一种高频旋振式碎岩钻具用钻头的制作方法

本发明属于钻探技术领域，涉及一种高效井下动力钻具用钻头，特别是涉及一种高频旋振式碎岩钻具用钻头。

背景技术：

在钻探中，研磨性极弱的坚硬岩石地层的特点是岩石致密完整，抗压入硬度高，研磨性很弱，一般金刚石钻头回转钻进时效率极低，钻头唇面与岩石间相对回转摩擦逐渐抛光，钻头出现“打滑”现象。而且，钻深增加，坚硬打滑地层出现次数越频繁，克服其的工具和方法越少，钻进变得愈加困难。为克服这类地层的钻进常采用金刚石钻头配合液动轴向冲击、扭矩冲击或液动轴向冲击结合扭矩冲击的方法来完成，效果仍然不理想。针对以上难点，提出一种高频旋振式碎岩方法和机具，详见申请号201811148280.5，从根本上解决了硬岩钻进的技术性难题，但现有的且能被使用于这种高频旋振式碎岩钻具的钻头存在以下几点弊端：一是切削齿不能满足在双向切削时刃端两侧磨损同步寿命一致的需求；二是水口流道单一，极易因泥浆流通不畅而影响钻进效率；三是缺乏平稳传递冲击旋扭力的结构，不能满足高频旋振式碎岩机具的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是为高频旋振式碎岩钻具配套一种高频旋振式碎岩钻具用钻头，在上部钻具提供的回转驱动下通过传振件及其组件产生高频低幅振动，并将振动近距离传递给钻头体上镶嵌的双刃聚晶金刚石复合片，进而对孔底岩石进行高频振动、快速微量切削，实现快速钻孔。

为达到上述目的，本发明提出了如下的技术方案：一种高频旋振式碎岩钻具用钻头，其特征在于，包括：钻头体、传振件固定柱、传振件、下传振球、传振柱及上传振球，所述钻头体包括双刃聚晶金刚石复合片、钻头本体、循环水眼通道、水道及旋振齿，所述双刃聚晶金刚石复合片镶嵌在钻头本体的底唇面上，且呈均匀布置；所述钻头本体上设置有与钻头本体中心通道连通的循环水眼通道；所述水道设置在钻头本体的底唇面上，每组水道由二个以上的分级水道组成，且每组水道与循环水眼通道相连；所述旋振齿等间隔的设置在钻头本体的上表面，旋振齿上设置有传振件固定槽、下传振球斜面滑道、传振柱滑道及上传振球斜面滑道，下传振球斜面滑道和上传振球斜面滑道的倾斜程度相同呈相互平行布置，下传振球斜面滑道和上传振球斜面滑道间距大于等于四分之一钻头体总高度；所述循环水眼通道沿钻头体中心通道的圆周方向呈均匀设置；

所述传振件通过传振件固定柱与钻头体装配成整体，传振件包括传振件本体及设置在传振件本体上的传振件固定孔、传振件接口、传振件固定盲螺纹孔和传振球滑道；

所述传振柱设置在下传振球和上传振球之间且与二者接触配合，传振柱与传振柱滑道间隙光滑配合，下传振球抵靠在下传振球斜面滑道，上传振球抵靠在上传振球斜面滑道。

进一步，所述水道为仿人体肺部气管分布结构，水道深度相同。

进一步，所述下传振球斜面滑道及上传振球斜面滑道均与竖直面夹角呈10°～45°。

进一步，所述循环水眼通道的轴线与钻头体轴线间的夹角为15°～60°。

进一步，所述传振柱的横截面为一侧向外呈圆弧状凸起的四边形，传振柱向外凸起侧为传振柱弧滑面。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的一种高频旋振式碎岩钻具用钻头，由双刃聚晶金刚石复合片均衡分布在钻头底唇面上使双刃聚晶金刚石复合片的磨损同步，钻头底唇面的水道为仿人体肺部气管分布结构，使泥浆循环排屑更加通畅，钻头的下传振球斜面滑道和上传振球斜面滑道间距大于等于四分之一钻头体总高度能够平稳传递冲击旋扭力，提高了钻头的钻进效率。

