一种适用于沙地的勘探钻头的制作方法

本发明涉及勘探部件技术领域，具体地，涉及一种适用于沙地的勘探钻头。

背景技术：

钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破粹岩石、形成井眼；旋转钻头是目前石油行业普遍使用的钻头，在机械的带动下旋转钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。

目前石油行业使用的钻头有很多种类，以不同的钻进方式为根据对钻头进行分类，可以将其分为金刚石钻头、牙轮钻头与刮刀钻头，这几类钻头对于岩石硬层有着显著的破碎效率，但是却不适用于沙地勘探，这是因为沙地的自身特性，内部沙石较多，破坏性强的钻头无法发挥自身优势，并且在钻进过程中，常规钻头周围会受到井眼附近的沙层倾塌，使得钻头外表面被充分覆盖，这样钻头依靠钻机的扭力就会大幅增大，所以整体耗能增加，钻头故障率也相对提高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于沙地的勘探钻头。

本发明公开的一种适用于沙地的勘探钻头，包括上钻体、下钻体和隔沙套管，上钻体和下钻体均为中空结构，下钻体的内部设有水循环隔离层，水循环隔离层和下钻体的内部构成一个散热介质腔，上钻体与下钻体的顶部固定连接，上钻体内对称开设有能够与散热介质腔内相连通的进水腔和返程腔，下钻体的底部设有多个刀翼，隔沙套管套设在上钻体的外部，且二者之间预留有上料间距，隔沙套管的上下两端内分别设有一个脱离器，并且其通过两个脱离器与上钻体的外壁铰接配合，上钻体的外部设有第一螺旋叶片，水循环隔离层的内部设有第二螺旋叶片，第二螺旋叶片的上端安装有水流吸能器，水流吸能器处于进水腔内，下钻体的底端开设有进料口，进料口内设有格挡环形柱，该格挡环形柱贯穿至水循环隔离仓的底端内，并用以将散热介质腔与进料口相隔绝。

进一步地，刀翼的数量至少为四个，并且依次沿下钻体的周向间隔设置，刀翼外表面设有多个破碎凸起，破碎凸起外表面开设有多个破碎孔，刀翼为聚晶金刚石复合片材质制成。

进一步地，脱离器包括支撑环、给油环和多个加强筋，给油环为中空结构，并且其固定在隔沙套管的内壁，支撑环设于给油环的内圈，且二者同心，支撑环的内侧面开设有导向环形槽，支撑环的外侧面通过多个加强筋与给油环的内侧面连接，所有加强筋中至少有一个加强筋为中空结构，并且其两端分别与导向环形槽以及给油环内相连通，隔沙套管的外表面开设有注油孔，注油孔与给油环内相连通，上钻体的外壁套设有能够与导向环形槽内旋转配合的错开钢环。

进一步地，水循环隔离层为沿下钻体的周向环绕而成的环形筒，上钻体的底部和下钻体的顶部均为敞口结构，环形筒的上表面与下钻体的上表面相齐平，环形筒的顶端套设有能够将下钻体上表面覆盖的环形密封板，环形密封板的外径小于下钻体顶端的外径，并用以将散热介质腔的上端敞口闭合，环形密封板与下钻体上表面固定连接，上钻体的下表面开设有避让槽，避让槽能够供上钻体避开环形密封板并且与下钻体的上表面相紧贴。

进一步地，进水腔和返程腔均开设在上钻体的内壁和外壁之间，进水腔和返程腔均自上而下贯穿上钻体，水流吸能器包括液轮、伞齿一、伞齿二以及传动主轴，传动主轴呈竖直轴接在环形筒内，传动主轴的上半段延伸至上钻体内，第二螺旋叶片套设在传动主轴上，伞齿一固定套设在传动主轴的顶端，伞齿二安装在伞齿一的旁侧，并且二者相啮合，液轮轴接在进水腔的内部，液轮与伞齿二同轴固定连接，环形密封板上开设有两个衔接口，两个衔接口分别与进水腔和返程腔相连通。

