自平衡式双心扩眼钻头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石油、地质、煤炭钻探用的扩眼工具，尤其涉及一种自平衡式双心扩眼钻头。
【背景技术】
[0002]双心扩眼钻头是一种一体式的扩眼工具，能够在钻进的同时扩大井径，避免了普通扩眼作业先钻后扩导致的低效率与高费用。
[0003]如图1所示，双心扩眼钻头200包括领眼钻头210与扩眼刀翼组220，两部分的刀翼上分布有FlDC(Pc)Iycrystalline Diamond Composite，聚晶金刚石复合片)切削齿，工作时两部分同心旋转，领眼钻头210负责破岩钻进地层230，扩眼刀翼组220负责将井径扩大。
[0004]如图2所示，阴影区域201为领眼钻头，阴影区域202为扩眼刀翼组，空白区域203为井眼空间况为已钻成的井眼半径，R2为领眼部分的半径，R3为扩眼后的井眼半径，即扩眼部分的半径办为已钻成的井眼轴心，02为扩眼钻头的旋转轴心，即领眼钻头的轴心；α为扩眼刀翼组的覆盖角；δ为钻头旋转中心与已钻成井眼中心的偏心距。双心扩眼钻头能够通过已经钻成的井眼，并在旋转后将井眼扩大。
[0005]如图3、图4所示，双心扩眼钻头由于结构限制，扩眼刀翼组220不能围绕钻头体360°布置，旋转钻进时会受到很大的不平衡合力Fx。现有的领眼钻头210采用了常规TOC钻头的设计方法，领眼钻头受力平衡。在领眼钻头受力平衡而扩眼刀翼组受力不平衡的情况下，会导致整个钻头工作状态不稳定，钻头易产生剧烈的涡动，严重影响了扩眼质量和钻头寿命。
[0006]由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种自平衡式双心扩眼钻头，以克服现有技术的缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种自平衡式双心扩眼钻头，能够解决现有双心扩眼钻头受力不平衡导致工作状态不稳定的问题，提高了扩眼质量和扩眼速度。
[0008]本发明的目的是这样实现的，一种自平衡式双心扩眼钻头，包括上部的领眼钻头和下部的扩眼刀翼组，所述领眼钻头包括有钻头本体，所述钻头本体顶部周向设置有领眼第一刀翼、领眼第二刀翼、领眼第三刀翼和领眼第四刀翼；所述领眼第一刀翼的上部顶端位于所述领眼钻头顶部中心，所述领眼第一刀翼朝向转动方向一侧从刀翼顶端至刀翼末端均匀布置有一排切削齿；所述领眼第二刀翼与所述领眼第一刀翼之间相对于所述领眼钻头中心周向夹角为180°，所述领眼第二刀翼朝向转动方向一侧自刀翼顶端开始设置有数量为二至四个且呈一排的切削齿，所述领眼第二刀翼上的切削齿数量少于所述领眼第一刀翼上的切削齿数量；所述领眼第三刀翼与领眼第一刀翼相对于所述领眼钻头中心沿转动方向周向呈第一夹角β设置，所述领眼第四刀翼与领眼第三刀翼相对于所述领眼第一刀翼呈对称设置，所述领眼第三刀翼和领眼第四刀翼分别朝向转动方向一侧从刀翼顶端至刀翼末端均匀设置有一排切削齿；所述扩眼刀翼组固定连接于所述领眼第一刀翼下方所述钻头本体的一侧，所述扩眼刀翼组覆盖角α的角平分线与所述领眼第二刀翼之间呈第二夹角γ。
[0009]在本发明的一较佳实施方式中，所述第一夹角β大于等于45°并小于等于90°，第二夹角γ大于40°并小于等于100°。
[0010]在本发明的一较佳实施方式中，所述扩眼刀翼组相对于所述领眼钻头中心周向均匀布置有二至四个扩眼刀翼；各所述扩眼刀翼朝向转动方向一侧从刀翼顶端至刀翼末端均匀布置有切削齿。
