一种用于钻探极硬地层的单牙轮钻头的制作方法

1.本发明涉及钻探工具技术领域，具体为一种用于钻探极硬地层的单牙轮钻头。


背景技术：

2.单牙轮钻头是钻探工具的一种，其适用于老井加深等小井眼钻井作业，单牙轮钻头的主要特点为钻头切削齿全部为金刚石复合齿，由于在硬地层或极硬地层上，复合齿性能更好，进而使得单牙轮钻头的性能提高。
3.现有的单牙轮钻头主要由钻头体与牙轮组成，如图6所示，在工作时，首先令回转机构带动钻头体与牙轮同步转动，之后，令推压机构带动钻头体与牙轮下移，并接触待加深钻井的底部壁体，在这个过程中，转动的牙轮与岩层接触，进而使得牙轮在随钻头体公转的同时，会同步进行自转，通过上述动作，进而利用牙轮上的金刚石复合齿对岩层进行挤压刮切，使得岩层被破碎，在这个过程中，输液泵会将钻井液同步通入钻头体中，进而使钻井液通过钻头体和牙轮，进而接触井底破碎后的岩土碎屑，并使岩土碎屑通过单牙轮钻头与井壁之间的环形空间，进而排出钻井，通过上述动作，进而完成钻井加深作业，但是在上述过程中，由于环形空间的横截面积较小，进而使得钻井液带动岩土碎屑上移的过程中，容易在环形空间内发生一定程度的堵塞，由于此时，后续的钻井液仍持续进入井底，进而使得处于单牙轮钻头内部的液体压力增加，而钻头内部的部件长时间受到较大的压力，会导致部件的使用寿命降低，进而影响单牙轮钻头的使用寿命。