进一步地，第二螺旋叶片的螺旋圈数至少为三圈，第二螺旋叶片至少有1/3的部分延伸至上钻体内部，上钻体的外部开设有出料口，出料口处于第二螺旋叶片的上方。

进一步地，两个支撑环分别处于第一螺旋叶片的上方和下方，每个脱离器内的所有加强筋中相邻的两个加强筋之间构成一个脱料口，出料口对应第一螺旋叶片的上段螺距间。

进一步地，上钻体的顶部安装有公接头，公接头的底部设有密封垫，密封垫上开设有两个分别能够将进水腔和返程腔的敞口裸露在外的缺口。

进一步地，隔沙套管的底端延伸至对应刀翼的顶端层，隔沙套管上表面的水平高度低于上钻体的上表面水平高度，隔沙套管的顶端外表面开设有内螺纹。

有益效果：本发明的一种适用于沙地的勘探钻头，上钻体通过公接头连接钻机主轴；连接上钻体的钻杆乃是螺旋式钻杆；并且此类钻杆内部会设有与进水腔和返程腔分别互通的导流通道，用以形成一个冷水循环水道；密封垫用以在上钻体连接输出轴/钻杆本体后，使进水腔和返程腔的敞口得到保护，不会发生泄漏；隔沙套管依靠内螺纹连接延伸套管；随后下钻体开始下降，依靠钻机作用力，发生转动，并依靠刀翼实施破碎地表层，并形成勘探井眼，随后下钻体率上钻体持续进入，该过程中，地表内井眼周边区域的结构层会存在大量沙石，此时沙石发生倾塌，那么此时隔沙套管就会构成对上钻体和下钻体的保护，确保不会被周边沙层覆盖导致旋转力矩增大；同时为了减少下钻体前端刀翼部分的前进阻力，此时第一螺旋叶片会由于上钻体的转动特性，依靠其结构特性，带动刀翼区域的沙石上升；由于刀翼是聚晶金刚石复合片材质，该类材质强度和韧性好，但是散热效果不好，同时由于沙地特性，刀翼和下钻体周边会产生大量热量，所以此时进水腔内会被注有高压水源，高压水源会在水循环隔离层内流动，产生换热效果，并依靠返程腔回到地面，以此达到换热目的；并且高压水源流动力促使了水流吸能器工作，并使得第二螺旋叶片转动，使得抵触着下钻体底端部分的沙石在依靠进料口进入水循环隔离层内后，由第二螺旋叶片实施上升，第一螺旋叶片和第二螺旋叶片的同步搭配，使得沙石被输送快，下钻体破碎端的沙石阻力大幅减轻，本发明能够充分适用于沙地的勘探作业。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的立体结构示意图一；

图2为本发明的立体结构示意图二；

图3为图2中a处放大图；

图4为本发明的平面结构示意图一；

图5为图4中b处放大图；

图6为本发明的立体拆分结构示意图一；

图7为图6中c处放大图；

图8为本发明的平面结构示意图二；

图9为本发明的立体拆分结构示意图二；

图10为图9中d处放大图；

图11为本发明的立体拆分结构示意图三；

图12为本发明的局部立体结构示意图一；

图13为本发明的局部立体结构示意图二；

附图标记说明：上钻体1，进水腔1a，返程腔1b，错开钢环1c，出料口1r。

下钻体2，散热介质腔2a，进料口2b，格挡环形柱2c。

刀翼3，破碎孔3a，破碎凸起3b。

水循环隔离层4，环形密封板4a，衔接口4b，第二螺旋叶片4c，液轮4d，伞齿一4e，伞齿二4f，传动主轴4r。

隔沙套管5，第一螺旋叶片5a，注油孔5b。

支撑环6，导向环形槽6a，加强筋6b，给油环6c，脱料口6d。

公接头7，密封垫7a。

内螺纹8。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1至图13所示的一种适用于沙地的勘探钻头，包括上钻体1、下钻体2和隔沙套管5，上钻体1和下钻体2均为中空结构，下钻体2的内部设有水循环隔离层4，水循环隔离层4和下钻体2的内部构成一个散热介质腔2a，上钻体1与下钻体2的顶部固定连接，上钻体1内对称开设有能够与散热介质腔2a内相连通的进水腔1a和返程腔1b，下钻体2的底部设有多个刀翼3，隔沙套管5套设在上钻体1的外部，且二者之间预留有上料间距，隔沙套管5的上下两端内分别设有一个脱离器，并且其通过两个脱离器与上钻体1的外壁铰接配合，上钻体1的外部设有第一螺旋叶片5a，水循环隔离层4的内部设有第二螺旋叶片4c，第二螺旋叶片4c的上端安装有水流吸能器，水流吸能器处于进水腔1a内，下钻体2的底端开设有进料口2b，进料口2b内设有格挡环形柱2c，该格挡环形柱2c贯穿至水循环隔离仓的底端内，并用以将散热介质腔2a与进料口2b相隔绝。

