一种适用于硬岩钻进的快速破岩物探钻头的制作方法

本发明属于油气勘探钻井技术领域，特别是涉及一种适用于硬岩钻进的快速破岩物探钻头。

背景技术：

随着世界的发展，油气作为当今世界的主要能源，对人类的发展和生活起着重要的作用，因此油气的勘探和开采对一个国家来说非常的重要。物探钻头作为钻井勘探油气的主要装备，在勘探领域发挥着重要的作用。

然而，目前大部分的钻井勘探领域都采用同一种物探钻头勘探油气，钻头设计制造缺乏针对性。

如申请号为cn201410473076.6，发明名称为一种新型潜孔钻头的中国发明专利，其公开了一种新型潜孔钻头,它包括钢体和合金齿，钢体前端部设有非花键式整体圆柱式冲击台阶，钢体外表中间部位设有多条花键，钻头中部设有一中心气孔，钢体后端设有倾斜气孔，其中中心气孔与倾斜气孔贯通，钢体后端设有与倾斜气孔相接的顶部排粉槽，镶合金齿端圆周上设有多个侧部排粉槽。该发明具有以下技术效果：去塑料尾管式整体圆柱面受力方案大大加强了潜孔钻头冲击端面抗疲劳强度，大大增加潜孔钻头使用寿命，也减少了冲击器因外部因素而产生的停机情况的发生，提高了工作效率。

如申请号为cn201520626196.5，实用新型名称为一种高可靠性潜孔钻头，其包括钻头本体，靠近钻头本体的后端的连接处的外圆周上设置有若干条钻头花键，若干条钻头花键沿钻头本体的轴线均匀方向设置，本实用新型通过从花键数量，配合面积，花键加工细节等三个方面对花键质量进行了提升，经验证可有效降低钻头在水井市场的断体几率，减少了故障率，提高了钻井的成功率；同时改进了钻头的外部形状，使钻头的长度缩短，减少了装配难度；配合专用型高频高效节能型冲击器使之钻岩效率有了20%以上的提高。

上述钻头均是针对大多是地质，对于以灰岩和花岗岩为主的硬地层，上述的物探钻头破岩效率低，钻进速度慢，钻头的寿命短，油气的勘探的成本高。

因此，如何解决上述现有技术存在的缺陷成为了该领域技术人员努力的方向。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对以灰岩和花岗岩为主的硬地层，提供一种适用于硬岩钻进的快速破岩物探钻头，能提高钻井效率、减少钻头损伤，适用于灰岩和花岗岩的勘探，能完全解决上述现有技术的不足之处。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：包括钻头基体和钻头柄，钻头柄为直径从下往上渐缩的阶梯状，其特征在于：在钻头柄的中下部设有花键；所述钻头基体包括喷嘴、排屑槽、球形齿和保径台阶，钻头柄内设有贯通的空气流道，所述空气流道在钻头基体内分割成三个连接着钻头端面喷嘴的流道；所述球形齿设置于钻头基体的外表面；所述钻头基体为锥面结构，钻头基体的锥面上端为倒锥面，所述保径台阶为锥面和倒锥面之间的台阶。

作为优选方式之一，所述花键为外花键，外花键与钻头滑套内花键相匹配，所述花键为六个，六个花键的键齿两两之间相隔°设置于钻头柄上。

作为优选方式之一，花键的键槽末端通过过渡面过渡到钻头柄表面。

作为优选方式之一，所述排屑槽从保径台阶往锥面开设，排屑槽为六个。

作为优选方式之一，所述球形齿是接触面为球面的硬质合金齿。

作为优选方式之一，所述球形齿为旋转体，其主要由球缺型的端部和圆柱形的底部构成。

作为优选方式之一，所述钻头基体上设有十颗球形齿，钻头端面设置有四颗，其中一颗球形齿设置在靠近中心线处，另外三个球形齿由内到外依次布置在钻头端面，剩余六颗球形齿均布在倒锥面。

作为优选方式之一，在钻头柄的中上部设有限位槽。

作为优选方式之一，钻头柄的上端端部为冲击端面。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所述适用于硬岩钻进的快速破岩物探钻头，具备如下优点：