附图说明

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

图1是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头仰视结构示意图；

图2是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头的a-a向剖视结构示意图；

图3是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头本体仰视结构示意图；

图4是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头本体b-b向剖视结构示意图；

图5是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头本体e-e向剖视结构示意图；

图6是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头传振件仰视结构示意图；

图7是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头传振件c-c向剖视结构示意图；

图8是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头传振柱仰视结构示意图；

图9是本发明实施例中高频旋振式碎岩钻具用钻头传振柱d-d向剖视结构示意图。

图中各标记如下：1-钻头体；2-传振件固定柱；3-传振件；4-下传振球；5-传振柱；6-上传振球；11-双刃聚晶金刚石复合片；12-钻头本体；13-循环水眼通道；14-传振件固定槽；15-下传振球斜面滑道；16-传振柱滑道；17-上传振球斜面滑道；18-钻头底唇面一级水道；19-钻头底唇面二级水道；110-钻头底唇面三级水道；111-钻头底唇面四级水道；112-旋振齿；31-传振件固定孔；32-传振件本体；33-传振件接口；34-传振件固定盲螺纹孔；35-传振球滑道；51-传振柱弧滑面。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提出了一种高频旋振式碎岩钻具用钻头，如图1至图9所示，其包括钻头体1、传振件固定柱2、传振件3、下传振球4、传振柱5及上传振球6；

所述钻头体1包括双刃聚晶金刚石复合片11、钻头本体12、循环水眼通道13、水道及旋振齿112，所述双刃聚晶金刚石复合片11镶嵌在钻头本体12的底唇面上，且呈均匀布置，钻头体1回转一周每个双刃聚晶金刚石复合片11切削的岩石体积量接近相等，使得双刃聚晶金刚石复合片11的磨损和寿命接近相等；所述钻头本体12上设置有与钻头本体12中心通道连通的循环水眼通道13；所述水道设置在钻头本体12的底唇面上，水道为仿人体肺部气管分布结构，水道深度相同，每组水道由二个以上的分级水道组成，且每组水道与循环水眼通道13相连；所述旋振齿112等间隔的设置在钻头本体12的上表面，旋振齿112上设置有传振件固定槽14、下传振球斜面滑道15、传振柱滑道16及上传振球斜面滑道17，下传振球斜面滑道15和上传振球斜面滑道17的倾斜程度相同呈相互平行布置，下传振球斜面滑道15和上传振球斜面滑道17间距大于等于四分之一钻头体1总高度以保证平稳传递冲击旋扭力，且二者与竖直面夹角呈10°～45°；所述循环水眼通道13沿钻头体1中心通道的圆周方向呈均匀设置，循环水眼通道13的轴线与钻头体1轴线间的夹角为15°～60°，使泥浆从钻头中心通道到钻头与井壁环状间隙循环通畅。

所述传振件3通过传振件固定柱2与钻头体1装配成整体，传振件3包括传振件本体32及设置在传振件本体32上的传振件固定孔31、传振件接口33、传振件固定盲螺纹孔34和传振球滑道35；传振件3设置的传振件固定孔31只用于限制钻头体1与传振件3的轴向相对移动，不限制二者同轴小幅度相对旋转。

所述传振柱5设置在下传振球4和上传振球6之间且与二者接触配合，传振柱5与传振柱滑道16间隙光滑配合，下传振球4抵靠在下传振球斜面滑道15，上传振球6抵靠在上传振球斜面滑道17，传振柱5的横截面为一侧向外呈圆弧状凸起的四边形；传振柱5向外凸起侧为传振柱弧滑面51。

下面根据图1及图2详细阐述本发明的工作原理和过程：上部钻具提供的回转驱动通过传振件3、下传振球4、传振柱5及上传振球6产生高频低幅振动，并将振动近距离传递给钻头体1上镶嵌的双刃聚晶金刚石复合片11，进而对孔底岩石进行高频振动、快速微量切削，实现快速钻孔，而双刃聚晶金刚石复合片11为均衡分布，即钻头体1回转一周每个双刃聚晶金刚石复合片11的岩石体积量接近相等，使双刃聚晶金刚石复合片11的磨损和寿命接近相等。

如图3所示，图3示出钻头体1底面示意图：钻头体1的底部中心开有水眼，水眼周围分布有模仿人体肺部气管分布的水道，由内向外依次是钻头底唇面一级水道18、钻头底唇面二级水道19、钻头底唇面三级水道110、钻头底唇面四级水道111；水道模仿人体肺部气管分布结构，而人的肺部呼吸时能够迅速吸气膨胀和呼气收缩，阻力很少，因此，该结构能使钻头体1破碎的岩屑能够以最小流动阻力快速地通过水道离开孔底，防止岩屑造成堵塞，提高了钻进效率。