一种组合式扩孔钻头的制作方法

本实用新型属于钻孔设备技术领域，具体涉及一种组合式扩孔钻头。

背景技术：

大口径钻孔在石油、采矿行业应用非常广泛，而施工用的扩孔钻头没有成形的标准依据，施工过程中，大口径扩孔钻头大多由施工单位自己加工制造，在施工中钻头的钻进效率和使用寿命除了受钻压、转速、钻具组合、泥浆性能等钻进参数影响外，就直接与钻头的设计结构制造工艺息息相关。理论上切磨环状井桶岩层的钻速与钻头牙轮体(巴掌体)多少，转速和钻压成正比。钻头体与岩石接触面积增加，钻头所需扭矩增加，导致钻头体磨损程度进一步增多，这个对钻头的加工质量提出了更高的要求。然而现有技术中缺少对牙轮体结构的合理设计，极易引发扩孔钻头强度不够损坏、牙轮体在钻孔内脱落、牙轮体泥包等孔内事故，当孔斜过大时，钻进进尺过慢，起下钻次数过多，对整个施工过程的周期和质量产生影响。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种组合式扩孔钻头，通过优化扩孔钻头结构，进而减少孔内事故、牙轮体泥包、牙轮体脱落等现象，最大限度的降低孔斜，提高钻效，实现钻进过程的顺利施工。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种组合式扩孔钻头，包括导向翼板、导向护筒、单牙轮钻头、中心管、中板和背板护筒；

中心管的一端为钻进部，另一端为与钻杆或钻铤连接的连接部，中心管穿过中板并与中板固定连接，在中板的一侧，导向护筒穿套于中心管并与中心管和中板固定连接，若干单牙轮钻头圆周分布在导向护筒与中板的连接直角处，并分别与导向护筒及中板固定连接；若干导向翼板互相固定连接，形成具有角度的导向尖；且导向翼板穿过导向护筒，并分别与导向护筒、中心管和中板固定连接；在中心管上与单牙轮钻头对应位置的侧壁上开有若干出水口，出水口通过水管与单牙轮钻头的水口连通；

在中板的另一侧，背板护筒穿套于中心管并与中心管和中板固定连接；若干块背板圆周分布于中心管与背板护筒之间，并分别与中心管、中板和背板护筒固定连接。

优选地，若干导向翼板为圆周均布，且在导向翼板的外侧设有耐磨层。

优选地，导向翼板穿过导向护筒形成的空档处固定连接有导向堵板。

优选地，导向翼板与中心管钻进部的连接处设有缺口。

优选地，若干单牙轮钻头为圆周均布。

优选地，若干单牙轮钻头之间的中板设有豁口。

进一步优选地，所述豁口为圆弧形。

优选地，若干块背板为圆周均布，且数量和分布位置与单牙轮钻头一致。

优选地，背板与背板护筒形成的空档处固定连接有背板护板，且背板护筒于背板护板的连接处设有45°的倒角。

优选地，在背板护筒外侧固定连接有若干块圆周分布的保径钢板。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的组合式扩孔钻头，通过在中心管中部设置中板，在中板的一侧设置穿套于中心管的导向护筒，单牙轮钻头分布于导向护筒外侧，通过与导向护筒和中板的多点线焊接，增加单牙轮钻头的牢固度和使用过程中的安全系数。具有角度的导向翼板在扩孔钻头的钻进方向形成一个导向尖，一方面当孔斜较大时，可以起到纠正钻进轴线的作用，最大程度的降低孔斜；另一方面，导向翼板穿过导向护筒，并分别与导向护筒、中心管和中板固定连接，可以起到支撑、加固导向护筒的作用，使布置于导向护筒外侧的单牙轮钻头强度增大，不易脱落，而且单牙轮钻头强度的增大，也有利于提高扩孔钻头的钻进速度。设置出水口-水管-水口的压力冲洗液通道，可以对扩孔钻头钻进过程中切削的岩屑及时冲洗。在中板的另一侧圆周分布背板，并连接有背板护筒，可以进一步对中板进行加固，提升扩孔钻头的整体强度。同时，通过导向堵板和背板护板可以保护扩孔钻头的中心结构不受破坏，使岩屑不会进入扩孔钻头结构体内部，增加扩孔钻头的使用寿命。通过各结构的组合，形成了具有足够强度的扩孔钻头，使用中不易损坏，并且能够最大程度的降低孔斜，提高钻孔的效率。

