一种具有后排齿水孔的钻头的制作方法

本实用新型属于石油天然气、矿山工程、地热井、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探领域，尤其是涉及一种具有后排齿水孔的钻头。

背景技术：

钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。除切削结构以外，钻头上的水力结构对钻头的破岩效率、使用寿命也起到了重要作用，即冷却切削齿、清洗井底、运移岩屑、辅助破岩等。目前，钻头上水力结构的设计均是在钻头体上的不同位置布置喷嘴或水孔，内流道里的钻井液或冷却介质通过喷嘴或水孔喷射出去以达到清洗、冷却切削齿目的。同时针对钻头在复杂难钻地层时出现的因主切削齿的失效而降低钻头使用寿命情况，采用在钻头上设置后排齿来代替已失效主切削齿进行破岩，从而来提高钻头的使用寿命。

在现代快速钻井技术中，需要钻头具有优良破岩切削结构、清洗井底、运移岩屑、切削齿冷却与清洗等水力性能。常规钻头的水力结构及刀翼切削齿只针对特定地层来进行设计，一是针对软地层来进行相应钻头的设计，来预防在钻进软地层中因岩屑过多而导致的钻头泥包；二是针对硬地层来进行相应的钻头的设计，来预防在钻进硬地层中因摩擦过大而使切削齿产生较大的热量，从而使其不能得到及时冷却而发生热磨损现象。以上钻头只能针对软地层或者硬地层等单一地层来进行钻进，而不能同时兼顾软、硬地层钻进。当地层较硬时，为提高刀翼上切削齿的工作寿命，常用的方法之一是在刀翼上设置后排切削齿，后排切削齿一般多设置在钻头上径向位置靠外的区域(如鼻部及鼻部以外的区域)。

当喷嘴与切削齿距离较大(即大喷距)时，水力沿程能量损耗大，在钻进软地层时将不能及时对岩屑进行清洗、运移，从而造成岩屑的不断堆积，进而导致钻头泥包的产生，最终引起钻头失效；在钻进硬地层时将会使切削齿因摩擦作用不能得到及时充分的冷却而使切削齿发生热磨损，从而加速钻头切削齿的失效，在钻头切削齿失效情况下，将会快速造成刀翼体的磨损，进而使钻头使用效率大大降低。特别是近年来地热钻井的迅速发展，钻头的工作温度高达150°或更高，切削齿发生热磨损的几率大幅提升，将会显著降低钻头的使用寿命和钻进性能。

随着钻井的不断发展，在实际钻井中不仅仅会遇到软地层或是硬地层，还会遇到各种不同的地层及软硬交替地层。常规钻头不能同时满足在软地层中的防泥包及硬地层中避免切削齿热磨损现象的发生。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有钻头技术的不足，提出一种具有后排齿水孔的钻头，解决钻头后排切削齿冷却效果差，且岩屑难以及时排出，进而降低钻头破岩效率和使用寿命的问题。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：

本实用新型的具有后排齿水孔的钻头，包括钻头体、延伸自钻头体或固定在钻头体上的若干个刀翼，相邻刀翼之间形成的钻井液流道，焊接在钻头体刀翼外侧的钻头体保径块，设置在刀翼上的前排切削齿和后排切削齿、且至少一个刀翼上的切削齿至少有两排，其特征在于：钻头体上至少有一个刀翼的前排切削齿与后排切削齿之间设置有后排齿水孔，所述的后排齿水孔为扁长水孔。

所述的钻井液流道中设置有喷嘴或流道槽水孔。

所述的钻井液流道中的流道槽水孔为流道槽圆形水孔或流道槽扁长水孔。

所述的刀翼的前排切削齿与后排切削齿之间设置有后排齿凹槽，所述的后排齿水孔设置在此后排齿凹槽内。

所述的刀翼的前排切削齿与后排切削齿之间设置有后排齿凹槽，所述的后排齿水孔设置在此后排齿凹槽内，且在所述刀翼上的钻头体保径块上设置有保径块流道槽，所述的后排齿凹槽与所述的保径块流道槽相连通。

所述的刀翼工作面上设置有多排后排切削齿，所述的后排齿水孔设置在所述的前排切削齿与最后排切削齿之间。

所述的刀翼工作面上设置有多排后排切削齿，所述的后排齿水孔设置在所述的前排切削齿与除最后排切削齿以外的其它后排切削齿之间。

所述的钻头为pdc钻头。

本实用新型的优点：

(1)本实用新型的具有后排齿水孔的钻头，钻头结构设置有后排切削齿，在钻进坚硬、高温地层中，后排切削齿在主切削齿失效的情况下能够及时对岩石进行切削，从而提高钻头在此类地层中的钻进效率，增加钻头使用寿命；同时后排齿水孔设置在前排切削齿与后排切削齿之间，能够及时对后排切削齿进行冷却，避免后排切削齿因冷却不到或冷却效果不佳而造成的提前失效；

