一种脉冲提速PDC钻头的制作方法

本发明涉及钻头技术领域，具体涉及一种脉冲提速pdc钻头。

背景技术：

扬子区块斜坡带砂泥岩地质页岩开采过程中，因携岩不利、清岩不及时以及钻屑运移过程中在低边堆积而产生了岩屑床现象，从而制约着机械钻速和钻井效率，严重时还易导致憋泵和卡钻的钻井事故，而目前主要采取的措施是从工艺上进行改进，例如采用频繁短程起下钻、提高钻速和增大排量的方法，但对于在钻进过程中随时出现的岩屑床现象始终影响整个钻进过程。

而避免岩屑床现象产生，最主要的办法是将钻下的岩屑快速排出，并且保持钻头切削位置的干净状态，需要对钻头结构进行改进以满足对岩屑的快速运移过程。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种脉冲提速pdc钻头，解决了应用现有钻头结构在岩屑运移过程中易出现岩屑床现象的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种脉冲提速pdc钻头，包括钻头本体，所述钻头本体内开设有位于中轴线上的脉冲流道，以及以中轴线为中心沿周向均匀布置的多个反向流道；所述脉冲流道包括从钻头本体尾部向钻头本体头部依次连通的连通腔、进给腔、谐振腔以及分流腔，所述谐振腔与所述分流腔之间的连接处为缩口结构；所述反向流道包括从钻头本体头部向钻头本体尾部依次连通的回流腔、内磨腔以及扩散腔，所述内磨腔的轴线与所述回流腔的轴线之间形成夹角，所述扩散腔的轴线与所述回流腔的轴线平行；所述钻头本体头部开设有与所述分流腔连通的下喷流道，以及与所述回流腔连通的吸入流道；所述钻头本体头部还设有连通所述分流腔与所述回流腔的高速流道。

优选的，所述进给腔的孔径大于所述连通腔的孔径及所述谐振腔的孔径，所述谐振腔的孔径小于所述分流腔的孔径。

优选的，所述内磨腔的孔径大于所述回流腔的孔径及所述扩散腔的孔径。

优选的，所述钻头本体上还开设有与所述内磨腔连通的旁通流道。

优选的，所述钻头本体头部固定有沿周向布置的多个刀翼，多个刀翼呈同轨道螺旋分布；所述刀翼上安装有沿径向分布设置的多个切削齿。

优选的，所述切削齿的材质为聚晶金刚石复合片。

优选的，所述切削齿的直径为16mm～20mm。

优选的，相邻两个所述切削齿之间的间隔距离为8mm～16mm。

优选的，所述钻头本体头部与纵向剖切面相交产生的曲线为抛物线。

优选的，所述钻头本体尾部设有圆锥螺纹结构。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、在钻头本体内部开设脉冲流道让钻井液能够快速进入并对岩屑进行冲击，然后通过多个反向流道将粉碎岩屑快速循环排出；通过脉冲流道对进入的钻井液进行提速，并且钻井液流过缩口结构时会产生反向冲击力并反馈到谐振腔中，让处于谐振腔中的钻井液产生断续涡流，使得流入分流腔中的钻井液产生脉冲射流状态；形成的高速流动钻井液不仅能够流入到反向通道内快速将岩屑排出，还能通过下喷流道喷出对钻头切屑部位进行冲洗并冲击岩屑粉碎，避免岩屑堆积现象，提高岩屑运移效率；

2、通过高速流道进入回流腔中的钻井液能够形成一定负压，让岩屑能够从吸入流道快速进入到回流腔并快速进入内磨腔中，在冲击作用使得岩屑在内磨腔中相互碰撞而粉碎，以提高岩屑的回流速度，提升了钻井液对岩屑的清理效果；

3、通过钻井液高速射流能够提高岩屑的抽吸作用，并让岩屑能够在反向流道内产生粉碎，让岩屑颗粒粒径减小，有利于钻井液清理岩屑，避免产生岩屑床的现象；也能够及时清理钻头上粘附的岩屑，以提升钻头的切削作用。

附图说明

图1为本发明一种实施例的轴侧结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为图1的剖视结构示意图；

图中，钻头本体1、脉冲流道2、连通腔21、进给腔22、谐振腔23、分流腔24、缩口结构25、反向流道3、回流腔31、内磨腔32、扩散腔33、旁通流道34、下喷流道4、吸入流道5、高速流道6、刀翼7、切削齿8、圆锥螺纹结构9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1～图3所示，本发明的实施例提出了一种脉冲提速pdc钻头，包括钻头本体1，在钻头本体1内开设有位于中轴线上的脉冲流道2，以及以中轴线为中心沿周向均匀布置的多个反向流道3，将钻头本体1安装完毕后，通过脉冲流道2输入钻井液，并让钻井液对岩屑进行冲击以及对钻头切削部位进行冲洗后，带着岩屑从反向流道3排出，本实施例中反向流道3数量为4个，能够提高岩屑的运移效果。

