一种新型片叠式钻头

1.本发明涉及一种新型片叠式钻头，即一种通过螺纹连接于钻铤的钻井工具，属于钻采装备制造技术领域。


背景技术：

2.钻头是破碎岩石形成井眼的主要工具，钻头成本占钻井成本的三分之一左右。为改善钻头的效率、防卡以及修复等性能，从早期的刮刀钻头，到牙轮钻头、pdc钻头，甚至是兼具牙轮钻头和pdc钻头优点的混合钻头，除了在钻头材料上得到不断更新之外，在破岩过程中实现切削和研磨功能的钻头特征性结构也是钻头设计研究与开发关注的重点。


技术实现要素：

3.为有效处理钻头卡紧和钻头修复的问题，本发明提供一种新型片叠式钻头，是对一种完全由可拆卸和更换的盘片构成的叠盘单元加以组配，形成的非一体化成型的钻头本体，其叠盘单元的梯牙和形成的螺旋形梯脊发挥切削、研磨作用，形成的螺旋形梯槽发挥导流和排屑作用；其盘片组成的叠盘单元在三维运动下能够改变钻头本体的空间结构形式以有效解决沉砂、井塌、落物、砂桥及泥包对钻头本体形成的卡紧问题，受损的任一盘片能够被拆卸并更换以实现钻头本体的局部快速修复。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在钻具系统端部安装的新型片叠式钻头主要由导液护罩、螺套滑位杆、锁套和叠盘单元构成。导液护罩、锁套和叠盘单元均以螺套滑位杆为垂直投影面的形心轴，各叠盘单元之间按盘片梯牙做错位组配，使得梯牙集成螺旋形梯脊，而未被叠压的盘片盘面和叠面部分集成螺旋形梯槽。钻头钻进过程中，螺套滑位杆在导液护罩与相邻的叠盘单元之间部位外露的杆芯长度处于最大化，叠盘单元部位的螺套节处于连续排布状态，全部叠盘单元紧密排列并由锁套固定压紧，由全部叠盘单元和螺套滑位杆组成的钻头本体呈完整螺旋体，并以螺套滑位杆为轴做360度旋转，实现对地层岩石的破碎；钻头本体因附着于其上的沉砂、落物、砂桥以及泥等物质被卡住无法进行有效旋转时，锁套解锁固定压紧功能，螺套滑位杆在导液护罩与相邻的叠盘单元之间部位外露的杆芯长度缩小，与若干个叠盘单元进行组配的螺套节以杆芯为载体并沿杆芯做轴向向上滑动，各螺套节之间呈断开状态，此时钻头本体变成由多段小螺旋体组成的螺旋串。在钻头本体由完整螺旋体向螺旋串转变的过程中，卡住钻头的物质会在变形过程中形成三维异向碾压而松脱或进一步碎化，进而形成有效解卡，而且此过程完全不需要对钻具系统做整体提升。钻井操作中，由于各钻头盘片磨损度不同，钻头本体会由最初的柱状完整螺旋体或螺旋串，变成弹头状、橄榄状、鱼状、葫芦状等多种形态的完整螺旋体或螺旋串，各形态之间的转变使钻头本体呈现出局部螺纹抛物面，更有利于发挥其研磨的作用，较当前应用的钻头有更长的使用周期。而且，在局部盘片受损或磨损严重时，能够对个别盘片采用拆卸对调换位调整或者拆卸直接换新的方式，使得钻头本体功能得到快速有效修复。
