一种可调式PDC钻头的制作方法

一种可调式pdc钻头
技术领域
1.本发明属于钻井技术领域，具体涉及一种可调式pdc钻头。


背景技术：

2.纳米金刚石钻头又称pdc钻头是石油钻进作业中的重要部件，pdc钻头前端一般凸出设置有若干刀翼，刀翼的一侧镶嵌pdc切削齿，各切削齿顶端之间的连线称为钻头的冠部曲线，冠部曲线的轮廓路径直接影响着钻头的切削效率和使用寿命等参数，例如当冠部曲线倾角较小时，各切削齿的受力均匀，能够避免切削齿局部载荷过大，提升钻头使用寿命，但是钻头的钻进效率较低，无法适应硬质岩层的钻井作业。而当冠部曲线倾角较大时，大部分载荷将集中在前端的切削齿上，这样虽然有利于提高钻进效率，但对前端切削齿的磨损也更加明显，影响钻头使用寿命。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种可调式pdc钻头，能够调节冠部曲线的倾角，以适应不同的工况需求，保证使用寿命的同时提高钻进效率。
4.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种可调式pdc钻头，包括：回转体，所述回转体的中心设有中心孔；活动部，安装在所述中心孔内，并与所述回转体同步转动设置；固定刀翼，固定设置在所述回转体的前端；活动刀翼，所述活动刀翼的第一端与所述活动部铰接，所述活动刀翼的第二端沿所述回转体的径向与所述回转体滑动连接；所述活动部沿所述回转体的轴向活动设置，以调节所述活动刀翼的冠部曲线的倾角；所述固定刀翼和所述活动刀翼上分别设有pdc切削齿。
5.在本发明的一可选实施例中，所述回转体的后端设有连接杆，所述连接杆内设有钻井液流道，所述活动部上设有活塞，所述中心孔的内壁上设有活塞腔，所述活塞滑动设置在活塞腔内，所述回转体内还设有第一流道和第二流道，所述第一流道的第一端与所述活塞其中一侧的所述活塞腔连通，所述第二流道的第一端与所述活塞另一侧的所述活塞腔连通，所述连接杆的侧壁上设有径向孔，所述连接杆沿所述回转体的轴向活动设置，以使所述径向孔能够在以下工位间切换，工位一，所述径向孔与所述第一流道的第二端连通，以及工位二，所述径向孔与所述第二流道的第二端连通。
6.在本发明的一可选实施例中，所述回转体内还设有保持机构，所述保持机构被装配为当所述钻井液将所述活塞驱动至所述活塞腔的第一端或第二端时，所述保持机构能够将所述活塞保持在所述活塞腔的第一端或第二端，且当所述钻井液泄压时，所述保持机构能够将所述活塞从所述活塞腔的第一端或第二端释放。
7.在本发明的一可选实施例中，所述保持机构包括锁止阀，所述锁止阀沿所述中心
孔的径向活动设置，所述锁止阀的第一端设有锁止销，所述活动部的侧壁上设有与所述锁止销配合的锁止孔，所述锁止阀的第一端还设有压簧，所述锁止阀的第二端与所述第一流道或所述第二流道连通。
8.在本发明的一可选实施例中，所述中心孔的内壁上还设有缓存腔，所述缓存腔与所述回转体的前端之间开设有喷液孔，所述喷液孔在所述回转体的前端安装有喷嘴，所述缓存腔与所述锁止阀之间设有过渡孔，当所述锁止销未插入所述锁止孔时，所述过渡孔被所述锁止阀的侧壁封堵，且当所述锁止销插入所述锁止孔时，所述锁止阀能够从所述过渡孔的端部移除，以使所述过渡孔与所述第一流道或第二流道连通。
9.在本发明的一可选实施例中，所述连接杆上设有扇形挡块，所述回转体的后端设有第一台阶部和第二台阶部，所述第一台阶部和所述第二台阶部沿所述回转体的轴向顺序布置，且所述第一台阶部和所述第二台阶部沿所述回转体的周向错位布置，当所述径向孔位于所述工位一时，所述扇形挡块与所述第一台阶部沿周向挡接，当所述径向孔位于所述工位二时，所述扇形挡块与所述第二台阶部沿周向挡接。
10.在本发明的一可选实施例中，所述回转体的后端设有与所述回转体分体式设置的法兰盘，所述法兰盘与所述回转体可拆卸式连接，所述第一台阶部和所述第二台阶部安装于所述法兰盘。
11.在本发明的一可选实施例中，所述回转体的后端还设有限位罩盖，所述限位罩盖罩设于所述第一台阶部和所述第二台阶部上。
12.在本发明的一可选实施例中，所述活动刀翼的第二端的两侧设有短销，所述回转体的边缘设有t型槽，所述短销与所述t型槽构成滑动配合。
13.在本发明的一可选实施例中，所述回转体的前端的周面上设有凸出于周面设置的保径部，所述保径部上设有pdc切削齿。
14.本发明的技术效果在于：本发明在pdc钻头的前端设置活动刀翼，并将活动刀翼的内端铰接在活动部上，当活动部沿钻头轴向活动时能够带动活动刀翼摆动，进而改变刀翼的冠部曲线的倾角，以此来适应不同工况下的钻井作业，提高钻头使用寿命和钻进效率。
