一种反旋式钻头的制作方法

本实用新型涉及PDC钻头领域，尤其涉及一种反旋式钻头。

背景技术：

在深部硬地层以及复杂地质条件下钻井，由于地层的硬度以及钻进难度随着井深的增加呈指数递增。目前岩层钻孔大多数使用PDC钻头，现有的PDC钻头存在导向性差、工作效率低的缺陷。

并且在钻具回抽时，通常是借助外力直接往外拉，易发生塌孔现象，造成安全事故频繁发生。况且塌孔后的岩屑会造成孔道堵塞，进而影响钻具回抽，对钻具消耗大。

有鉴于此，有必要对现有技术中的PDC钻头予以改进，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种反旋式钻头，将切削齿设置在钻头中心体的周壁上，环状的钻头中心体套设在钻头基体上。当钻头钻削完成后，钻头反向旋转，由于切削齿的朝向与反向旋转的方向相同，钻头在退钻过程中切削齿工作，具有易于退钻、不堵钻的优点。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种反旋式钻头，包括钻头基体、设置在钻头基体顶端的多个刀翼，多个所述刀翼均匀分布在钻头基体的端面上，所述刀翼均朝向钻头的旋转方向，还包括钻头中心体，该钻头中心体的周壁上设有若干个切削齿，若干个所述切削齿沿周向均匀分布在所述钻头中心体上，所述切削齿的外径小于或等于刀翼的外径，各个所述切削齿形成的切削轮廓与退钻时钻头的旋转方向。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻头基体的尾端设有用于安装钻杆的安装孔，所述钻杆的外径小于钻头中心体的外径。

作为本实用新型的进一步改进，所述刀翼包括：立柱和水平柱，所述立柱的顶端与水平柱的一端固定连接，所述立柱的底端固定在钻头基体的顶壁上，所述立柱的轴线与钻头中心体的轴线平行，所述水平柱朝向钻头钻进时的旋转方向。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻头中心体为多个，多个所述钻头中心体套设在钻头基体上，且沿钻头基体的沿轴向分布。

作为本实用新型的进一步改进，所述切削齿为锯齿状，所述切削齿的尖头部朝向退钻时钻头的旋转方向。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻杆的周壁上设有螺旋叶片，所述螺旋叶片的端部与钻削带的端部连接，所述螺旋叶片的外径小于刀翼的外径。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过在钻头中心体的周壁上设置钻削齿，切削齿均朝向钻头退钻时的旋转方向，当钻头反向旋转退钻时，由于刀翼位于钻头中心体的正前方，切削齿切削已钻孔的周壁后，刀翼才缓慢退出，因此，在退钻时不容易发生堵钻现象，具有易于退钻的优点；

2.退钻时在切削齿的切削作用下可缓慢将钻头退出，无需强行拔出钻头，因而退钻时钻头和钻杆不会分离，钻头不易损坏，使用寿命长。

附图说明

图1为反旋式钻头的立体结构示意图。

图2为反旋式钻头的平面结构示意图。

图中，1、钻头基体；11、螺纹部；2、刀翼；3、钻头中心体；4、切削齿。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，PDC钻头是使用金刚石和硬质合金基体组成的复合材料，具有硬度高、耐磨性强的特点。该钻头是地质钻探行业常用的一种钻井工具。现有的PDC钻头大致分为两种设计，一种是小尺寸两刀翼、双牙轮钻头，另一种为稍大尺寸的三刀翼、三牙轮钻头。这些钻头的设计基于四刀翼和六刀翼PDC 钻头，而副刀翼的位置则被短尺寸的牙轮所替代。这样，井眼的中心位置是由位于主刀翼上的PDC切削齿完成破岩的，而井眼外围部分的钻进由牙轮和刀翼上的切削齿共同完成，井眼外围部分的破岩难度较高，破岩效果主要取决于牙轮与刀翼的配合。

钻进时，PDC钻头在钻压与扭矩作用下切削破岩使岩层孔不断加深，钻头运动的基本形式是向下旋转。钻头中心向下运动，其速度就是钻进时的钻速。钻头每一个切削齿的运动呈空间螺旋形轨迹，其速度取决于钻头的旋转速度与该切削齿距钻头中心的距离。在极软的高塑性地层中钻进时，切削齿在钻压作用下吃入岩石，旋转钻头便会使刃前岩石产生连续的塑性流动而呈片状、层状而被切削掉。

PDC钻头在塑胎生地层中钻进时，PDC钻头的切削齿在钻压的作用下吃入岩石，在扭矩作用下先于刃前的岩石发生碰撞，随着钻头转动，切削齿挤压刃前岩石，并产生小剪切破坏。当扭矩增大时，切削齿继续向前推进压碎刃前岩石，并将部分岩石压碎呈粉末。当扭力增大至岩石的强度极限时，岩石沿剪切面发生大块的剪切破碎，此后切削齿的扭力突然降低，紧接着随着钻头转动，切削齿便会又与岩石发生碰撞、挤压、剪切3种破岩过程，这样反复进行就是PDC钻头在塑胎生地层中钻进的过程。