5.上述导液护罩从上至下由螺纹接头、挡板和罩面三部分组成，整体呈礼帽状。螺纹接头是具有满足结构强度需要的中空圆柱体，柱体内外侧壁均加工有螺纹，用以连接钻铤。挡板呈圆形，与螺纹接头垂直投影的外边界圆面尺寸完全一致，并作为螺纹接头的一个端面与螺纹接头一体化成型连接；圆形挡板沿径周均匀分布有贯穿通孔，孔呈圆形、方形或异形，是用以导流钻井液等流体的导流孔；与螺纹接头相反一面的挡板中心处是杆位，用以定位连接于螺套滑位杆的端面，连接方式采用焊接或其他固定方式。以圆形挡板作为罩面顶部端面，罩面是一个变径环圈体的侧壁面，即变径环圈体状的罩面小口端圆形边界与圆形挡板的圆面外边界一体化成型连接；变径环圈体的侧壁母线为直线或曲线；变径环圈体状的罩面大口端圆形边界垂直方向上的投影范围小于叠盘单元盘片的原始旋转面范围，罩面对位于其下方的钻头本体形成保护作用。
6.上述螺套滑位杆由杆芯和螺套节组成，螺套节数量多个。杆芯呈钉形，由近圆柱体状的钉杆部分和扁柱体的钉帽部分构成；杆芯钉杆部分的圆柱体侧壁均匀分布多条平行的母线方向的卡道，卡道与杆芯侧壁一体化成型；杆芯钉杆部分的横截断面为圆周带有呈十字方位卡点的圆环面，卡点即卡道横截断面，卡点形状不限；杆芯与导液护罩的挡板垂直，其中非钉帽端头在与导液护罩罩面位于挡板的同侧，并一体化连接于挡板的杆位；杆芯钉杆部分内部能够穿越电路线及装配控制或感应等元件；杆芯钉帽部分横截断面为圆形、方形或异形，横截断面内切圆半径大于叠盘单元盘面上的盘心螺孔半径，且小于叠盘单元盘面内切圆半径；钉帽部分侧壁母线高度为一个叠盘单元叠面高度的1/2。螺套节呈环柱体，按环柱体侧壁母线高度分为i 类和ii 类两个类型；i 类螺套节数量多个，其螺套高度为叠盘单元厚度的整数倍；ii 类螺套节数量一个，其螺套高度为叠盘单元厚度的整数倍再减去1/2叠盘单元叠面高度；环柱体的内侧壁均匀分布有平行的母线方向的卡槽，卡槽横截断面形状与杆芯卡点横截断面形状吻合，螺套节内部装设有触发其运动的元件等，该元件与杆芯钉杆部分内部装配的控制或感应等元件连动，即螺套节能够通过其内侧壁卡槽与杆芯侧壁的卡道进行配合实现螺套节沿杆芯做轴向上、下滑动；环柱体外侧壁分布有外螺纹，用以组配叠盘单元；钻头正常钻进过程中，螺套节在杆芯上连续排布，位于导液护罩与相邻的叠盘单元之间部位外露的杆芯长度处于最大化，与叠盘单元组配的各螺套节全部处于连续排布状态，全部叠盘单元紧密排列并由锁套固定压紧。由全部叠盘单元和螺套滑位杆组成的钻头本体呈完整螺旋体，并以螺套滑位杆为轴做360度旋转，实现对地层岩石的破碎；钻头因附着于其上的沉砂、落物、砂桥以及泥等物质被卡住无法进行有效旋转时，锁套解锁固定压紧功能，螺套滑位杆在导液护罩与相邻的叠盘单元之间部位外露的杆芯长度缩小，与若干个叠盘单元进行组配的螺套节以杆芯为载体沿杆芯做轴向向上滑动，各螺套节之间呈断开状态。不需要提升钻杆，仅通过螺套节上、下滑动带动叠盘单元做上下运动，即可有效消除附着于其上的沉砂、落物、砂桥以及泥等物质实现解卡，此时钻头本体变成由多段小螺旋体组成的螺旋串。
7.上述锁套由刹圈和圈轨组成。圈轨为刚性材质，呈环柱形，横截断面的环圈外边界呈方形、圆形或异性，内圈边界呈圆形，圈轨的环柱形内侧壁有与刹圈配合的螺纹。刹圈为具有收缩性的充气硅胶圈，呈环柱形，横截断面的环圈外边界呈圆形，刹圈的环柱形外侧壁有与圈轨环柱形内侧壁螺纹相配合的外螺纹，内圈边界形状与螺套滑位杆杆芯钉杆部分的横截断面边界相吻合；刹圈内部中空，刹圈端面处有与内部中空区域连通的气孔、孔阀和气