附图说明
15.图1是本发明的实施例所提供的可调式pdc钻头的立体图；图2是本发明的实施例所提供的可调式pdc钻头的周向视图；图3是图2的a-a剖视图；图4是图3的b-b剖视图；图5是图3的c-c剖视图；图6是本发明的实施例所提供的可调式pdc钻头的爆炸图；图7是本发明的实施例所提供的活动刀翼的立体图；图8是本发明的实施例所提供的连接杆与法兰盘的爆炸图。
16.10、回转体；101、喷液孔；102、t型槽；11、第一流道；12、第二流道；13、活塞腔；14、锁止阀；141、锁止销；15、压簧；16、过渡孔；17、缓存腔；20、活动部；21、活塞；22、锁止孔；30、固定刀翼；40、活动刀翼；41、短销；50、保径部；60、连接杆；61、钻井液流道；62、径向孔；63、扇形挡块；70、罩盖；80、法兰盘；81、第一台阶部；82、第二台阶部。
实施方式
17.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
19.请参阅图1-8所示，一种可调式pdc钻头，包括回转体10、活动部20、固定刀翼30和活动刀翼40；所述回转体10的中心设有中心孔；所述活动部20安装在所述中心孔内，并与所述回转体10同步转动设置；所述固定刀翼30固定设置在所述回转体10的前端；所述活动刀翼40的第一端与所述活动部20铰接，所述活动刀翼40的第二端沿所述回转体10的径向与所述回转体10滑动连接；所述活动部20沿所述回转体10的轴向活动设置，以调节所述活动刀翼40的冠部曲线的倾角，所述固定刀翼30和所述活动刀翼40上分别设有pdc切削齿。
20.本发明在pdc钻头的前端设置活动刀翼40，并将活动刀翼40的内端铰接在活动部20上，当活动部20沿钻头轴向活动时能够带动活动刀翼40摆动，进而改变刀翼的冠部曲线的倾角，以此来适应不同工况下的钻井作业，例如在蓬松岩层中可以调小冠部曲线的倾角，使各切削齿的载荷分布均匀，提高钻头使用寿命，而在硬质岩层中可以增大冠部曲线的倾角，使前端的局部切削齿载荷增大，提高钻进效率。
21.请参阅图1、3、6所示，在本发明的一可选实施例中，所述回转体10的后端设有连接杆60，所述连接杆60内设有钻井液流道61，所述活动部20上设有活塞21，所述中心孔的内壁上设有活塞腔13，所述活塞21滑动设置在活塞腔13内，所述回转体10内还设有第一流道11和第二流道12，所述第一流道11的第一端与所述活塞21其中一侧的所述活塞腔13连通，所述第二流道12的第一端与所述活塞21另一侧的所述活塞腔13连通，所述连接杆60的侧壁上设有径向孔62，所述连接杆60沿所述回转体10的轴向活动设置，以使所述径向孔62能够在以下工位间切换，工位一，所述径向孔62与所述第一流道11的第二端连通，以及工位二，所述径向孔62与所述第二流道12的第二端连通。
22.请参阅图3、6所示，在本发明的一可选实施例中，所述回转体10内还设有保持机构，所述保持机构被装配为当所述钻井液将所述活塞21驱动至所述活塞腔13的第一端或第二端时，所述保持机构能够将所述活塞21保持在所述活塞腔13的第一端或第二端，且当所述钻井液泄压时，所述保持机构能够将所述活塞21从所述活塞腔13的第一端或第二端释放。
23.请参阅图3、6所示，所述保持机构包括锁止阀14，所述锁止阀14沿所述中心孔的径向活动设置，所述锁止阀14的第一端设有锁止销141，所述活动部20的侧壁上设有与所述锁止销141配合的锁止孔22，所述锁止阀14的第一端还设有压簧15，所述锁止阀14的第二端与所述第一流道11或所述第二流道12连通。
24.请参阅图3所示，在本发明的一可选实施例中，所述中心孔的内壁上还设有缓存腔
17，所述缓存腔17与所述回转体10的前端之间开设有喷液孔101，所述喷液孔101在所述回转体10的前端安装有喷嘴，所述缓存腔17与所述锁止阀14之间设有过渡孔16，当所述锁止销141未插入所述锁止孔22时，所述过渡孔16被所述锁止阀14的侧壁封堵，且当所述锁止销141插入所述锁止孔22时，所述锁止阀14能够从所述过渡孔16的端部移除，以使所述过渡孔16与所述第一流道11或第二流道12连通。