1.主要针对以灰岩和花岗岩为主的硬地层；

2.提高了钻头在灰岩和花岗岩地层钻进时的破岩效率；

3.保径台阶设置在锥面和倒锥面之间，减少了钻头本体的磨损。

附图说明

图1为本发明快速破岩物探钻头结构示意图；

图2为本发明快速破岩物探钻头正视图；

图3为本发明快速破岩物探钻头俯视图；

图4为本发明的球形齿齿形图；

图5为本发明钻头基体端面球形齿的布置图；

图6为本发明钻头端面球形齿覆盖图。

图中：1.花键；2.冲击端面；3.喷嘴；4.排屑槽；5.钻头柄；6.球形齿；7.限位槽；8.钻头基体；9.倒锥面；10.键槽；11.圆柱面；12.过渡面；13.保径台阶；14.圆弧线；15.钻头端面；16.锥面；17.空气流道；18.中心线。

具体实施方式

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。

如图1-6所示，一种适用于硬岩钻进的快速破岩物探钻头，包括钻头基体8和钻头柄5，钻头柄5为直径从下往上渐缩的阶梯状，钻头柄5的上端端部为冲击端面2。在钻头柄5的中下部设有花键1，所述花键1为外花键，外花键与钻头滑套内花键相匹配，所述花键1为六个，六个花键1的键齿两两之间相隔60°设置于钻头柄5上；花键1的键槽10末端通过过渡面12过渡到钻头柄表面11。在钻头柄5的中上部设有限位槽7，限位槽用来限制物探钻头上下震动的幅值。

所述钻头基体8包括喷嘴3、排屑槽4、球形齿6和保径台阶13，钻头柄5内设有贯通的空气流道17，所述空气流道17在钻头基体8内分割成三个连接着钻头端面15喷嘴3的流道，通过三个流道将压缩空气送入井底，通过空气将井底岩屑携带到地面。所述排屑槽4从保径台阶13往锥面开设，所述排屑槽4六个凹槽，保证井底的空气能够返回到地面。

所述球形齿6设置于钻头基体8的外表面；所述球形齿6是接触面为球面的硬质合金齿；所述球形齿6为旋转体，其主要由球缺型的端部和圆柱形的底部构成；如图4和图6所示，球形齿6的主要参数为球面半径r，通过所使用的地层性质可以确定参数r的值，即地层越硬，参数r的值越大。

所述钻头基体8上设有十颗球形齿6，钻头端面15设置有四颗，其中一颗球形齿6设置在靠近中心线18处，另外三个球形齿6由内到外依次布置在钻头端面15，保证了九成的井底覆盖率；剩余六颗球形齿6均布在倒锥面9；提高了钻头在灰岩和花岗岩地层钻进时的破岩效率；

所述钻头基体8为锥面结构，钻头基体8的锥面上端为倒锥面9，所述保径台阶13为锥面16和倒锥面9之间的台阶；所述保径台阶用来减少钻头本体的磨损。

本钻头可以适应以灰岩和花岗岩为主的硬地层：在钻遇以灰岩和花岗岩为主的硬地层时，钻头所受载荷大、瞬时冲击力高。本发明中该钻头以全球齿为主进行布齿结构设置，具备优越的耐磨性、冲击韧性和抗弯曲能力，在钻进硬地层时，齿尖均布的应力峰值低，不仅可降低磨损速率，而且不易发生折断，因此，该钻头具有优越的破岩性能，可极大地延长钻头的使用寿命、提高工作时效。

在硬地层中，钻头在冲击和旋转的作用下所受到的载荷大，普通的合金齿易折断，耐磨性差，而且抗弯曲的能力较小，因此，合金齿易磨损、折断。合金齿失效之后井眼周围的岩石和岩屑对钻头本体产生损伤，加速了钻头本体的磨损，而球形齿具有优越的耐磨性、冲击韧性以及抗弯曲能力，有效的减少了合金齿的失效，从而延长了钻头使用寿命、减少了钻井过程中更换钻头次数、提高了钻井效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。