管，气管可装配于钻具系统并由外接单元设备供气。孔阀开启并开始供气，气体经气管通过气孔进入刹圈中空区域并使刹圈膨胀后，孔阀关闭且停止供气，刹圈的内圈侧壁卡紧杆芯钉杆部分以实现对装配于螺套滑位杆位于锁套下方的螺套节的锁位作用；孔阀开启且不供气，刹圈中空区域内充气体依次经气孔、孔阀和气管释放出去，刹圈收缩使其内圈侧壁不再卡紧于杆芯钉杆部分，以实现对装配于螺套滑位杆位于锁套下方的螺套节的解锁作用。
8.上述叠盘单元由偶数盘片叠组而成，叠盘单元有端部叠盘单元和非端部叠盘单元两种类型，端部叠盘单元数量一个，非端部叠盘单元数量多个。盘片为聚晶金刚石复合材质，盘片厚度均一，盘片形状呈勒洛三角形或等弧多边形。等弧多边形各弧等曲率半径，等弧多边形的弧以正多边形的形心为弧心，以多边形相邻两个顶点为弧线端点，其弧线曲率半径大于正多边形外接圆曲率半径。固定数量的盘片正对叠组形成一个叠盘单元，叠盘单元中盘片间以焊点或其他方式固定，盘片的形状即叠盘单元盘面的形状，叠组的各盘面周线厚度面即叠盘的叠面。盘片有i 类盘片和ii 类盘片两种类型，作为非端部叠盘单元的i 类盘片形心处有圆柱形孔，叠组后的各i 类盘片形心圆柱形孔内侧壁有与螺套滑位杆螺套节外螺纹相配合的内螺纹，非端部叠盘单元用以组配i 类螺套节，螺套节两个端面与叠盘单元两端盘片分别共面。端部叠盘单元的盘片，一侧是i 类盘片，另一侧是ii 类盘片，两类盘片各占1/2叠盘单元盘片数量。i 类盘片形心孔与非端部叠盘单元的盘片相同；靠近螺套滑位杆杆芯钉帽部分的1/2数量盘片是ii 类盘片，ii 类盘片的形心孔与杆芯钉帽部分横截断面相吻合，且孔内侧壁无螺纹，即保证端部叠盘单元与螺套滑位杆的ii 类螺套节进行组配时，使位于螺套滑位杆杆芯钉帽部分一侧端面的盘面与杆芯钉帽的端面实现共面。
9.盘片相邻弧边的交角在叠盘单元叠面高度方向上的组叠形成了叠盘单元的梯牙，盘片相邻弧边的交角顶点即梯牙牙尖点。固定数量的叠盘单元与螺套滑位杆的螺套节进行梯牙错角组配，即以叠盘单元盘片形心的垂直投影作为角顶点，保证相邻叠盘单元的梯牙牙尖点的垂直投影点分别与角顶点连线所形成的夹角为3n度，其中n 为1-6的自然数；保证（360/m）/3n为整数的前提下，其中m 为3或4或5或6，相邻叠盘单元以梯牙错角的方式与螺套节进行组配，（360/m）/3n 个叠盘单元即保证钻头本体360度全周分布有梯牙，梯牙牙尖点的连线形成钻头本体的螺旋形梯脊，而相邻梯脊间形成钻头本体的螺旋形梯槽。由此，叠盘单元与螺套滑位杆的组配构成的钻头本体表面具有三维的螺旋梯脊和螺旋梯槽，梯牙相当于钻头的牙，梯脊相当于钻头的刀，梯牙和梯脊发挥对岩石的钻、切、磨削等作用，梯槽发挥对钻井液等流体进行导流的功能以及排屑功能等。
10.钻头钻进过程中，螺套滑位杆的螺套节顺次紧密排布于螺套滑位杆靠杆芯钉帽部分端头，螺套滑位杆在导液护罩与相邻的叠盘单元之间部位外露的杆芯长度最大化，全部叠盘单元紧密排列并由锁套固定压紧，此时钻头本体呈完整螺旋体，并以螺套滑位杆为轴做360度旋转，实现对地层岩石的破碎；钻头因附着于其上的沉砂、落物、砂桥以及泥等物质被卡住无法进行有效旋转时，感应元件连动控制器控制锁套解锁固定压紧功能，螺套滑位杆在导液护罩与相邻的叠盘单元之间部位外露的杆芯长度缩小，螺套节作为叠盘单元之间分离的载体，螺套滑位杆杆芯作为螺套节滑动的载体，各螺套节沿杆芯做轴向向上滑动并使原本紧密排布的各螺套节之间呈断开状态，此时钻头本体变成由多段小螺旋体组成的螺旋串。在钻头本体由完整螺旋体向螺旋串转变的过程中，卡住钻头的物质会在变形过程中形成三维异向碾压而松脱或进一步碎化，进而形成有效解卡。