进一步地，若干导向翼板为圆周均布，可以使扩孔钻头整体受力均匀，提高扩孔钻头的整体强度。

进一步地，导向翼板的外侧设有耐磨层，增加耐磨度，提高扩孔钻头的维护和更换费用。

进一步地，导向翼板穿过导向护筒形成的空档处固定连接有导向堵板，导向堵板将导向翼板分割的空间封堵，减少在钻进过程泥浆冲洗液对导向翼板造成的流体冲击，降低导向翼板在钻孔中承受的力矩，避免了钻孔中不确定因素引起的导向翼板脱落。

进一步地，导向翼板与中心管钻进部的连接处设有缺口，该缺口形成了一个泥浆冲洗液的通流间隙，也是为了进一步减少在钻进过程泥浆冲洗液对导向翼板造成的流体冲击，降低导向翼板在钻孔中承受的力矩，避免了钻孔中不确定因素引起导向翼板受力过大而造成意外脱落。

进一步地，若干单牙轮钻头为圆周均布，使扩孔钻头的受力均匀。

进一步地，若干单牙轮钻头之间的中板设有豁口，增加携带岩屑的冲洗液上反通流间隙。

更进一步地，所述豁口为圆弧形，使携带岩屑的冲洗液流动更加顺利。

进一步地，若干块背板为圆周均布，且数量和分布位置与单牙轮钻头一致，可以在中板的背面对单牙轮钻头提供有力支撑，进一步增加扩孔钻头的强度。

进一步地，背板护筒于背板护板的连接处设有45°倒角，减少钻头在提钻过程中的卡涩，避免磕碰损伤；相比其他角度，大倒角的设计，进一步减少了在提钻过程中扩孔钻头与孔壁的剐蹭。

进一步地，在背板护筒外侧固定连接有若干块圆周分布的保径钢板，能够对组合式扩孔钻头本体进行有效保护，避免在钻进过程中对组合式扩孔钻头本体造成磨损，修复时，只需要对保径钢板进行补焊；损伤严重时，只需要更换保径钢板，节约了成本、减少了维修时间

附图说明

图1为本实用新型的正视结构示意图；

图2为本实用新型的A-A向结构示意图；

图3为本实用新型的B-B向结构示意图；

图4为本实用新型的导向翼板形状和位置的局部示意图；

图中，1-耐磨层，2-导向翼板，3-导向堵板，4-导向护筒，5-单牙轮钻头，6-中心管，7-中板，8-背板护筒，9-背板护板，10-保径钢板，11-背板，12-连接板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型公开的一种组合式扩孔钻头整体结构如图1，包括导向翼板2、导向护筒4、单牙轮钻头5、中心管6、中板7和背板护筒8；

中心管6的一端为钻进部，另一端为与钻杆或钻铤连接的连接部，中心管6穿过中板7并与中板7固定连接，在中板7的一侧，导向护筒4穿套于中心管6并与中心管6和中板7固定连接，若干单牙轮钻头5圆周均布在导向护筒4与中板7的连接直角处，并分别与导向护筒4及中板7固定连接。如图2，在单牙轮钻头5之间的中板7开有豁口，豁口优选圆弧形。若干导向翼板2圆周均布，互相固定连接，形成具有角度的导向尖，导向翼板2的外侧设有粉末合金或合成材料制成的的耐磨层1。单块导向翼板2的形状如图4，前端具有一定的角度，导向翼板2穿过导向护筒4，并分别与导向护筒4、中心管6和中板7固定连接，导向翼板2与中心管6钻进部的连接处割去一块，形成与导向翼板2外侧平行的缺口。导向翼板2穿过导向护筒4形成的空档处固定连接有导向堵板3；在中心管6上与单牙轮钻头5对应位置的侧壁上开有若干出水口，出水口通过水管与单牙轮钻头5的水口连通；

如图3，在中板7的另一侧，背板护筒8穿套于中心管6并与中心管6和中板7固定连接，背板护筒8于背板护板9的连接处设有倒角，倒角度数优选为45°；若干块背板11圆周均布于中心管6与背板护筒8之间，并分别与中心管6、中板7和背板护筒8固定连接，且数量和分布位置与单牙轮钻头5一致，能够给单牙轮钻头5提供可靠支撑，背板11与背板护筒8形成的空档处固定连接有背板护板9；在背板护板9的上固定连接有若干块圆周分布的保径钢板10，可以在保径钢板10外侧增加合金抗磨层。