技术实现要素：

4.针对背景技术中提出的现有单牙轮钻头在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种用于钻探极硬地层的单牙轮钻头，具备降低钻头内部的部件长时间受到较大压力的概率、提高单牙轮钻头使用寿命的优点，解决了上述背景技术中提出的技术问题。
5.本发明提供如下技术方案：一种用于钻探极硬地层的单牙轮钻头，包括钻头体，所述钻头体的下表面为斜面结构设置，所述斜面上安装有固定件，所述固定件的外侧密封转动安装有外侧面设置有切削齿的牙轮，用以破碎钻井内的岩土层，所述钻头体与钻井内部围成环形空间，所述牙轮与固定件的内部共同开设有滚珠腔，所述滚珠腔内设置有滚珠，所述钻头体内部的中间位置开设有上侧端口与输液泵连通的导液孔，所述固定件的内部开设有通孔，所述通孔的下侧端口与位于牙轮左下侧位置的外界空间连通，所述钻头体内部位于导液孔下方的位置开设有一号喷射孔与二号喷射孔，所述一号喷射孔的上侧端口与导液孔的下侧端口连通，所述一号喷射孔的下侧端口朝向牙轮左上侧的位置，所述二号喷射孔连通导液孔的下侧端口与通孔的上侧端口，所述钻头体内部位于导液孔的右侧位置设置有感应机构，所述钻头体内部位于感应机构下方的位置开设有卡槽，所述卡槽中活动卡接有连接杆，所述连接杆的上端与感应机构连接，所述钻头体内部位于导液孔下方的位置设置有转动机构，所述转动机构与连接杆的下端连接，所述钻头体的周向侧面上等距开设有滑槽，所述滑槽中密封活动安装有滑动件，所述滑动件的内侧面与转动机构连接。
6.优选的，所述感应机构包括感应槽、感应件与弹性件，所述感应槽开设在钻头体内部位于导液孔的右侧位置，所述感应件密封活动安装在感应槽的槽体内，所述感应槽中位于感应件左侧位置的槽体与导液孔连通，所述弹性件安装在感应件的右侧面与感应槽的右侧面之间的位置，所述弹性件的弹力大于本装置正常工作时导液孔内的液体压力，所述弹性件的弹力小于环形空间发生堵塞时导液孔内的液体压力。
7.优选的，所述转动机构包括转动腔、转轮、主动连杆与从动连杆，所述转动腔开设在钻头体内部位于导液孔下方的位置，所述转轮转动安装在转动腔中，所述主动连杆偏心铰接在转轮的上表面，所述主动连杆的另一端与连接杆的下端形成转动连接，所述从动连杆呈等距铰接在转轮的周向侧面上，所述从动连杆的另一端伸出转动腔。
8.优选的，所述滑槽沿顺时针的方向呈倾斜角度设置，所述钻头体在工作时呈顺时针转动。
9.优选的，在初始状态，所述从动连杆与转轮的周向侧面处于垂直角度设置。
10.优选的，所述钻头体内部位于导液孔周向侧的位置等距开设有助推孔，所述助推孔的内侧端口与导液孔连通，所述助推孔的外侧端口开设在滑槽的内壁上，在初始状态，所述滑动件封闭助推孔的外侧端口。
11.优选的，所述助推孔的外侧端口为向上倾斜角度设置。
12.本发明具备以下有益效果：1、本发明通过滑动件与滑槽的设置，当钻头体内部的液体压力较大时，滑动件会深入滑槽，进而使得滑槽与上述环形空间连通，导致环形空间的横截面积增大，通过这一动作，进而使得钻井液带动岩土碎屑不易在环形空间内发生堵塞现象，从而降低本装置内部的部件长时间受到较大压力的概率。
13.2、本发明通过滑槽与钻头体的设置，在上述过程中，顺时针转动的钻头体会带动滑槽同步转动，进而使得滑槽的侧壁对环形空间内的钻井液产生泵送作用，使得钻井液带动岩土碎屑有效上移，通过这一动作，从而进一步降低本装置内部的部件长时间受到较大压力的概率。
14.3、本发明通过滑动件与助推孔的设置，在上述滑动件深入滑槽的过程中，会使助推孔与环形空间连通，进而使得钻头体内部的部分钻井液会通过助推孔冲击堵塞在滑动件外侧位置的岩土碎屑，使得该位置堵塞的岩土碎屑不仅受到由下到上的液体冲击力，还受到侧向的液体冲击力，进而降低岩土碎屑堵塞的概率。
附图说明
15.图1为本发明实施例一中滑动件运行状态示意图；图2为本发明图1中a处结构局部放大示意图；图3为本发明实施例一中转轮与从动连杆连接状态示意图；图4为本发明实施例一中滑槽与滑动件连接状态示意图；图5为本发明实施例二中钻头体内部结构示意图；图6为现有技术示意图。
16.图中：1、钻头体；2、固定件；3、牙轮；4、滚珠；5、导液孔；6、感应槽；7、感应件；8、弹性件；9、卡槽；10、连接杆；11、转动腔；12、转轮；13、主动连杆；14、从动连杆；15、滑槽；16、滑
动件；17、助推孔。
具体实施方式
17.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
18.实施例一请参阅图1、图2与图6，一种用于钻探极硬地层的单牙轮钻头，包括钻头体1，钻头体1在工作时呈顺时针转动，钻头体1的周向外侧面等距焊接有保径齿，钻头体1的下表面为斜面结构设置，该斜面上焊接有固定件2，固定件2的外侧密封转动安装有牙轮3，牙轮3的外侧面等距焊接有切削齿，用以破碎钻井内的岩土层，钻头体1与钻井内部围成环形空间，牙轮3与固定件2的内部共同开设有滚珠腔，滚珠腔内周向等距设置有滚珠4，钻头体1内部的中间位置开设有导液孔5，导液孔5的上侧端口与输液泵（现有技术）连通，钻头体1内部位于导液孔5的右侧位置开设有感应槽6，感应槽6的槽体内密封滑动安装有感应件7（该连接关系类似现有技术中油缸与活塞之间的连接关系），感应槽6中位于感应件7左侧位置的槽体与导液孔5连通，感应件7的右侧面固定安装有弹性件8，弹性件8的右端与感应槽6的右侧面连接，弹性