为了解决在钻具回抽时，通常是借助外力直接往外拉，易发生塌孔现象，本实施例提供了一种反旋式钻头，参照图1和图2，图1是反旋式钻头的立体结构示意图，图2是反旋式钻头的平面结构示意图。反旋式钻头包括钻头基体1、设置在钻头基体1顶端的多个刀翼2、钻头中心体3，多个刀翼2以力学平衡的方式分布在钻头基体1的端面上，刀翼2均朝向钻头的旋转方向，该钻头中心体3的周壁上设有若干个切削齿4，若干个切削齿4沿周向均匀分布在钻头中心体3上，切削齿4的外径小于或等于刀翼2的外径，切削齿4均朝向钻头退钻时的旋转方向。优选钻头基体1的尾端设有用于安装钻杆的安装孔，钻杆的外径小于钻头中心体3的外径。切削齿4为锯齿状，切削齿4的尖头部朝向退钻时钻头的旋转方向。钻头中心体3为多个，多个钻头中心体3套设在钻头基体1上，且沿钻头基体1的沿轴向分布。

本实施例将切削齿4设置在钻头中心体3的周壁上，环状的钻头中心体3套设在钻头基体1上。当钻头钻削完成后，钻头反向旋转，由于切削齿4的朝向与反向旋转的方向相同，钻头在退钻过程中切削齿4工作，具有易于退钻、不堵钻的优点。

为了便于钻头基体1与钻杆的连接，如图1和图2所示，本实施例在钻头基体1的周壁上设置外螺纹，钻杆上设置内螺纹，通过内外螺纹的配合，即可实现钻头基体1育钻杆的固定连接。

本实施例通过在钻头中心体3的周壁上设置钻削齿，切削齿4均朝向钻头退钻时的旋转方向，当钻头反向旋转退钻时，由于刀翼2位于钻头中心体3的正前方，切削齿4切削已钻孔的周壁后，刀翼2才缓慢退出，因此，在退钻时不容易发生堵钻现象，具有易于退钻的优点。

需指出，刀翼2包括：立柱和水平柱，立柱的顶端与水平柱的一端固定连接，立柱的底端固定在钻头基体1的顶壁上，立柱的轴线与钻头中心体3的轴线平行，水平柱朝向钻头钻进时的旋转方向。退钻时在切削齿4的切削作用下可缓慢将钻头退出，无需强行拔出钻头，因而退钻时钻头和钻杆不会分离，钻头不易损坏，使用寿命长。

优选地，钻头中心体3为多个，多个钻头中心体3套设在钻头基体1上，且沿钻头基体1的沿轴向分布。切削齿4为锯齿状，切削齿4的尖头部朝向退钻时钻头的旋转方向。钻杆的周壁上设有螺旋叶片，螺旋叶片的端部与钻削带的端部连接，螺旋叶片的外径小于刀翼2的外径。

本实施例采用的排屑方式是：在钻头基体1上设置钻削带，在钻杆上设置螺旋叶片，刀翼2切削下来的岩屑先经钻削带再通过螺旋叶片排出。本实施例通过在钻头基体1上设置螺旋排屑槽，螺旋钻头在工作时具有排渣通畅的优点。本实施例在钻头中心体3、钻杆上同时设置螺旋排屑槽，刀翼2切削下来的岩层直接经螺旋排屑槽逐步向后输送，直至排出孔外，钻头不断破岩，钻杆就连续排渣，获得较高的钻进效率。

优选钻削带为一条，沿钻头基体1的周向设置，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽，当然，当岩屑碎片较小时，可以通过轴向平行地设置两个、三个甚至更多钻削带。

在进行钻孔时，螺旋状钻杆在孔中转动，螺旋状钻杆和孔壁构成了一个螺旋输送器，孔底岩屑就被钻杆上的螺旋叶片逐步向后输送，直至排出孔外。

通常来说，在圆柱面上，圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角，称为螺旋角。在圆锥面上，圆锥螺旋线的切线与通过切点的圆锥面直母线之间所夹的锐角，称为螺旋角。本实施例中螺旋排屑槽的螺旋角为20°-45°。当螺旋排屑槽的螺旋角选用45°时，45°螺旋角容屑空间大，刚性好，但没有20°螺旋角的排屑性能好；螺旋排屑槽的螺旋角选用20°时，20°的螺旋角排屑性能较好，但容屑空间有限，刚性不佳。在实际使用中，优选螺旋排屑槽的螺旋角为30°。本实施例的螺旋钻头适合中低速进给。

在实际使用中，钻头钻进时，刀翼2与岩层接触，刀翼2随钻头旋转，刀翼2钻削岩层，形成钻削孔。当钻削孔钻削到位后，反向旋转钻头，切削齿4周向切削钻削孔，随着切削齿4工作，操作者将钻头向外抽，逐步退出切削孔内的钻头。钻头在退钻时，无需强行拔出钻头，因而退钻时钻头和钻杆不会分离，钻头不易损坏，使用寿命长。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。