一种混合钻头的制作方法

本发明涉及石油钻探工具技术领域，特别涉及一种混合钻头。

背景技术：

目前，混合钻头因其固定刀翼加滚动牙轮的复合切削结构，具有适应多种地层、机械钻速高、进尺多等性能优势；混合钻头在石油钻探领域被大量使用。

相关技术中，混合钻头一般具有钻头体，在钻头体的下端通过牙掌安装滚动牙轮，由于钻头的心部需要设置内流道以便钻井液通过，滚动牙轮及牙掌一般设置于钻头的外缘，通常会出现牙掌与钻头体之间的连接强度不足、连接可靠性较低的问题，在钻井公司为追求钻井效益，通常趋向采用强化钻井的情况下，牙掌与金刚石钻头体之间的连接强度严重不足、连接可靠性更低，容易出现牙掌与钻头体开裂、牙掌落井事故。

因此，有必要设计一种新的混合钻头，以克服上述问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种混合钻头，以解决相关技术中牙掌与钻头体之间的连接强度不足、连接可靠性较低，容易出现牙掌与钻头体开裂、牙掌落井事故的问题。

第一方面，提供了一种混合钻头，其包括：钻头体，其开设有挡槽；牙掌，其固定于钻头体，牙掌设有与挡槽配合的挡块；牙轮，其固定于牙掌；当牙轮受到沿钻头体径向方向的推力时，挡槽的内壁阻挡挡块沿钻头体径向方向移动。

一些实施例中，所述钻头体设有放置所述牙掌的牙掌槽，所述挡槽沿所述钻头体周向方向或者沿所述钻头体轴向方向设置于所述牙掌槽的一侧，且所述挡槽与所述牙掌槽连通。

一些实施例中，所述钻头体还设有放置所述牙轮的牙轮槽，所述牙轮槽与所述牙掌槽连通，当所述挡槽沿所述钻头体周向方向设置于所述牙掌槽的一侧时，所述挡槽位于所述牙掌槽与所述牙轮槽相连通处。

一些实施例中，所述挡槽沿所述钻头体径向方向设置于所述牙掌槽与所述钻头体的交界线处。

一些实施例中，所述挡槽具有沿所述钻头体径向方向并排设置的第一内壁面和第二内壁面，所述第一内壁面和所述第二内壁面均呈弧形曲面，且在同一横截面上，所述第一内壁面、所述第二内壁面和所述钻头体共圆心。

一些实施例中，所述钻头体设有放置所述牙掌的牙掌槽，所述钻头体于所述牙掌槽的相对两侧还设有第一焊槽，所述第一焊槽用于固定所述牙掌与所述钻头体。

一些实施例中，所述钻头体于所述牙掌槽的上方还设有第二焊槽，所述第二焊槽位于两个所述第一焊槽之间，且所述第二焊槽连通两个所述第一焊槽。

一些实施例中，所述牙掌对应所述第一焊槽设有第三焊槽，对应所述第二焊槽设有第四焊槽，所述第三焊槽与所述第四焊槽连通；当所述牙掌安装于所述牙掌槽时，所述第一焊槽、所述第二焊槽、所述第三焊槽与所述第四焊槽共同围成用于堆焊焊料的焊接空间。

一些实施例中，所述钻头体的外侧面沿所述钻头体的径向方向覆盖部分所述第一焊槽或者部分所述第二焊槽；所述牙掌的外侧面沿所述钻头体的径向方向覆盖部分所述第三焊槽或者部分所述第四焊槽。

一些实施例中，所述挡块沿所述钻头体径向方向的宽度的取值范围为5～40mm。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种混合钻头，由于在钻头体上设置了挡槽，在牙掌上设置了挡块，当牙掌和牙轮安装至钻头体上之后，挡块可以放置于挡槽中，当牙轮受到沿钻头体径向方向向外的推力，同时带动牙掌有向外移动的趋势时，挡块与挡槽承担了绝大部分推力，因此，增强了牙掌与钻头体之间的连接强度，保证了牙掌与钻头体之间连接可靠性，避免牙掌与钻头体开裂、牙掌落井事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种混合钻头的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种混合钻头未安装牙掌时的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的牙掌第一视角的立体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的牙掌第二视角的立体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种混合钻头未安装牙轮时的立体结构示意图；

图6为图3中a的放大示意图。

图中：

1、钻头体；11、挡槽；111、第一内壁面；112、第二内壁面；113、第三内壁面；12、牙掌槽；121、第一配合面；122、第二配合面；123、第三配合面；124、第七配合面；13、第一焊槽；14、第二焊槽；15、牙轮槽；