刀翼3的数量至少为四个，并且依次沿下钻体2的周向间隔设置，刀翼3外表面设有多个破碎凸起3b，破碎凸起3b外表面开设有多个破碎孔3a，刀翼3为聚晶金刚石复合片材质制成；刀翼3随上钻体1和下钻体2转动，刀翼3依靠破碎凸起3b对岩石实施挤压、击打和研磨作用；破碎孔3a提高破碎凸起3b和岩石层外表面接触时的摩擦力，加快破碎效率；聚晶金刚石复合片材质使得刀翼3稳定性强，具有高强度与抗冲击韧性。

脱离器包括支撑环6、给油环6c和多个加强筋6b，给油环6c为中空结构，并且其固定在隔沙套管5的内壁，支撑环6设于给油环6c的内圈，且二者同心，支撑环6的内侧面开设有导向环形槽6a，支撑环6的外侧面通过多个加强筋6b与给油环6c的内侧面连接，所有加强筋6b中至少有一个加强筋6b为中空结构，并且其两端分别与导向环形槽6a以及给油环6c内相连通，隔沙套管5的外表面开设有注油孔5b，注油孔5b与给油环6c内相连通，上钻体1的外壁套设有能够与导向环形槽6a内旋转配合的错开钢环1c；隔沙套管5用以对上钻体1和下钻体2周边的沙石构成抵触；这是因为沙地土地的结构特殊性，在上钻体1和下钻体2依靠刀翼3旋入地表内后，形成井眼后，井眼周边的土地结构，即沙层会发生松塌，这样会积累在上钻体1和下钻体2上，使得上钻体1和下钻体2后续依靠钻机转动时的扭力大幅提升，使得上钻体1和下钻体2工作环境变恶劣；所以上钻体1和下钻体2在转动过程中，隔沙套管5仅仅构成保护作用，其内部的上料间距仅仅提供部分破碎后的沙源通过；为了促使第一螺旋叶片5a随上钻体1工作的时候依靠其旋转性带动沙土上升，所以隔沙套管5必须是静态/非旋转的，所以此时上钻体1和下钻体2在转动过程中，乃是依靠错开钢环1c发生转动，具体是：上钻体1和下钻体2转动过程中，错开钢环1c和导向环形槽6a内部旋转配合，使得了隔沙套管5既可以和上钻体1保持连接，也使得了隔沙套管5不随上钻体1转动，仅仅随上钻体1发生轴向式位移而已；注油孔5b乃是用以定期排润滑油到导向环形槽6a内，确保错开刚环工作的稳定性以及其使用寿命提高，降低返修率。

水循环隔离层4为沿下钻体2的周向环绕而成的环形筒，上钻体1的底部和下钻体2的顶部均为敞口结构，环形筒的上表面与下钻体2的上表面相齐平，环形筒的顶端套设有能够将下钻体2上表面覆盖的环形密封板4a，环形密封板4a的外径小于下钻体2顶端的外径，并用以将散热介质腔2a的上端敞口闭合，环形密封板4a与下钻体2上表面固定连接，上钻体1的下表面开设有避让槽，避让槽能够供上钻体1避开环形密封板4a并且与下钻体2的上表面相紧贴；进水腔1a会将冷水介质打入至散热介质腔2a内，并充分在散热介质腔2a内流动，并通过返程腔1b构成上流；环形密封板4a乃是防止了处于散热介质腔2a内的冷水介质窜流到上钻体1的内部，即非进水腔1a和返程腔1b内；上钻体1和下钻体2可采用氧化电焊实施连接。

进水腔1a和返程腔1b均开设在上钻体1的内壁和外壁之间，进水腔1a和返程腔1b均自上而下贯穿上钻体1，水流吸能器包括液轮4d、伞齿一4e、伞齿二4f以及传动主轴4r，传动主轴4r呈竖直轴接在环形筒内，传动主轴4r的上半段延伸至上钻体1内，第二螺旋叶片4c套设在传动主轴4r上，伞齿一4e固定套设在传动主轴4r的顶端，伞齿二4f安装在伞齿一4e的旁侧，并且二者相啮合，液轮4d轴接在进水腔1a的内部，液轮4d与伞齿二4f同轴固定连接，环形密封板4a上开设有两个衔接口4b，两个衔接口4b分别与进水腔1a和返程腔1b相连通；上钻体1会和钻杆连通，钻杆会定制有设定结构，与进水腔1a和返程腔1b连通，并用以提供冷水介质到进水腔1a内，以达到对上钻体1和下钻体2的散热目的；由于进水腔1a是竖直贯穿上钻体1的，那么冷水介质经高压泵的输送，即高压水源，在通过进水腔1a的时候，势必会接触到液轮4d，液轮4d设置的角度，即使其叶片面可以和水流充分接触，这样使得了液轮4d可发生由于受到了水流的冲击力而产生的转动；由于液轮4d的转动，促使了伞齿二4f转动，并间接啮合了伞齿一4e，促使了传动主轴4r发生转动，继而使得第二螺旋叶片4c也发生了转动，由于第二螺旋叶片4c转动，促使了下钻体2底端接触的沙源可被第二螺旋叶片4c作用力带动上升，继而降低了下钻体2的前进阻力。