(2)本实用新型的具有后排齿水孔的钻头，水孔喷射距离明显缩短，经由切削齿工作面的液流喷射速度更大，能够及时的清洗井底，并能有效对岩屑进行运移，适用于软、硬、软硬交替地层；同时水孔喷射距离的缩短，使由刀翼工作面上的水孔喷射出的液流束能耗小，对井底岩石的辅助破坏效果更佳；特别的，刀翼体上安装的扁长水孔能更好的应用到地热钻井中，从而增大切削齿的集中喷射效果；

(3)本实用新型的具有后排齿水孔的钻头，刀翼上设置有后排齿凹槽，能够进一步减少岩屑在刀翼工作面上的粘附，岩屑排出效果更佳；

(4)本实用新型的具有后排齿水孔的钻头，刀翼上与钻头体上(特别是流道槽内)同时布置后排齿水孔时，进一步的增强了钻头冷却和排屑能力，大幅弱化切削齿的热磨损，进而提高钻头在高温、高硬度、高研磨性及不均质地层的钻进能力。

附图说明

图1为本实用新型在刀翼前排切削齿与后排切削齿之间设置扁长水孔的钻头示意图。

图2为本实用新型图1沿a-a的剖视图。

图3为本实用新型图2所示短刀翼位于较大钻头体上，采用折线水孔时沿a-a剖开的剖视图；

图4为本实用新型刀翼之间的钻井液流道中设置扁长水孔钻头示意图；

图5为本实用新型刀翼前排切削齿与后排切削齿之间设置有后排齿凹槽，且后排齿凹槽内设置扁长水孔钻头的示意图。

图6为本实用新型图5沿b-b的剖视图。

图7为本实用新型图5沿c-c的剖视图。

图8为本实用新型保径块流道槽与刀翼后排齿凹槽相连通，且后排齿凹槽内设置扁长水孔的钻头示意图。

图9为本实用新型刀翼上设置有多排后排切削齿且后排齿水孔为扁长水孔的钻头示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-9所示，本实用新型的具有后排齿水孔的钻头，包括钻头体1、延伸自钻头体1或固定在钻头体上的若干个刀翼2，相邻刀翼2之间形成的钻井液流道3，焊接在钻头体1刀翼2外侧的钻头体保径块4，设置在刀翼2上的前排切削齿21和后排切削齿、且至少一个刀翼2上的切削齿至少有两排，其特征在于：钻头体1上至少有一个刀翼2的前排切削齿21与后排切削齿之间设置有后排齿水孔，所述的后排齿水孔为扁长水孔201。

所述的钻井液流道3中设置有喷嘴或流道槽水孔。

所述的钻井液流道3中的流道槽水孔为流道槽圆形水孔31或流道槽扁长水孔32。

所述的刀翼2的前排切削齿21与后排切削齿之间设置有后排齿凹槽24，所述的后排齿水孔设置在此后排齿凹槽24内。

所述的刀翼2的前排切削齿21与后排切削齿之间设置有后排齿凹槽24，所述的后排齿水孔设置在此后排齿凹槽24内，且在所述刀翼2上的钻头体保径块4上设置有保径块流道槽，所述的后排齿凹槽24与所述的保径块流道槽相连通。

所述的刀翼2工作面上设置有多排后排切削齿，所述的后排齿水孔设置在所述的前排切削齿21与最后排切削齿之间。

所述的刀翼2工作面上设置有多排后排切削齿，所述的后排齿水孔设置在所述的前排切削齿21与除最后排切削齿以外的其它后排切削齿之间。

所述的钻头为pdc钻头。

本实用新型的具有后排齿水孔的钻头，请参阅图1，包括钻头体1、延伸自钻头体或固定在钻头体1上的若干个刀翼2，相邻刀翼2之间形成钻井液流道3，所述刀翼2上设置有前排切削齿21，且至少有一个刀翼2上的切削齿至少有两排，其特征在于：钻头体1上至少有一个刀翼2的前排切削齿21和后排切削齿之间设置有后排齿水孔。现有钻头技术，流道槽圆形水孔31或流道槽扁长水孔32一般设置在钻头体1上，这样流道槽圆形水孔31或流道槽扁长水孔32与井底或前排切削齿21、第一后排切削齿22的距离较远，水力能量的利用率下降。而本实用新型中，在第一后排切削齿22所在的刀翼工作面上设置后排齿水孔，显著减小了水孔的喷射距离，能够及时、充分的冷却切削齿，减少热磨损的发生，同时还能以足够大的能量运移由前排切削齿21、第一后排切削齿22所产生的岩屑，减少泥包发生的几率，同时刀翼2上第一后排切削齿22的设置，可大大提高切削齿的工作寿命，从而增加钻头的钻井效率。