2、牙掌；21、挡块；22、第四配合面；23、第五配合面；24、第六配合面；25、第三焊槽；26、第四焊槽；27、第八配合面；

3、牙轮；

4、刀翼；

41、固定切削齿；

5、喷嘴；

6、焊料。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种混合钻头，其能解决相关技术中牙掌与钻头体之间的连接强度不足、连接可靠性较低，容易出现牙掌与钻头体开裂、牙掌落井事故的问题。

参见图1和图2所示，为本发明实施例提供的一种混合钻头，其可以包括：钻头体1，本实施例中，钻头体1的下端设有均匀布置的刀翼4，且刀翼4之间设有喷嘴5，刀翼4沿钻头体1的径向从内至外划分为内锥、鼻部、肩部和保径段，其中刀翼4各部位安装有固定切削齿41，固定切削齿41优选为金刚石复合片，所述钻头体1可以开设有挡槽11；牙掌2，其固定于钻头体1，其中，牙掌2可以设有与挡槽11配合的挡块21，也就是说，当牙掌2安装于钻头体1上时，挡块21可以放置于挡槽11中；牙轮3，其固定于牙掌2，本实施例中，牙轮3设有内孔，牙轮3通过内孔套装于牙掌2下部的轴颈上，并通过钢球进行轴向锁定，牙轮3可以安装牙轮3切削齿；当牙轮3受到沿钻头体1径向方向的推力时，挡槽11的内壁阻挡挡块21沿钻头体1径向方向移动，当牙轮3受到沿钻头体1径向方向向外的推力，同时带动牙掌2有向外移动的趋势时，挡块21与挡槽11承担了绝大部分推力，因此，增强了牙掌2与钻头体1之间的连接强度，保证了牙掌2与钻头体1之间连接可靠性，避免牙掌2与钻头体1开裂、牙掌2落井事故的发生。

参见图2所示，在一些实施例中，钻头体1可以设有放置牙掌2的牙掌槽12，本实施例中，牙掌槽12沿钻头体1的径向贯穿钻头体1的外侧面，挡槽11可以沿钻头体1的周向方向或者沿钻头体1的轴向方向设置于牙掌槽12的一侧，具体的，本实施例中，沿钻头体1的周向方向牙掌槽12的左右两侧分别设有一个挡槽11，在其他实施例中，挡槽11可以沿钻头体1的轴向方向设置于牙掌槽12的上方，且挡槽11可以与牙掌槽12连通，使得牙掌2插入牙掌槽12的同时，挡块21也可以一起插入挡槽11中，安装方便。

参见图2和图5所示，在一些可选的实施例中，钻头体1还可以设有放置牙轮3的牙轮槽15，本实施例中，牙轮槽15设于牙掌槽12的下方，使得牙轮3可以安装于钻头体1的下端面，牙轮槽15可以与牙掌槽12连通，保证牙掌2与牙轮3的顺利衔接，当挡槽11沿钻头体1周向方向设置于牙掌槽12的一侧时，也就是挡槽11位于牙掌槽12的左右两侧，挡槽11在轴向方向上可以位于牙掌槽12与牙轮槽15相连通处，使得挡槽11在上下方向上偏向靠近牙轮3，当牙轮3受到向外的推力时，挡块21与挡槽11能够承受的推力较大。

参见图2所示，在一些实施例中，挡槽11可以沿钻头体1的径向方向设置于牙掌槽12与钻头体1的交界线处，具体的，牙掌槽12可以具有偏向靠近钻头体1轴线的第一配合面121，第一配合面121可以是沿钻头体1的周向方向延伸的曲面也可以为平面，挡槽11可以与第一配合面121接触，使得挡槽11设置于偏向靠近钻头体1的轴线，沿钻头体1的径向方向，挡槽11与钻头体1外侧面之间的距离较大，挡槽11的外侧具有足够大的能力阻挡挡块21的推力。

参见图2至图4所示，本实施例中，牙掌槽12还包括位于第一配合面121左侧的第二配合面122，位于第一配合面121右侧的第三配合面123，以及位于第一配合面121上方的第七配合面124，第二配合面122和第三配合面123和第七配合面124均可以为平面，牙掌2对应第一配合面121设有第四配合面22，对应第二配合面122设有第五配合面23，对应第三配合面123设有第六配合面24，对应第七配合面124设有第八配合面27，当牙掌2安装于牙掌槽12内时，第四配合面22可以与第一配合面121贴合，第五配合面23可以与第二配合面122贴合，第六配合面24可以与第三配合面123贴合。

