一种减压提速PDC金刚石钻头的制作方法

一种减压提速pdc金刚石钻头
技术领域
1.本发明主要涉及金刚石钻头技术领域，具体涉及一种减压提速pdc金刚石钻头。


背景技术：

2.为了开采地下的油气资源，需要利用钻具钻穿地下地层；这些钻具从地面到地下一般依次包括井架、转盘、方钻杆、钻杆、钻铤和钻头；其中钻头对地层进行切削从而钻进井眼。钻头切削地层的同时在井底产生大量的岩屑，为了把这些岩屑清除到地面，在钻进的同时必须通过钻柱内部注入钻井液，这些钻井液从钻头喷出并经过钻柱与地层之间的环形空间返回到地面，从而把岩屑携带到地面。然而，钻井液对井底产生一个非常大的液柱压持力，例如，对于一个3000米深的井眼，使用密度为1.1g/cm3的钻井液钻井，这样的压力将达到33mpa。现有钻头的水孔出口方向是沿着井深方向向下，且与钻头轴线正方向夹角为0
°
～60
°
，钻井液从水孔流出后直接冲击井底，在巨大的压持力作用下，钻头切削下来的岩屑被压持在井底，从而不利于岩屑的清除，极大地降低了岩屑清除效率。现有技术中的钻头普遍在钻体上设置螺旋形的排屑槽，将泥浆从排屑槽排出。
3.此外在深井和超深井的钻井过程中，巨大的钻井液液柱压持力，造成钻头的重复破碎；对于地层比较复杂的井段，比如对含砾粗砂岩地层，钻头最外围的牙齿受力状态比较恶劣，极易出现磨损失效、断齿、碎齿或脱落等现象，导致钻头失去攻击性，钻速下降，降低了钻井效率，增加了钻井成本。由此如何减小压力进行排除碎屑，以及如何在巨大压力下减小对钻头的损害，减少切削齿的断齿、碎齿是一个亟待解决的问题。
4.现有技术中，申请号为cn202011373587.2的专利公开了一种破岩pdc金刚石钻头，包括本体，设于本体上的固定切削的刀翼，刀翼设有至少三个，位于两个相邻的刀翼之间均设有牙掌，牙掌上设有牙轮，牙轮上设有第一切削齿，刀翼上设有主切削层，每个刀翼的侧部均设有喷水孔。该专利虽然能够在硬地层中进行钻取，金刚石刀粒不容易崩坏，但是该专利只是针对硬地层中钻头容易崩坏的技术问题，是对钻头本身的设计，没有涉及到在压力较大时如何排碎屑的技术问题，也无法针对在较大压力中如何有效保护切削齿的技术问题。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题本发明提供了一种减压提速pdc金刚石钻头，包括调控机构、实施机构，所述的实施机构安装在调控机构上，所述的调控机构包括固定部件、传动部件、间歇部件；实施机构包括钻头部件和抽取部件；所述的钻头部件上设置有切削齿；所述的传动部件转动时带着间歇部件下降，所述的间歇部件在下降时转动，并推动钻头部件在固定部件上滑动松开对切削齿的定位，所述的间歇部件上设置有伸缩部件，在间歇部件下降时，带着伸缩部件与钻头部件配合，调整切削齿位置实现更换切削齿；所述的抽取部件在传动部件转动时，转动抽取碎屑。
6.进一步地，所述的间歇部件包括斜面支座、转动架，所述的传动部件在斜面支座上
转动，挤压所述的斜面支座下降；所述的转动架上设置有下滚轮，所述的下滚轮在斜面支座上滑动时带动转动架转动，所述的转动架驱动所述的钻头部件在固定件上滑动将切削齿松开。通过一个传动部件能驱动多个部件同时运转，效率更高。
7.进一步地，所述的钻头部件包括固定座架、水平架、刀盘，所述的固定座架安装在固定部件上，所述的固定座架上转动安装有转动齿轮；所述的水平架滑动安装在固定部件上，所述的水平架上通过连杆设置有滑块，所述的滑块对刀盘进行定位，所述的刀盘转动安装在固定部件上，所述的刀盘上固定安装有侧齿轮，所述的侧齿轮与伸缩部件配合。
8.进一步地，所述的伸缩部件包括内圆座，所述的内圆座固定安装在斜面支座上，所述的内圆座内固定安装有气缸，在气缸的输出端上安装有支撑架，所述的支撑架上设置有上滚轮，所述的上滚轮驱动斜块架在内圆座上滑动，所述的斜块架上固定安装有内齿条，所述的内齿条与所述的侧齿轮配合。