11.本发明采用非一体化钻头本体的片叠式结构钻头，以盘片组叠形成叠盘单元，以叠盘单元按梯牙错位原则组配于螺套滑位杆的螺套节，形成带有三维螺旋梯脊和螺旋梯槽的钻头本体，不仅保证了钻头本体的钻、切、磨削等作用，对钻井液等流体的导流的功能以及排屑功能等，与现有技术相比，本发明片叠式结构钻头通过导液护罩实现钻井液等流体的导流以及对钻头本体的保护，通过锁套的锁紧和解锁以及螺套滑位杆的螺套节沿杆芯的轴向上、下滑动，来实现钻头本体“完整螺旋体”和“螺旋串”两种状态的转换。钻头本体解卡过程完全不需要对钻具系统做整体提升；钻头本体在钻井操作中产生的叠盘单元盘片磨损，使得钻头本体会由最初的柱状完整螺旋体或螺旋串，变成弹头状、橄榄状、鱼状、葫芦状等多种形态完整螺旋体或螺旋串，而各种形态之间的转变使钻头本体呈现出局部螺纹抛物面，更有利于发挥其研磨的作用，较当前应用的钻头有更长的使用周期。而且，在局部盘片受损或磨损严重时，能够对个别盘片采用拆卸对调换位或者拆卸直接换新的方式，使得钻头本体功能得到快速有效修复。钻头构件单元滑动产生的钻头本体变形解卡特点及钻头本体的易于修复特点，使其具有较强的工程实际应用性。
附图说明
12.图1是片叠式钻头结构示意图。
13.图2是导液护罩结构透视图。
14.图3是导液护罩俯视图。
15.图4是螺套滑位杆和杆芯结构示意图。
16.图5是螺套节连接和断开状态下的螺套滑位杆局部示意图。
17.图6是锁套结构示意图。
18.图7是叠盘单元结构示意图。
19.图8是端部叠盘单元结构示意图。
20.图9是叠盘单元构成的钻头本体仰视图。
21.图10是片叠式钻头俯视透视图。
22.图11是勒洛三角形盘片示意图。
23.图12是其他形状盘片示意图。
24.图13是螺旋串状态的钻头结构示意图。
25.图中：1. 叠盘单元，2.锁套，3.螺套滑位杆，4.导液护罩，11.盘面，12.叠面，13.盘心螺孔，21.刹圈，22.圈轨，31.杆芯，32.螺套节，41.挡板，42.罩面，43.杆位，44.导流孔。
具体实施方式
26.本发明实施例中片叠式钻头主要由导液护罩、锁套和钻头本体构成，钻头本体包括螺套滑位杆和由盘片叠组形成的叠盘单元。
27.本发明实施例中，导液护罩的螺纹接头是具有满足结构强度需要的中空圆柱体，柱体内外侧壁均加工有螺纹。
28.本发明实施例中，导液护罩的挡板呈圆形，与螺纹接头垂直投影的外边界圆面尺寸完全一致，并作为螺纹接头的一个端面与螺为接头一体化成型连接。圆形挡板通孔呈圆形、方形或异形。
29.本发明实施例中，导液护罩的罩面是一个变径环圈体的侧壁面，罩面与螺纹接头分别位于圆形挡板的两侧。罩面变径环圈体的侧壁母线为直线或曲线；变径环圈体状的罩面大口端圆形边界垂直方向上的投影范围小于叠盘单元盘片的原始旋转面范围。