[0011]在本发明的一较佳实施方式中，所述领眼第一刀翼、领眼第二刀翼、领眼第三刀翼、领眼第四刀翼和各扩眼刀翼的保径面上设置有金刚石保径块。
[0012]在本发明的一较佳实施方式中，所述领眼第一刀翼、领眼第三刀翼和领眼第四刀翼上分别设置有第二排切削齿。
[0013]在本发明的一较佳实施方式中，所述领眼第三刀翼和领眼第二刀翼之间设置有第一保径刀翼，所述领眼第四刀翼和领眼第二刀翼之间设置有第二保径刀翼；所述第一保径刀翼与第二保径刀翼数量相同并关于所述领眼第二刀翼对称设置。
[0014]在本发明的一较佳实施方式中，所述第一保径刀翼和第二保径刀翼的保径面上分别设置有金刚石保径块。
[0015]由上所述，本发明的自平衡式双心扩眼钻头，改进了领眼钻头的结构设计与布齿方法，优化了各部分的刀翼结构及各刀翼之间的位置关系；通过减少领眼钻头上第二刀翼上的切削齿，将大部分切削齿布置于领眼钻头的一侧，在领眼钻头上人为制造不平衡力，并通过改变第一夹角β的大小调节此不平衡力的大小，使之与扩眼刀翼组所受的不平衡力大小相同；同时领眼钻头和扩眼刀翼组以一定的配合角度安装，使两部分所受到的力大小相等或者相近、方向相反，进而使得整个自平衡式双心扩眼钻头工作状态稳定，实现自主平衡，保证了扩眼质量，同时大幅度提高了自平衡式双心扩眼钻头的使用寿命。
【附图说明】
[0016]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0017]图1:为双心扩眼钻头工作过程主视图。
[0018]图2:为双心扩眼钻头工作过程俯视图。
[0019]图3:为现有的双心扩眼钻头的结构不意图。
[0020]图4:为现有的双心扩眼钻头的受力不意图。
[0021]图5:为本发明的自平衡式双心扩眼钻头的结构俯视图。
[0022]图6:为本发明的自平衡式双心扩眼钻头的领眼钻头结构示意图。
[0023]图7:为本发明的自平衡式双心扩眼钻头的扩眼刀翼组结构示意图。
[0024]图8:为本发明的自平衡式双心扩眼钻头的受力示意图。
[0025]图9:为本发明的自平衡式双心扩眼钻头的金刚石保径块的示意图。
[0026]图10:为本发明的自平衡式双心扩眼钻头加强结构的示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0028]如图5、图6所示，本发明的自平衡式双心扩眼钻头100，包括上部的领眼钻头I和下部的扩眼刀翼组2，领眼钻头I包括有钻头本体11，钻头本体11顶部周向设置有领眼第一刀翼12、领眼第二刀翼13、领眼第三刀翼14和领眼第四刀翼15 ;领眼第一刀翼12的上部顶端位于领眼钻头I顶部中心，领眼第一刀翼12朝向转动方向一侧从刀翼顶端至刀翼末端均匀布置有一排切削齿3 (现有技术，一般采用PDC切削齿)；领眼第二刀翼13与领眼第一刀翼12之间相对于领眼钻头I中心周向夹角为180°，领眼第二刀翼13朝向转动方向一侧自刀翼顶端开始设置有数量为二至四个且呈一排的切削齿3，领眼第二刀翼13上的切削齿数量少于领眼第一刀翼12上的切削齿数量；领眼第三刀翼14与领眼第一刀翼12相对于领眼钻头I中心沿转动方向周向呈第一夹角β设置，在本实施方式中，第一夹角β大于等于45°并小于等于90° ;领眼第四刀翼15与领眼第三刀翼14相对于领眼第一刀翼12呈对称设置，领眼第三刀翼14和领眼第四刀翼15分别朝向转动方向一侧从刀翼顶端至刀翼末端均匀设置有一排切削齿3。在本实施方式中，领眼第二刀翼13长度小于领眼第一刀