如图3所示，脉冲流道2包括从钻头本体1尾部向钻头本体1头部依次连通的连通腔21、进给腔22、谐振腔23以及分流腔24，所述谐振腔23与所述分流腔24之间的连接处为缩口结构25，钻井液经过连通腔21、进给腔22、谐振腔23进行提速后进入到分流腔24中，并且在缩口结构25的作用下，让钻井液经过缩口结构25时产生反向冲击力后让在谐振腔23内的钻井液产生断续涡流，而产生的断续涡流促使钻井液进入到分流腔24后产生高速射流，让钻井液能够在分流腔24中快速分散喷射；在钻头本体1上开设有与分流腔24连通的下喷流道4，射流状的钻井液通过下喷流道4喷出后，不仅能够对岩屑进行冲击，还能够对钻头上得切削位置进行清洗，保证钻头的切削效果，同时还能击碎岩屑。

通过钻井液冲击并携带岩屑通过多个反向流道3流出，如图3所示，反向流道3包括从钻头本体1头部向钻头本体1尾部依次连通的回流腔31、内磨腔32以及扩散腔33，所述内磨腔32的轴线与所述回流腔31的轴线之间形成夹角，所述扩散腔33的轴线与所述回流腔31的轴线平行，同时在钻头本体1上开设有与回流腔31连通的吸入流道5，通过吸入流道5将岩屑输送到反向流道3中，由于内磨腔32与回流腔31、扩散腔33之间形成夹角，使得进入内磨腔32的岩屑在转向时会产生相互碰撞，进一步使得岩屑颗粒粒径减小，能够加快岩屑跟随钻井液流出的速度。

同时，如图3所示，在钻头本体1头部还设有连通所述分流腔24与所述回流腔31的高速流道6，让分流腔24内的高速射流钻井液进入回流腔31中产生负压，促进吸入流道5内的钻井液流动速度，提升岩屑在内磨腔32内的粉碎概率，从而使得岩屑回流过程中较为流畅，不会存在岩屑集聚的情况，有效避免形成岩屑床现象。

在本发明的其中一种实施例中，为了提升钻井液进入脉冲流道2后能够快速提速，并形成良好的脉冲流动状态，让进给腔22的孔径大于所述连通腔21的孔径及所述谐振腔23的孔径，所述谐振腔23的孔径小于所述分流腔24的孔径，钻井液流入每个腔以及流出每个腔的过程中，在孔径变化的作用下会形成脉冲流动。

在本发明的其中一种实施例中，为了在反向流道3内也形成脉冲流动，使钻井液携带岩屑进入到内磨腔32后产生较为强烈的碰撞效果，让岩屑粉碎粒径减小，让内磨腔32的孔径大于回流腔31的孔径及扩散腔33的孔径，从回流腔31进入内磨腔32时能够形成喷射现象，让岩屑接触的概率提升；而从内磨腔32进入扩散腔33后能够形成一定的负压作用，加快流出速度，让岩屑进入反向流道3后能够快速流动并能够在流动过程中粉碎成为粒径更小的颗粒。

在本发明的其中一种实施例中，为了对内磨腔32中的钻井液进行快速疏导，在钻头本体1上还开设有与内磨腔32连通的旁通流道34。

在本发明的其中一种实施例中，在钻进过程中，需要保持钻头本体1具有良好的切削作用，在本实施例中的钻头本体1切割部位同步进行改进，提高对岩屑的切割效果；如图1、图2所示，在钻头本体1头部固定有沿周向布置的多个刀翼7，本实施例中刀翼7数量为5个，并且让多个刀翼7呈同轨道螺旋分布，即是让每个刀翼7都形成在轴线方向具有沿着螺旋线分布，形成具有良好抗冲击作用的布置方式；并在刀翼7上安装有沿径向分布设置的多个切削齿8，多个切削齿8沿刀翼7边缘分布固定，并且每个刀翼7上的切削齿8均朝向同一个方向，在钻头本体1动作时，能够形成具有前进作用力的切削过程，提高岩屑的切削效果。

在本发明的其中一种实施例中，为了提高切削齿8的强度，提升切削效率，让切削齿8的材质为聚晶金刚石复合片，让切削齿8具有良好的耐磨性和抗冲击性；同时，让切削齿8的直径为16mm～20mm，在保证切削齿8具有足够的强度的情况下，还能满足在带砂泥岩地质条件下的切削过程，由于带砂地质条件会在相邻的切削齿8之间造成卡缝的情况，需要通过喷出的钻井液时刻进行冲击清理，也要保证相邻两个切削齿8之间的间隔不会造成颗粒过于卡紧的情况，在布置切削齿8时，让相邻两个切削齿8之间的间隔距离为8mm～16mm，在实际应用中，选择较大尺寸的间隔距离，不仅在安装切削齿8的过程中具有冗余尺寸，还能保证在冲洗清理时能够让卡在间隔中的颗粒物快速掉落。

在本发明的其中一种实施例中，为了让钻头本体1头部在固定刀翼7时，能够更加贴合切割产生的岩屑流向，并且能够形成良好的导流结构，如图1所示，让钻头本体1头部与纵向剖切面相交产生的曲线为抛物线，此处所说的纵向剖切面为纵向中心面，让整个钻头本体1头部形成曲面结构，有利于钻井液及岩屑的导流。

在本发明的其中一种实施例中，为了便于安装连接整个钻头本体1，如图1所示，在钻头本体1尾部设有圆锥螺纹结构9，在预安装时能够通过圆锥螺纹结构9与钻杆连接进行定位，保证在后续将钻头本体1紧固时起到良好的定位作用，避免造成安装不同心的情况，可保持在钻进过程中的稳定性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。