30.本发明实施例中，螺套滑位杆由杆芯和螺套节组成，螺套节数量多个，分为i 类螺套节和ii 类螺套节；杆芯呈钉形，由近圆柱体状的钉杆部分和扁柱体的钉帽部分构成。
31.本发明实施例中，螺套滑位杆的杆芯钉杆部分圆柱体侧壁均匀分布多条平行的母线方向的卡道，其横截断面为圆周带有呈十字方位卡点的圆环面，卡点形状不限。杆芯钉杆部分内部能够穿越电路线及装配控制或感应等元件。
32.本发明实施例中，螺套滑位杆的杆芯钉帽部分横截断面为圆形、方形或异形，横截断面内切圆半径大于叠盘单元盘面上的盘心螺孔半径，且小于叠盘单元盘面内切圆半径。钉帽部分侧壁母线高度为一个叠盘单元叠面高度的1/2。
33.本发明实施例中，螺套滑位杆的螺套节呈环柱体，i类螺套节数量多个，其螺套高度为叠盘单元厚度的整数倍；ii类螺套节数量一个，其螺套高度为叠盘单元厚度的整数倍再减去1/2叠盘单元叠面高度。螺套节环柱体的内侧壁均匀分布有平行的母线方向的卡槽，卡槽横截断面形状与杆芯卡点形状吻合；环柱体外侧壁分布有外螺纹。螺套节内部装设有触发其运动等元件，元件与杆芯钉杆部分内部装配的控制或感应等元件连动。
34.本发明实施例中，锁套由刹圈和圈轨构成。圈轨为刚性材质，呈环柱形，横截断面的环圈外边界呈方形、圆形或异性，内圈边界呈圆形，圈轨的环柱形内侧壁有与刹圈配合的螺纹。刹圈为具有收缩性的充气硅胶圈，呈环柱形，横截断面的环圈外边界呈圆形，刹圈的环柱形外侧壁有与圈轨环柱形内侧壁螺纹相配合的外螺纹，内圈边界形状与螺套滑位杆杆芯的钉杆部分横截断面边界相吻合；刹圈内部区域中空，刹圈端面处有与内部中空区域连通的气孔、孔阀和气管。
35.本发明实施例中，叠盘单元由偶数盘片正对叠组而成，端部叠盘单元数量一个，非端部叠盘单元数量多个。
36.本发明实施例中，叠盘单元的盘片为聚晶金刚石复合材质，盘片厚度均一，盘片形状呈勒洛三角形或其他等弧多边形，等弧多边形的弧线曲率半径大于正多边形外接圆曲率半径。非端部叠盘单元的盘片,即i 类盘片，其形心圆柱形孔内侧壁加工有与螺套滑位杆i 类螺套节外螺纹相配合的内螺纹；与ii 类螺套节进行组配的端部叠盘单元中， i 类盘片和ii 类盘片分别位于两侧，且数量各占叠盘单元盘片数量的1/2。i 类盘片，其形心孔与非端部叠盘单元的盘片相同；ii 类盘片，组配时靠螺套滑位杆杆芯钉帽部分的一端，其形心孔与杆芯钉帽部分横截断面相吻合，且孔内侧壁无螺纹。
37.本发明实施例中，叠盘单元的盘片相邻弧边的交角在叠盘单元叠面高度方向上的组叠形成了叠盘单元的梯牙，盘片相邻弧边的交角顶点即梯牙牙尖点。盘片形心的垂直投影作为角顶点，保证相邻叠盘单元的梯牙牙尖点的垂直投影点分别与角顶点连线所形成的夹角为3n度，其中n 为1-6的自然数；保证（360/m）/3n为整数的前提下，其中m 为3或4或5或6，叠盘单元与螺套滑位杆的螺套节进行梯牙错角组配。
38.本发明的实施例：通过速度监测感应器监测钻头本体的旋转速度，并在旋转速度突降发生钻头本体卡紧问题时，连动控制器执行锁套解锁、螺套滑位杆的螺套节带动与螺套节进行组配的叠
