲击端的端面嵌入至钻头本体内，该第一圆柱体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，上述锥台22完全置于钻头本体的外侧，并且锥台22通过焊接方式与第一圆柱体21固定连接。

本实用新型实施例中，锥台22的锥顶角θ为65°至80°，锥台22的小径端直径d为2mm至4mm，锥台22的大径端直径D1为14mm至20mm，锥台22的高度h为8mm至13mm。第一圆柱体21的直径W1与锥台22的大径端直径D1相同，在第一圆柱体21的轴线方向上，第一圆柱体21的另一端与内凹锥面11之间的距离为1mm至5mm。

需要说明的是，上述第一圆柱体21的直径大小根据不同的钻井条件进行选取，当第一圆柱体21的直径选取较大值时，第一圆柱体21的另一端与内凹锥面11之间的距离也应选取较大值；当第一圆柱体21的直径选取较小值时，第一圆柱体21的另一端与内凹锥面11之间的距离也应选取较小值。例如在第一圆柱体21的直径选取14mm时，第一圆柱体21的另一端与内凹锥面11之间的距离应选取1mm。

如图1所示，沿钻头本体的径向，多个锥齿20在内凹锥面11内形成至少两个直径不同的圆形锥齿阵列，在同一圆形锥齿阵列中，相邻两个锥齿20之间的距离为第一圆柱体21直径W1的1.5倍至2倍。本实用新型实施例中，同一圆形锥齿阵列中，相邻两个锥齿20之间的距离为20mm至30mm，该距离为相邻两个锥齿20之间的弧长距离。

具体地，本实用新型实施例中的圆形锥齿阵列为三个，沿钻头本体的径向由内向外，三个圆形锥齿阵列的直径逐渐增大。在同一圆形锥齿阵列中具有至少两个锥齿20，上述至少两个锥齿20沿该圆形锥齿阵列的圆周方向间隔均布，并且在同一圆形锥齿阵列中的每个锥齿20与钻头本体轴线之间的距离均相等。

如图4所示，球齿30包括第二圆柱体31和半球体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，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的半球体32扣置在第二圆柱体31的另一端上，半球体32的弧形面朝向外侧(远离第二圆柱体31的方向，图4上侧)，半球体32的底面与第二圆柱体31的另一端焊接固定，并且半球体32的直径D2与第二圆柱体31的直径W2相同，半球体32的直径D2与第二圆柱体31的直径W2均为14mm至20mm。

由于本实用新型实施例中的球齿30设置在底部平面12和外侧斜面13内，以下分别对球齿30的结构、形状以及分布情况进行说明，具体如下：

在底部平面12内，沿第二圆柱体31的轴线方向，第二圆柱体31的另一端与底部平面12之间的距离为1mm至5mm。

上述底部平面12内的第二圆柱体31的直径大小根据不同的钻井条件进行选取，当第二圆柱体31的直径选取较大值时，第二圆柱体31的另一端与底部平面12之间的距离也应选取较大值；当第二圆柱体31的直径选取较小值时，第二圆柱体31的另一端与底部平面12之间的距离也应选取较小值。例如在第二圆柱体31的直径选取14mm时，第二圆柱体31的另一端与底部平面12之间的距离应选取1mm。

沿钻头本体的径向，多个球齿30在底部平面12上形成多个直径不同的圆形球齿阵列，该圆形球齿阵列可与上述圆形锥齿阵列同心设置，在同一圆形球齿阵列中，相邻两个球齿30之间的距离为第二圆柱体31直径W2的1.5倍至2倍，本实用新型实施例中的相邻两个球齿30之间的距离为20mm至30mm，该距离为相邻两个球齿30之间的弧长距离。

如图1所示，本实用新型实施例中的球齿30在底部平面12上形成一个圆形球齿阵列，该圆形球齿阵列中，多个球齿30沿该圆形球齿阵列的圆周方向间隔均布，每个球齿30到钻头本体的轴线之间距离均相等。当然根据底部平面12的宽度不同，可以设置多组不同直径的圆形球齿阵列，例如在一种未图示的实施例中，底部平面12上可设置有两个圆形球齿阵列，沿钻头本体的径向由内向外，上述两个圆形球齿阵列的直径依次增大。

优选地，在外侧斜面13内也设置有相同结构的球齿30，沿第二圆柱体31的轴线方向，第二圆柱体31的另一端与外侧斜面13之间的距离为1mm至5mm。

上述外侧斜面13上的第二圆柱体31的直径大小根据不同的钻井条件进行选取，当第二圆柱体31的直径选取较大值时，第二圆柱体31的另一端与底部平面12之间的距离也应选取较大值；当第二圆柱体31的直径选取较小值时，第二圆柱体31的另一端与底部平面12之间的距离也应选取较小值。例如在第二圆柱体31的直径选取14mm时，第二圆柱体31的另一端与底部平面12之间的距离应选取1mm。

沿钻头本体的径向，多个球齿30在外侧斜面13上形成多个直径不同的圆形球齿阵列，该外侧斜面13上的圆形球齿阵列可与上述圆形锥齿阵列同心设置，在同一圆形球齿阵列中，相邻两个球齿30之间的距离为第二圆柱体31直径W2的1.5倍至2倍，本实用新型实施例中的相邻两个球齿30之间的距离为20mm至30mm。

如图1所示，本实用新型实施例中的球齿30在外侧斜面13上形成一个圆形球齿阵列，该圆形球齿阵列中，多个球齿30沿该圆形球齿阵列的圆周方向间隔均布，每个球齿30到钻头本体的轴线之间距离均相等。当然根据外侧斜面13的宽度不同，可以设置多组不同直径的圆形球齿阵列，例如在一种未图示的实施例中，外侧斜面13上可设置有三个圆形球齿阵列，沿钻头本体的径向由内向外，上述三个圆形球齿阵列的直径依次增大。

本实用新型实施例中的复合布齿冲击钻头还包括中心通道41、多个分流通道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41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的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：

在冲击钻井的过程中，本实用新型实施例可以通过锥齿20提高破碎岩石的能力，增大破碎坑体积，有效提高破岩效率；在底部平面12和外侧斜面13上设置多个球齿30，因为球齿30齿尖的应力波峰幅值较小，可减小齿尖脆性破坏的风险，延长钻头的使用寿命。

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。