第二螺旋叶片4c的螺旋圈数至少为三圈，第二螺旋叶片4c至少有1/3的部分延伸至上钻体1内部，上钻体1的外部开设有出料口1r，出料口1r处于第二螺旋叶片4c的上方；出料口1r用以供下钻体2底端接触的沙石经格挡环形柱2c过渡至环形筒内，而后经第二螺旋叶片4c的转动，促使这些沙石逐步上升，并由出料口1r脱离上钻体1内。

两个支撑环6分别处于第一螺旋叶片5a的上方和下方，每个脱离器内的所有加强筋6b中相邻的两个加强筋6b之间构成一个脱料口6d，出料口1r对应第一螺旋叶片5a的上段螺距间；碎沙石经出料口1r脱离上钻体1内后，会到达第一螺旋叶片5a上，并与第一螺旋叶片5a上的沙石构成汇流，并和第一螺旋叶片5a作用力发生上升；连接上钻体1的钻杆乃是螺旋式钻杆，用以接纳输送上来的沙石；采用两个螺旋叶片目的乃是，当下钻体2旋入沙地内后，由于堆积的沙石特性，促使下钻体2的前进阻力大，然而依靠刀翼3对沙层区域破碎效果不理想，所以前期需要第一螺旋叶片5a和第二螺旋叶片4c的同步配合，继而极大减小下钻体2的前进阻力。

上钻体1的顶部安装有公接头7，公接头7的底部设有密封垫7a，密封垫7a上开设有两个分别能够将进水腔1a和返程腔1b的敞口裸露在外的缺口；公接头7用以连接钻机主轴；密封垫7a用以在连接输出轴后，进水腔1a和返程腔1b的敞口得到保护，不会发生泄漏。

隔沙套管5的底端延伸至对应刀翼3的顶端层，隔沙套管5上表面的水平高度低于上钻体1的上表面水平高度，隔沙套管5的顶端外表面开设有内螺纹8；隔沙套管5的底端距离刀翼3留有供刀翼3率先接触岩石层的间距；其目的仅仅用对与上钻体1和下钻体2周边防沙保护，确保不会被周边沙层覆盖导致旋转力矩增大；隔沙套管5的顶端内螺纹8用以连接加长型的延伸套管，即第一个隔沙套管5乃是和上钻体1固定连接的，后续延伸套管是和隔沙套管5螺接式逐渐延伸的，延伸目的是下钻体2下入土地深层内后，可确保持续性的防沙保护。

工作原理：上钻体1通过公接头7连接钻机主轴；连接上钻体1的钻杆乃是螺旋式钻杆；并且此类钻杆内部会设有与进水腔1a和返程腔1b分别互通的导流通道，用以形成一个冷水循环水道；密封垫7a用以在上钻体1连接输出轴/钻杆本体后，使进水腔1a和返程腔1b的敞口得到保护，不会发生泄漏；隔沙套管5依靠内螺纹8连接延伸套管；随后下钻体2开始下降，依靠钻机作用力，发生转动，并依靠刀翼3实施破碎地表层，并形成勘探井眼，随后下钻体2率上钻体1持续进入，该过程中，地表内井眼周边区域的结构层会存在大量沙石，此时沙石发生倾塌，那么此时隔沙套管5就会构成对上钻体1和下钻体2的保护，确保不会被周边沙层覆盖导致旋转力矩增大；同时为了减少下钻体2前端刀翼3部分的前进阻力，此时第一螺旋叶片5a会由于上钻体1的转动特性，依靠其结构特性，带动刀翼3区域的沙石上升；由于刀翼3是聚晶金刚石复合片材质，该类材质强度和韧性好，但是散热效果不好，同时由于沙地特性，刀翼3和下钻体2周边会产生大量热量，所以此时进水腔1a内会被注有高压水源，高压水源会在水循环隔离层4内流动，产生换热效果，并依靠返程腔1b回到地面，以此达到换热目的；并且高压水源流动力促使了水流吸能器工作，并使得第二螺旋叶片4c转动，使得抵触着下钻体2底端部分的沙石在依靠进料口2b进入水循环隔离层4内后，由第二螺旋叶片4c实施上升，第一螺旋叶片5a和第二螺旋叶片4c的同步搭配，使得沙石被输送快，下钻体2破碎端的沙石阻力大幅减轻。

上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。