25.请参阅图8所示，在本发明的一可选实施例中，所述连接杆60上设有扇形挡块63，所述回转体10的后端设有第一台阶部81和第二台阶部82，所述第一台阶部81和所述第二台阶部82沿所述回转体10的轴向顺序布置，且所述第一台阶部81和所述第二台阶部82沿所述回转体10的周向错位布置，当所述径向孔62位于所述工位一时，所述扇形挡块63与所述第一台阶部81沿周向挡接，当所述径向孔62位于所述工位二时，所述扇形挡块63与所述第二台阶部82沿周向挡接。
26.请参阅图8所示，在本发明的一可选实施例中，所述回转体10的后端设有与所述回转体10分体式设置的法兰盘80，所述法兰盘80与所述回转体10可拆卸式连接，所述第一台阶部81和所述第二台阶部82安装于所述法兰盘80。
27.请参阅图3、6所示，在本发明的一可选实施例中，所述回转体10的后端还设有限位罩盖70，所述限位罩盖70罩设于所述第一台阶部81和所述第二台阶部82上。请参阅图7所示，所述活动刀翼40的第二端的两侧设有短销41，所述回转体10的边缘设有t型槽102，所述短销41与所述t型槽102构成滑动配合。请参阅图1所示，所述回转体10的前端的周面上设有凸出于周面设置的保径部50，所述保径部50上设有pdc切削齿。
28.本发明的具体工作原理如下：请参阅图3所示，图示工位下，钻井液流道61通入高压钻井液，钻井液经第一流道11进入活塞腔13，活塞21保持在低位，此时左侧锁止阀14上的锁止销141与左侧锁止孔22对齐，左侧锁止阀14在高压钻井液的作用下向右移动，进而将活动部20与回转体10相对锁止，与此同时，钻井液推开左侧锁止阀14后进入左侧过渡孔16，并经由缓存腔17和喷液孔101从钻头前端喷出，此时活动刀翼40处于倾角较小的状态，扇形挡块63与第一台阶部81挡接，以驱动钻头旋转。当需要增大活动刀翼40的倾角时，首先将钻井液泄压，使左侧的锁止阀14向左复位，然后向上提拉连接杆60，使径向孔62与第二流道12连通，高压钻井液驱动活塞21上行至高位，此过程中活动部20向上提拉活动刀翼40，使其倾角增大，活动部20到达高位后，右侧的锁止孔22与右侧锁止阀14上的锁止销141对齐，此时右侧锁止阀14在高压钻井液的作用下左移，右侧锁止销141插入右侧锁止孔22，使活动部20与回转体10保持相对固定，于此同时，钻井液推开右侧锁止阀14后进入右侧过渡孔16，并经由缓存腔17和喷液孔101从钻头前端喷出。
29.综上所述，本发明在pdc钻头的前端设置活动刀翼40，并将活动刀翼40的内端铰接在活动部20上，当活动部20沿钻头轴向活动时能够带动活动刀翼40摆动，进而改变刀翼的冠部曲线的倾角，以此来适应不同工况下的钻井作业，例如在蓬松岩层中可以调小冠部曲线的倾角，使各切削齿的载荷分布均匀，提高钻头使用寿命，而在硬质岩层中可以增大冠部曲线的倾角，使前端的局部切削齿载荷增大，提高钻进效率。
30.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因
此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
31.在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。
32.在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解 本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。
33.还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。
34.另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。
35.如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个”、和“该”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在
…
中”的意思包括“在
…
中”和“在
…
上”。
36.本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
37.本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
38.因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，
本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。