9.进一步地，所述的传动部件包括带爪齿圈，所述的带爪齿圈转动安装在固定部件上，所述的带爪齿圈与棘爪配合，所述的棘爪上通过圆轮固定安装有传动辊；所述的带爪齿圈转动时带动抽取部件对碎屑进行抽取。
10.进一步地，所述的抽取部件包括外齿轮，所述的外齿轮与所述的带爪齿圈配合，所述的外齿轮上固定安装有螺旋刀。
11.进一步地，所述的固定部件包括保护壳，所述的保护壳内固定安装有安装座和中心座，所述的中心座上固定安装有支柱，所述的中心座上设置有大弹簧。
12.进一步地，所述的钻头部件设置有若干组。设置多组更利于钻地操作。
13.进一步地，所述的抽取部件设置有若干组，所述的抽取部件与所述的钻头部件设置的数量相同。多组抽取部件，排碎屑的效率更高。
14.本发明与现有技术相比的有益效果是：1、本发明能通过钻头部件对切削齿进行定位，当需要使用切削齿时通过传动部件和间歇部件的配合，带着钻头部件松开对切削齿的定位，将切削齿改变位置，调换新的切削齿进行使用，实现周期性更换切削齿的功能，减少长期使用一个切削齿导致断齿的情况，从而整体保护钻头；2、通过传动部件能驱动抽取部件转动，抽取部件将井底的碎屑主动往上抽送，改变原有的排碎屑方式，大大提高了排碎屑的效率；3、通过调控机构与实施机构的配合，能够在深度较大的井底，在较大压力的情况下，最大程度减少压力对切削齿以及排碎屑的影响。
附图说明
15.图1为本发明整体示意图。
16.图2为本发明调控机构剖面示意图。
17.图3、图4、图5、图7为本发明调控机构结构示意图。
18.图6为本发明调控机构局部细节示意图。
19.图8、图11为本发明实施机构结构正面示意图。
20.图9为本发明实施机构仰视结构示意图。
21.图10本发明实施机构结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此通过发明的示意性实施例以及说明解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
23.实施例：如图1
‑
图11所示的一种减压提速pdc金刚石钻头，包括调控机构1、实施机构2。
24.如图2
‑
图7所示，所示，安装座102固定安装在保护壳101上，中心座103固定安装在保护壳101上，支柱104固定安装在中心座103上，电机105固定安装在保护壳101上，主齿轮106固定安装在电机105的轴上，带爪齿圈107转动安装在保护壳101上，圆轮108固定安装在棘爪109上，棘爪109转动安装在保护壳101上，传动辊110固定安装在圆轮108上，斜面支座111固定安装在内圆座112上，内圆座112固定安装在带槽轴115上，斜块架113滑动安装在内圆座112上，内齿条114固定安装在斜块架113上，带槽轴115转动安装在中心座103上，下滚轮116转动安装在转动架117上，转动架117转动安装在中心座103上，大弹簧118套设在中心座103上，气缸119固定安装在内圆座112上，支撑架120固定安装在气缸119的输出端，上滚轮121设置在支撑架120上，挤压弹簧122设置在斜块架113上。主齿轮106与带爪齿圈107齿轮啮合，带爪齿圈107与棘爪109棘轮棘爪配合，下滚轮116与带槽轴115滑动配合。此处用到的电机品牌为delta/台达，型号为ecma
‑
c21020ss。
25.如图8