参见图2所示，在一些可选的实施例中，挡槽11可以具有沿钻头体1径向方向并排设置的第一内壁面111和第二内壁面112，也就是说，第一内壁面111与第二内壁面112基本呈正对设置，第一内壁面111与第二内壁面112可以通过第三内壁面113连接，同时，第一内壁面111、第二内壁面112与第三内壁面113共同围成挡槽11，第一内壁面111和第二内壁面112均可以呈弧形曲面，且在同一横截面上，第一内壁面111、第二内壁面112和钻头体1共圆心，本实施例中，与第一内壁面111相比，第二内壁面112偏向靠近钻头体1的轴线，当牙轮3受到沿钻头体1径向方向的推力时，推力经过牙轮3传递至牙掌2，由于第一内壁面111和第二内壁面112与钻头体1共圆心，推力可以沿着径向方向垂直作用于第一内壁面111，第一内壁面111受力稳定，且沿着径向方向的推力作用于第一内壁面111时不易在其他方向产生分力，不易对钻头体1的旋转钻进产生较大影响。

参见图6所示，在一些实施例中，挡块21沿钻头体1径向方向的宽度h的取值范围为5～40mm，优选范围为10～25mm，使挡块21具有足够的厚度承受推力，不易折断，同时，挡块21插入挡槽11后不会占用钻头体1较大空间，本实施例中，挡槽11和挡块21大致呈长方形，在其他实施例中，挡槽11和挡块21也可以对应呈圆柱形或者其他形状。

参见图2所示，在一些实施例中，钻头体1于牙掌槽12的相对两侧还可以设有第一焊槽13，本实施例中，牙掌槽12的左侧和右侧分别设有第一焊槽13，且第一焊槽13优选沿着钻头体1的轴向方向延伸至牙掌槽12的顶部和底部，第一焊槽13用于固定牙掌2与钻头体1，也就是说，可以通过在第一焊槽13填充焊料6将牙掌2与钻头体1焊接成一体；通过设置第一焊槽13增大了焊料6的可容置空间，使得牙掌2与钻头体1可以连接稳固。

参见图2所示，进一步，钻头体1于牙掌槽12的上方还可以设有第二焊槽14，第二焊槽14位于两个第一焊槽13之间，且第二焊槽14连通两个第一焊槽13，通过设置第二焊槽14，使得第二焊槽14与第一焊槽13连通之后可以将牙掌槽12的三边包围，增强牙掌2与钻头体1的连接强度，本实施例中，第一焊槽13和第二焊槽14均是从钻头体1的外表面向内凹陷形成。

参见图2至4所示，在一些实施例中，牙掌2对应第一焊槽13可以设有第三焊槽25，对应第二焊槽14设有第四焊槽26，第三焊槽25与第四焊槽26连通，本实施例中，第三焊槽25和第四焊槽26也可以是自牙掌2的外表面向其内部凹陷形成；当牙掌2安装于牙掌槽12时，第一焊槽13、第二焊槽14、第三焊槽25与第四焊槽26共同围成用于堆焊焊料6的焊接空间，也就是说，第一焊槽13、第二焊槽14、第三焊槽25与第四焊槽26全部处于连通的状态，堆焊于焊接空间内的焊料6一侧与钻头体1稳固接触，另一侧与牙掌2稳固接触。

参见图1所示，在一些可选的实施例中，钻头体1的外侧面沿钻头体1的径向方向可以覆盖部分第一焊槽13或者部分第二焊槽14，也就是说部分第一焊槽13或者部分第二焊槽14可以被钻头体1的外侧面包裹，使得当牙掌2有向外移动的趋势时，位于第一焊槽13或者第二焊槽14外侧的部分钻头体1可以进一步对焊料6进行阻挡，防止焊料6与钻头体1在径向方向脱离；牙掌2的外侧面沿钻头体1的径向方向覆盖部分第三焊槽25或者部分第四焊槽26，也就是说部分第三焊槽25或者部分第四焊槽26可以被牙掌2的外侧面包裹，使得当牙掌2有向外移动的趋势时，位于第三焊槽25或者第四焊槽26中的焊料6可以对牙掌2进行阻挡，防止焊料6与牙掌2在径向方向脱离，进而使得焊料6进一步起到防止钻头体1与牙掌2脱离的风险；由于设置了挡块21和挡槽11，也大幅降低了焊料6承受的载荷，从而使得钻头体1与牙掌2之间具有很高的连接可靠性，由于焊料6承受的载荷较小，因而可以在实际使用时减小焊接空间的大小，减少焊料6的用量，降低钻头制造成本。

本发明实施例提供的一种混合钻头的原理为：

由于在钻头体1上设置了挡槽11，在牙掌2上设置了挡块21，当牙掌2和牙轮3安装至钻头体1上之后，挡块21可以放置于挡槽11中，当牙轮3受到沿钻头体1径向方向向外的推力，同时带动牙掌2有向外移动的趋势时，挡块21与挡槽11承担了绝大部分推力，当牙掌2与钻头体1之间采用焊料6固定时，通过设置挡块21与挡槽11，从而大幅降低了焊料6处承受的载荷，因此，增强了牙掌2与钻头体1之间的连接强度，保证了牙掌2与钻头体1之间连接可靠性，避免牙掌2与钻头体1开裂、牙掌2落井事故的发生。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。