下面结合实施例对本实用新型的组合式扩孔钻头进行进一步地解释：

在瓦斯抽排放钻孔项目中，施工需要进行大口径钻孔，该钻孔施工为多级扩孔，Φ1130mm钻头为最后一级扩孔，应用本实用新型的扩孔钻头的技术方案要点为：

Φ1130mm扩孔钻头，包括Φ203mm×2000mm中心管6，中板7，背板11，背板护筒8，Φ311牙轮钻头(成型)，导向护筒4，导向翼板2。

1、该组合式扩孔钻头选用Φ203钻铤作为中心管6，与上部钻铤(或钻杆)连接螺纹选用630扣型；中板7焊接在中心管6中部；

2、该组合式扩孔钻头最下端为6块均匀分布的δ30mm钢板组成导向翼板2，环绕焊接于中心管6，导向翼板2为下大上小型，下部配合上级扩孔尺寸(820mm)控制回转外径，导向翼板2上部穿于下述的导向护筒4，底部与中板7进行焊接，导向翼板2与孔壁接触的一侧涂有粉状合金的耐磨层1，增加耐磨系数；

3、该组合式扩孔钻头中部是由Φ780×16mm无缝套管作为)，导向护筒4，套于中心管6外层，与中心管6形成同轴异径形式，焊接牢靠；

4、该组合式扩孔钻头选用Φ311牙轮钻头体9个作为单牙轮钻头9，均匀分布焊接于中板7下平面，导向护筒4周围，确认焊接牢固后，由于市面上Φ311牙轮钻头体尺寸的限制，采用δ16mm钢板作为连接板12，将9个单牙轮钻头5与中板7、导向护筒4焊接；

5、该组合式扩孔钻头中板7上平面有9块连接背板11，与单牙轮钻头5的分布位置相对应，背板1穿有背板护筒8，背板护筒8的下端面与中板7焊接，上端面由δ12mm钢板作为背板护板9封堵，封堵时注意形成50×45°倒角，减少对孔壁的剐蹭；

6、该组合式扩孔钻头背板护筒8周围有9块保径钢板10，保径钢板10外侧涂有粉状合金，以保护组合式扩孔钻头。

上述组合式扩孔钻头的加工步骤如下：

1、下料：

(1)、中心管1节，Φ203钻铤；

(2)、导向翼板6块，δ30mm；

(3)、导向护筒1节，Φ780×16mm；

(4)、中板1块，δ50mm；

(5)、背板9块，δ20mm；

(6)、背板护筒1节，Φ920×16mm；

(7)、保径钢板9块，δ50mm；

(8)、背板护板1块，δ12mm；

(9)、导向翼板堵板，δ12mm

2、单牙轮钻头选择：

根据施工需要进行具体选择，牙轮钻头采用现有型号；

3、加工：

(1)、为了能够在钻进过程中对钻头体形成足够的冲洗压力，在中心管焊接单牙轮钻头的位置钻Φ25mm孔3个，通过水管连接到单牙轮钻头上的水口，形成压力冲洗液的通道，由于钻头体焊接形成环装间隙，冲洗液可以通过环状间隙到达钻头体水口，对钻头体钻进过程中的切削岩屑进行及时冲洗。

(2)、螺纹加工：中心管上部按照规范要求，加工630扣型。

(3)、焊接：

根据加工工艺需求以及方便工人加工方面考虑，按照如下顺序进行焊接加工。

a、将中板与中心管进行焊接；

b、将9块连接背板与中板、中心管焊接，连接背板均匀分布焊接在中板上面；

c、将背板护筒套入背板，将背板护筒与背板、中板焊接，并将背板护筒与中心管形成的环状间隙用12mm钢板进行封堵，封堵时注意形成50×45°倒角，减少钻头在提钻过程中的卡涩；

d、将Φ780×16mm的导向护筒，套在中心管外并排布在中板中心，焊接牢靠；

e、将Φ311牙轮钻头体9个，与背板相对应，均匀定位焊焊接在中板正面，确认焊接牢固后，采用16mm钢板将9个牙轮体与中板、导向护筒焊接；

f、将6块导向翼板均匀排布，焊接于中心管下部，导向翼板上部与中板进行焊接，一侧与中心管焊接，一侧与导向护筒焊接，在钻头最底部形成导向尖，焊接完成后再对导向护筒与中心管、导向翼板分割的6处空档采用12mm钢板进行封堵；

g、将9块保径钢板均匀排布在背板护筒周围，进行焊接；

h、对导向翼板、保径钢板钎焊粉状合金。

i、将牙轮体与牙轮体之间的中板进行气割去豁口，增加携带岩屑的冲洗液上反通流间隙；

j、对主要焊缝进行打磨、探伤，完成组合式扩孔钻头的加工。