一种具有防掉功能的反循环空气锤钎头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主要用于石油天然气钻井、基础工程、水文水井钻探等反循环钻井领域的反循环空气锤，更具体的说涉及该空气锤的钎头。
【背景技术】
[0002]近年来，气体正循环钻井技术在治理井漏、保护储层、提高机械钻速等方面取得了显著效果。但在大尺寸井眼钻井时，正循环气体钻井所需气量大、设备数量多、成本高等成了普遍问题。同时，常规气体钻井时高速气体对井壁冲蚀明显，在井壁不稳定的条件下井内容易出现“大肚子”。此外，若井下水层、漏层同时存在，容易出现漏水不漏砂的情况，难以建立循环。采用大直径反循环空气锤实施钻井，所需气量是常规正循环气体钻井的1/2~1/5(井眼尺寸越大对比越明显)。反循环空气锤钻井，气体不进入环空，可有效避免井壁冲蚀，同时解决井漏不返砂的问题。反循环空气锤可有效降低大尺寸井眼气体钻井成本，解决井漏失返问题。目前，国内石油天然气钻井领域常用的是正循环空气锤。
[0003]公开号为203499565U，公开日为2014年3月26日的中国专利文献公开了一种反循环空气锤钻头，包括钻头本体，钻头本体上设置有进气通道、内部引射孔和中心排砂通道，进气通道的出气口位于钻头本体的底面上，内部引射孔的入口与进气通道连通，出口与中心排砂通道连通，且入口与钻头本体的底面之间的距离小于出口与钻头本体的底面之间的距离；在进气通道的出气口喷出的气体作用下，中心排砂通道将岩肩由钻头本体底面向顶部排出。该专利文献具有良好反循环排砂效果，同时具备一定的预防和处理井漏以及钻头卡钻事故的能力。
[0004]上述专利文献中的空气锤钻头即为本发明中所称的空气锤钎头，反循环空气锤钎头是反循环空气锤破岩利器，同时也是促成反循环排砂的关键部件。反循环空气锤在钻井过程中，钎头会承受来自活塞的高频、高速冲击，同时也会承受来自上部钻具的压力和地层带来的反扭矩。特别是在油气钻井领域，反循环空气锤的工作参数(注气量、注气压力等)比其它领域(如地质勘探、基础工程、水文水井工程等)大很多，同时反循环空气锤钎头的井下工作环境(温度、地层压力、井深等)较其它领域复杂(地质勘探、基础工程等领域的反循环空气锤钻井深度都较油气钻井浅)。在这种工况下，反循环空气锤钎头极易疲劳破坏，出现钎头发生断裂的情况。一旦钎头断裂落入井内，将会造成严重的井内事故。然而，目前，国内的反循环空气锤钎头均不具备防掉落功能。这也正是本发明所将要解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种具有防掉功能的反循环空气锤钎头，本发明可有效防止反循环钎头因疲劳破坏断裂而落入井内，从避免严重井内事故的发生。
[0006]本发明是通过采用下述技术方案实现的:
一种具有防掉功能的反循环空气锤钎头，其特征在于:包括卡环、花键套、防掉套、钎头本体和硬质合金齿，所述钎头本体的上端开有卡环槽，钎头本体的中部开有防掉卡槽，钎头本体位于反循环空气锤锤体的外缸和配气套中，卡环内径与卡环槽凹处直径匹配，卡环被夹在配气套和花键套之间，沿钎头本体的轴向方向，卡环槽的长度大于卡环的厚度，花键套上有花键槽，花键槽与钎头本体外部的花键配合，花键套通过螺纹与所述外缸连接，防掉套的上端挂在花键套下部的台阶上，防掉套的下端通过螺纹旋入所述防掉卡槽中，硬质合金齿设置于钎头本体的工作面上。
[0007]所述钎头本体上设有反循环流道，由内部喷射孔道、底部喷射孔道、吸砂孔和中心排砂通道组成，具体开设部位和连接关系是:钎头本体为中空结构，在钎头本体轴向中心部设置所述中心排砂通道，钎头本体下部开有吸砂孔，中心排砂通道与吸砂孔连通，在钎头本体上开有内部喷射孔道，内部喷射孔道的一端与中心排砂通道连通，另一端与花键套和钎头本体之间的间隙处连通，在钎头本体上开有底部喷射孔道，底部喷射孔道的一端与钎头本体的底部连通，另一端与花键套和钎头本体之间的间隙处连通。
[0008]所述吸砂孔是倾斜布置的，倾斜角度为30°。
[0009]所述内部喷射孔道是倾斜布置的，倾斜角度为45°。
[0010]所述内部喷射孔道和底部喷射孔道各为六个，均在钎头本体的径向方向上均匀分布。
[0011]所述钎头本体的下部大直径端的横断面为圆形，周围设有排肩槽，同时在大直径端外圆柱面开有2~3道凹形塑性密封槽。
[0012]所述硬质合金齿为球形硬质合金齿或锥形合金齿。
[0013]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下:
1、本发明中，通过在现有的钎头本体上开设卡环槽和防掉卡槽的方式，而卡环又被夹在配气套和花键套之间，防掉套的下端通过螺纹旋入所述防掉卡槽中，这样的结构形式，使得本发明在实际应用时:反循环空气锤钎头最容易发生断裂的部分位于钎头大直径端和小直径端交汇的地方(即本文中的钎头本体中部和上部连接处的直角转弯处)，此处容易发生应力集中。一旦此处发生断裂，断口下面的钎头本体部分将会挂在防掉套上，而断口上部的钎头本体部分则挂在卡环上，真正实现了防掉功能。可有效防止反循环钎头因疲劳破坏断裂而落入井内，从避免严重井内事故的发生。
[0014]2、本发明中，沿钎头本体的轴向方向，卡环槽的长度大于卡环的厚度，便于钎头有上下活动的空间。当卡环位于卡环槽最下端时，反循环空气锤活塞可正常工作；当卡环位于卡环槽最上端时，即钎头悬挂在卡环上，反循环空气锤活塞停止工作。
[0015]3、本发明中，花键套上有花键槽，花键槽与钎头本体外部的花键配合，花键套通过螺纹与所述外缸连接，这样的结构形式，来自反循环空气锤锤体的外缸的扭矩就能通过花键套传递给钎头本体。
[0016]4、本发明中，钎头本体上设有反循环流道，由内部喷射孔道、底部喷射孔道、吸砂孔和中心排砂通道组成，这样的组合方式，不仅可以有效冷却钎头硬质合金齿，也能有效形成反循环。
[0017]5、本发明中，钎头本体的下部大直径端的横断面为圆形，周围设有排肩槽，同时在大直径端外圆柱面开有2~3道凹形的塑性密封槽，这样的结构形式，可对环空实现自密封。
[0018]6、本发明中可适用于各类反循环空气锤上。
【附图说明】
[0019]下面将结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明，其中:
图1为本发明的结构示意图。
[0020]图中标记:
1.外缸；2.配气套；3.卡环；4.花键套；5.防