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图11所示，切削齿201设置在刀盘202上，刀盘202转动安装在安装座102上，定位孔203设置在刀盘202上，固定座架204固定安装在安装座102上，转动齿轮205转动安装在固定座架204上，第一滑块206第一端滑动安装在安装座102上，第二端转动安装在第一连杆207上，第一连杆207转动安装在水平架210上，第二滑块208第一端滑动安装在安装座102上，第二端转动安装在第二连杆209上，第二连杆209转动安装在水平架210上，水平架210滑动安装在支柱104上，小弹簧211设置在支柱104上，外齿轮212固定安装在螺旋刀213上，螺旋刀213转动安装在保护壳101，侧齿轮214固定安装在刀盘202上，侧齿轮214与转动齿轮205齿轮配合。转动齿轮205与内齿条114形成齿轮齿条配合。此处需要说明的是，在图中的圆轮108、棘爪109、传动辊110、斜块架113、内齿条114、上滚轮121、挤压弹簧122以及刀盘202、固定座架204、转动齿轮205、第一滑块206、第一连杆207、第二滑块208、第二连杆209、水平架210、小弹簧211、螺旋刀213组成的结构设置有多组，可以根据情况设置具体为几组，每组的机构相同，在此只标出一个作为解释，外齿轮212、螺旋刀213也设置有多组，图中只标出一组作为解释。本发明中设置到的弹簧的作用，都是起到缓冲，提供助力的功能。
26.原理如下，调控机构1的作用主要是用来控制实施机构2的，当在较深的井中进行钻进时，会出现钻井液带来的压持力越来越大，排屑困难，另外深度越大，地下遇到坚硬的石块对钻头的损害也比较大，容易断齿。在使用时，保护壳101为整个装置的保护体，启动电机105，电机105带着主齿轮106转动，主齿轮106带着带爪齿圈107转动，带爪齿圈107转动后驱动棘爪109转动，通过圆轮108固定安装在棘爪109上的传动辊110也会转动，传动辊110会与斜面支座111接触挤压斜面支座111下降，由于斜面支座111通过内圆座112安装在带槽轴115上，会导致带槽轴115下降，带槽轴115下降时带着下滚轮116转动进而带着转动架117转动，转动架117转动时能推着水平架210在支柱104上滑动，水平架210向前滑动时分别推着第一连杆207、第二连杆209张开，从而将第一滑块206和第二滑块208带着在安装座102上滑动。
27.由于刀盘202是转动安装在安装座102上的，刀盘202上设置有若干个切削齿201，然后第一滑块206是插入定位孔203里将刀盘202整个固定住的，此时，当第一滑块206、第二滑块208滑动时将刀盘202松开了，刀盘202处于活动的状态，同时在带槽轴115下降时带着内圆座112同时下降，内圆座112上安装的气缸119启动带着支撑架120伸出，在上滚轮121的作用下推着斜块架113移动，将安装在斜块架113上内齿条114推出与转动齿轮205配合，转动齿轮205带着侧齿轮214转动，侧齿轮214转动时将刀盘202上下一个切削齿201转动到钻取位置进行使用，形成了一个换切削齿201的功能。在换完切削齿201之后气缸119收缩带着支撑架120回收，上滚轮121脱离与斜块架113的挤压，斜块架113带着内齿条114回收，内齿条114脱离与转动齿轮205的配合，此时切削齿正常使用。当传动辊110转动到与斜面支座111脱离接触时，带槽轴115会上升，带着转动架117转动，此时第二滑块208、第一滑块206对刀盘202上定位孔203再次定位，切削齿201停止工作，当传动辊110转动到再次与斜面支座111接触时，重复上述工作原理，实现周期性换切削齿201的功能，减少断齿的机率，从而保护整个钻头，保证切削齿201在井底保持高速工作。在带爪齿圈107转动时带着外齿轮212转动，外齿轮212带着螺旋刀213转动，主动利用螺旋刀213将底部的碎屑往上抽送，而非被动的利用井底的压力将泥浆碎屑等物排除。