件8的弹力大于本装置正常工作时导液孔5内的液体压力，弹性件8的弹力小于环形空间发生堵塞时导液孔5内的液体压力，钻头体1内部位于感应槽6下方的位置开设有卡槽9，卡槽9中滑动卡接有连接杆10，连接杆10的上端与感应件7的下表面形成焊接固定，钻头体1内部位于导液孔5下方的位置开设有转动腔11，转动腔11中转动安装有转轮12，转轮12的上表面偏心铰接有主动连杆13，主动连杆13的另一端与连接杆10的下端形成转动连接，转轮12的周向侧面上等距铰接有从动连杆14，从动连杆14的另一端伸出转动腔11，钻头体1的周向侧面上等距开设有滑槽15，滑槽15中密封滑动安装有滑动件16，滑动件16的内侧面与从动连杆14的另一端形成铰接固定，固定件2的内部开设有通孔，通孔的下侧端口与牙轮3左下侧位置的外界空间连通，钻头体1内部位于导液孔5下方的位置开设有一号喷射孔与二号喷射孔，一号喷射孔的上侧端口与导液孔5的下侧端口连通，一号喷射孔的下侧端口开设在钻头体1的斜面上，并朝向牙轮3左上侧的位置，二号喷射孔的上侧端口与导液孔5的下侧端口连通，二号喷射孔的下侧端口与通孔的上侧端口连通，一号喷射孔与二号喷射孔均绕过转动腔11（未在附图中画出），在本装置进行钻井工作时，输液泵会将钻井液输送到导液孔5、一号喷射孔、二号喷射孔与通孔中，进而对钻井产生的岩土碎屑进行冲击，最终使得岩土碎屑随着钻井液通过环形空间，进而排出钻井，在上述过程中，当岩土碎屑在环形空间内发生一定程度的堵塞时，导液孔5内部的液体压力会增大，进而推动感应件7挤压弹性件8，同时，感应件7带动连接杆10同步移动，使得主动连杆13拉动转轮12转动，进而令从动连杆14拉动滑动件16，使得滑动件16深入滑槽15，进而使滑槽15中位于滑动件16外侧位置的空间与环形空间连通，导致环形空间的横截面积增大，通过这一动作，进而使得钻井液带动岩土碎屑不易在环形空间内发生堵塞现象，从而降低本装置内部的部件长时间受到较大压力的概率。
19.请参阅图4，滑槽15沿顺时针的方向呈倾斜角度设置，在上述钻头体1顺时针转动
的过程中，滑槽15同步转动，进而使得滑槽15中位于滑动件16外侧位置的侧壁会对环形空间内的钻井液产生泵送作用，使得钻井液带动岩土碎屑有效上移，通过这一动作，从而进一步降低本装置内部的部件长时间受到较大压力的概率。
20.请参阅图3与图4，在初始状态时，从动连杆14与转轮12的周向侧面处于垂直角度设置，进而使得滑动件16不易受钻井液的压力，而主动深入滑槽15。
21.上述弹性件8可替换为同极相斥的一对磁性件，一个磁性件固定安装在感应件7内部，另一个磁性件固定安装在钻头体1内部位于感应槽6右侧的位置。
22.本发明的使用方法（工作原理）如下：工作时，首先令回转机构（现有技术）带动钻头体1与牙轮3同步顺时针转动，之后，令推压机构（现有技术）带动钻头体1与牙轮3下移，并接触待加深钻井的底部壁体，在这个过程中，转动的牙轮3与岩层接触，进而使得牙轮3在随钻头体1公转的同时，会同步进行自转，通过上述动作，进而利用牙轮3上的切削齿对岩层进行挤压刮切，使得岩层被破碎，在这个过程中，输液泵（现有技术）会将钻井液同步通入导液孔5中，进而使钻井液通过导液孔5、一号喷射孔、二号喷射孔与通孔，进而接触井底破碎后的岩土碎屑，并使岩土碎屑通过环形空间，进而排出钻井，通过上述动作，进而完成钻井加深作业，在上述过程中，当岩土碎屑在环形空间中发生一定程度的堵塞时，由于输液泵持续向导液孔5中输送液体，进而使得导液孔5中的液体压力增加，当液体压力增加到一定程度时，该压力会推动感应件7深入感应槽6，并压缩弹性件8，同时，感应件7会带动连接杆10同步移动，使得连接杆10拉动主动连杆13，进而令转轮12拉动从动连杆14，使得滑动件16伸入滑槽15，通过上述动作，进而增大环形空间的横截面积，同时，顺时针转动的钻头体1会带动滑槽15的侧壁接触钻井液与岩土碎屑，进而对两者产生向上推送力，之后，当环形空间内不发生堵塞时，弹性件8释放弹力，进而带动上述结构复位，此为一个工作循环。
23.实施例二与实施例一不同的是，请参阅图5，钻头体1内部位于导液孔5周向侧的位置等距开设有助推孔17，助推孔17的内侧端口与导液孔5连通，助推孔17的外侧端口开设在滑槽15的内壁上，在初始状态时，滑动件16封闭助推孔17的外侧端口，在上述滑动件16深入滑槽15后，助推孔17与环形空间连通，进而使得导液孔5中的部分钻井液会通过助推孔17冲击堵塞在滑动件16外侧位置的岩土碎屑，使得该位置堵塞的岩土碎屑不仅受到由下到上的液体冲击力，还受到侧向的液体冲击力，进而降低岩土碎屑堵塞的概率。
24.助推孔17的外侧端口为向上倾斜角度设置，在钻井液通过助推孔17冲入环形空间时，处于该钻井液下方的空间中会产生一定的负压环境，通过这一动作，进而一定程度上促使环形空间中堵塞的岩土碎屑脱离。
25.本发明的使用方法（工作原理）如下：在滑动件16深入滑槽15后，导液孔5中的部分钻井液会通过助推孔17进入滑槽15与环形空间中，进而对堵塞在滑槽15中的岩土碎屑产生侧向冲击，促使岩土碎屑脱离环形空间，之后，当滑动件16复位后，再次封闭助推孔17，此为一个工作循环。
26.需要说明的是，在本文中，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。
27.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。