盘单元沿杆芯做轴向上、下滑动，进而实现钻头本体在“完整螺旋体”和“螺旋串”两种状态之间进行转换的一种新型片叠式钻头，其片叠式钻头结构示意图和俯视透视图分别如图1和图10所示，导液护罩结构透视图和俯视图分别如图2和图3所示，螺套滑位杆和杆芯结构示意图如图4所示，螺套节连接和断开状态下的螺套滑位杆局部示意图如图5所示，锁套结构示意图如图6所示，非端部叠盘单元和端部叠盘单元结构示意图分别如图7和图8所示，叠盘单元构成的钻头本体仰视图如图9所示，勒洛三角形盘片和其他形状盘片示意图分别如图11和图12所示，螺旋串状态的钻头结构示意图如图13所示。固定数量的i 类盘片正对叠组形成非端部叠盘单元，1/2固定数量的i 类盘片和1/2固定数量的ii 类盘片正对叠组形成端部叠盘单元，叠盘单元中的盘片之间以焊点或其他方式固定。盘片的形状即叠盘单元（1）的盘面（11）形状，盘片叠组的厚度面即叠盘单元（1）的叠面，加工有与螺套滑位杆（3）螺套节（32）外螺纹相配合的内螺纹的叠盘单元（1）形心孔，即叠盘单元（1）的盘心螺孔（13）。依次按一个ii 类螺套节、多个i 类螺套节的顺序，将螺套节（32）套于螺套滑位杆（3）钉形杆芯（31）上进行装配，螺套节（32）内侧壁卡槽与杆芯（31）侧壁的卡道相配合，其中的ii 类螺套节位于螺套滑位杆（3）钉形杆芯（31）靠钉帽部分的端头。螺套节（32）内部装设有触发其运动等的元件，此类元件与杆芯（31）钉杆部分内部装配的控制或感应等元件连动，即螺套节（32）能够通过其内侧壁卡槽与杆芯（31）侧壁的卡道进行配合，实现螺套节（31）沿杆芯（32）做轴向上、下滑动。叠盘单元（1）通过盘心螺孔（13）与螺套节（32）的外螺纹进行螺纹连接，螺套节（32）总高度等于叠盘单元（1）叠面（12）总厚度。ii 类螺套节靠杆芯（31）的钉帽部分端头的第一个叠盘单元即端部叠盘单元，且端部叠盘单元的ii 类盘片一侧朝向杆芯（31）的钉帽部分端头，ii 类盘片形心孔与杆芯（31）钉帽部分横截断面相吻合，且孔内侧壁无螺纹，以保证端部叠盘单元与螺套滑位杆（3）的ii 类螺套节进行组配时，使位于螺套滑位杆（3）杆芯（31）钉帽部分一侧端面的盘面（11）与杆芯（31）钉帽部分端面实现共面。除一个端部叠盘单元以外全部为非端部叠盘单元，叠盘单元（1）之间按梯牙错角的方式与螺套滑位杆（3）的螺套节（31）进行螺纹连接组配，保证由叠盘单元（1）和螺套滑位杆（3）组成的钻头本体以螺套滑位杆（3）为轴360度全周分布有梯牙，梯牙牙尖点的连线形成螺旋形梯脊，而相邻梯脊间形成螺旋形梯槽，即叠盘单元（1）与螺套滑位杆（3）的组配构成的钻头本体表面具有三维的螺旋梯脊和螺旋梯槽，而梯牙相当于钻头的牙，梯脊相当于钻头的刀，梯牙和梯脊发挥对岩石的钻、切、磨削等作用，梯槽发挥对钻井液等流体的导流功能以及排屑功能等。螺套滑位杆（3）的ii 类螺套节在朝向导液护罩（4）一侧的端头装配锁套（2），锁套（2）的刹圈（21）和圈轨（22）通过螺纹连接。通过控制刹圈（21）气阀对刹圈（21）内部中空区域进行气体给入和气体释放，以利用刹圈（21）的膨胀和收缩实现锁套（2）对螺套滑位杆（3）杆芯（31）上的螺套节（32）的锁位和解锁关系。导液护罩（4）的罩面（42）与螺纹接头分别位于圆形挡板（41）的两侧，罩面（41）对位于其下方的钻头本体形成保护作用。螺套滑位杆（3）杆芯（31）的非钉帽部分端头通过焊接或其他方式固定连接于导液护罩（4）挡板（41）中心的杆位（43）处，杆芯（31）与导液护罩（4）的挡板（41）垂直，杆芯（31）钉杆部分内部能够穿越电路线及装配控制或感应等元件。导液护罩（4）的圆形挡板（41）沿径周均匀分布有导流钻井液等流体的导流孔（44）。