进一步的，作为本领域内的工作人员，更容易想到的是刀翼2上前排切削齿21和后排切削齿的水孔为扁长水孔201，以增强刀翼2上后排齿水孔的径向覆盖范围，对切削齿进行均衡冷却效果，这种方案更适用于高温地热钻井中，如图1、4、5、8、9所示。更优的方案是刀翼2上前排切削齿21和后排切削齿的水孔为扁长水孔201，后排齿水孔径向布齿覆盖区域为60％以上，即l1/l≥0.6，其中l为径向布齿覆盖区域，l1为扁长水孔201的液流到达刀翼2工作面的径向覆盖区域，请参阅图2，7，其中图2所示为扁长水孔201的结构，图7所示为凹槽中的扁长水孔241的结构，更进一步的，当钻头直径较大(钻头直径≥9寸)时，扁长水孔201或凹槽中的扁长水孔241偏离内流道较远，难以一次钻孔至内流道，此时可以采用折线水孔的方法，即从刀翼2侧面往钻头内流道增设一个辅助水孔202，以连通扁长水孔201或凹槽中的扁长水孔241与内流道，如图3、4所示。

由切削齿破碎的岩屑最终要经由钻井液流道3而进入环空，如若进入排屑槽的岩屑不能顺利排出，也可能会造成岩屑拥堵在钻井液流道3内，进而造成泥包。为避免这种现象的发生，本实用新型还提出了在刀翼2上前排切削齿21、后排切削齿之间及钻头体1(或钻井液流道3内)同时布置后排齿水孔的技术方案，进一步的增强了钻头冷却和排屑能力请参阅图4。

切削齿破岩过程中，部分岩屑将与刀翼2工作面接触并粘附其上，尤其是后排切削齿与主切削齿间更容易使岩屑粘附。为解决此问题，在前排切削齿21与后排切削齿之间设置有后排齿凹槽24，将凹槽中的扁长水孔241设置在后排齿凹槽24内，不仅对刀翼2上的岩屑起到润滑作用，而且还大大降低岩屑在刀翼2上(尤其是主切削齿与后排切削齿之间)的粘附效果，后排齿凹槽24内的液流能拓宽后排齿水孔的作用范围，改善其作用效果，如图5、6所示。同时在钻头体保径块4上设置保径块流道槽并使其与后排齿凹槽24相连通，形成了一个有效排出后排切削齿区域岩屑的流道，有利于提高钻头冷却效率和清洗效果，如图8所示。

在破岩过程中，岩石对切削齿产生较大的反作用力，容易造成切削齿的失效，尤其是主切削齿的失效。当地层条件复杂时，后排切削齿也会受到不同程度的失效，在刀翼2上设置多排后排切削齿，可弥补已失效主切削齿及后排切削齿的破岩效率，增加钻头的使用寿命。同时在后排切削齿所在位置设置后排齿水孔，能够更好的兼顾后排齿的冷却效果，大大提高钻头的使用寿命，增加钻井效率，如图9所示。

本技术适合于各种采用pdc刀翼2作为切削结构的钻头，包括pdc钻头、pdc-牙轮复合钻头以及pdc-盘刀复合钻头等，所用切削齿(包括前排切削齿和后排切削齿)一般为常规圆形pdc切削齿，也包括可绕自身中心轴线旋转的pdc齿、异形pdc齿(包括椭圆齿、尖圆齿等)、具有三维工作面的金刚石复合齿(如屋脊齿、尖锥齿等)、tsp齿、孕镶金刚石切削齿等切削齿或切削元件。

本实用新型的具有后排齿水孔的钻头，钻头结构设置有后排切削齿，在钻进坚硬、高温地层中，后排切削齿在主切削齿失效的情况下能够及时对岩石进行切削，从而提高钻头在此类地层中的钻进效率，增加钻头使用寿命；同时后排齿水孔设置在前排切削齿21与后排切削齿之间，能够及时对后排切削齿进行冷却，避免后排切削齿因冷却不到或冷却效果不佳而造成的提前失效；后排齿水孔喷射距离明显缩短，经由切削齿工作面的液流喷射速度更大，能够及时的清洗井底，并能有效对岩屑进行运移，适用于软、硬、软硬交替地层；同时后排齿水孔喷射距离的缩短，使由刀翼2工作面上的水孔喷射出的液流束能耗小，对井底岩石的辅助破坏效果更佳；特别的，刀翼2上安装的扁长水孔201能更好的应用到地热钻井中，从而增大切削齿的集中喷射效果；刀翼2上设置有后排齿凹槽24，能够进一步减少岩屑在刀翼工作面上的粘附，岩屑排出效果更佳；刀翼2上与钻头体1上(特别是流道槽内)同时布置后排齿水孔时，进一步的增强了钻头冷却和排屑能力，大幅弱化切削齿的热磨损，进而提高钻头在高温、高硬度、高研磨性及不均质地层的钻进能力。