39.钻头正常钻进过程中，钻井液在导液护罩（4）中由螺纹接头侧经挡板（41）上的导流孔（44）向下流于钻头本体。螺套滑位杆（3）的螺套节（32）在杆芯（31）上连续排布，连续排
布的螺套节（32）靠于杆芯（31）的钉帽部分端头，导液护罩（4）和与其最近的叠盘单元（1）之间部位外露的杆芯（31）长度处于最大化。全部叠盘单元（1）紧密排列，与叠盘单元（1）进行组配的螺套节（32）处于连续叠组状态，锁套（2）刹圈（21）端面处的气管贯穿于钻具系统并由外接设备单元供气，位于锁套（2）刹圈（21）端面处且与气管相连接的孔阀开启，气体经气管通过位于锁套（2）刹圈（21）端面处与孔阀连接的气孔进入刹圈（41）的中空区域，并使刹圈（41）膨胀，刹圈（41）的内圈侧壁卡紧螺套滑位杆（3）的杆芯（31）钉杆部分，以实现对装配于螺套滑位杆（3）位于锁套（2）下方的螺套节（32）的锁位作用，锁位后孔阀处于关闭状态。此时，全部叠盘单元（1）和螺套滑位杆（3）组成的钻头本体呈完整螺旋体，并以螺套滑位杆（2）为轴做360度旋转，实现对地层岩石的破碎。
40.当通过速度监测感应器监测钻头本体旋转速度突降发生钻头本体卡紧问题时，连动控制器开启位于锁套（2）刹圈（21）端面处孔阀，刹圈（41）内部中空区域的气体依次通过气孔、孔阀、气管释放，刹圈（41）收缩使其内圈侧壁不再卡紧于螺套滑位杆（3）的杆芯（31），以实现对装配于螺套滑位杆（3）位于锁套（2）下方的螺套节（32）的解锁作用，解锁后孔阀处于关闭状态。同时，控制器触发全部螺套节（32）沿杆芯（31）向上滑动，导液护罩（4）和与其最近的叠盘单元（1）之间部位外露的杆芯（31）长度不断缩小。各螺套节（32）在杆芯（31）上不再处于连续排布的状态，各螺套节（32）之间的杆芯处于间断性外露的状态，并带动与其组配的叠盘单元（1）实现钻头本体由“完整螺旋体”状态转变为由多段小螺旋体组成的“螺旋串”状态。控制器通过控制螺套节（32）沿杆芯（31）的上、下滑动，使得附着于钻头本体之上的沉砂、落物、砂桥以及泥等物质通过抛、抖、甩、振等方式，甚至三维异向碾压脱离钻头本体实现解卡。这种解卡方式不需要提升钻杆，即可有效消除附着于其上的沉砂、落物、砂桥以及泥等物质。
41.钻头本体在钻井操作中产生的叠盘单元（1）盘片正常磨损，使得钻头本体会由最初的柱状“完整螺旋体”或“螺旋串”，变成弹头状、橄榄状、鱼状、葫芦状“完整螺旋体”或“螺旋串”等多种形态，各形态之间的转变使钻头本体呈现出局部螺纹抛物面，更有利于发挥其研磨的作用，较当前应用的钻头有更长的使用周期。而且，在钻头本体叠盘单元（1）局部，甚至个别盘片受损或磨损严重时，能够对个别盘片采用拆卸对调换位或者拆卸直接换新的方式，使得钻头本体功能得到快速有效修复。