一种干热岩钻探用冲击钻头的制作方法

本实用新型涉及干热岩钻探钻具技术领域，尤其涉及一种干热岩钻探用冲击钻头。

背景技术：

干热岩资源量丰富、开发利用对环境影响小、安全性好、热能连续性好和利用效率高等特点，正愈来愈受到各国相关研究机构和企业的重视，将干热岩视为未来化石能源枯竭的战略替代能源。

深部地热尤其是干热岩地层通常坚硬致密，地层温度在150℃以上，远高于一般石油钻井和地质钻探且地热储层埋深大、硬度高、研磨性强、可钻性差，钻井是目前干热岩开发的主要技术手段。然而钻进速度慢、钻头磨损快是干热岩地层勘探开发亟待解决的问题。

干热岩钻井所钻遇的地层均为硬度非常高的变质岩或花岗岩，除了地层较硬、研磨性较强外，还存超高温等特点。钻头易磨损，寿命低、钻井成本居高不下(占项目总成本的35％-50％)，严重制约干热岩资源勘探开发进程。因此，迫切需要研发高效长寿命的破岩工具，提高深层地热资源开发的钻井速度、缩短成井周期、降低钻井成本。

液动冲击锤的机械钻速较气动冲击锤钻速低，但具有使用条件不受深孔围压限制的特点，能够在保持高钻速的前提下适应干热岩钻孔作业。此外，由于液动冲击器回转速度很低，无需配备高转速的旋转防喷器，降低设备要求，节约钻井成本，有望用于干热岩类高温硬岩地层钻探。

球齿冲击钻头是与液动锤配套使用的钻头，如何提高球齿钻头对干热岩地层的适应性，是液动锤钻头成功用于干热岩钻探的基础研究之一。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种干热岩钻探用冲击钻头，可匹配大冲击功液动冲击器代替空气锤钻头用于干热岩钻探中，提高干热岩钻探效率，降低干热岩冲击钻头钻探成本。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种干热岩钻探用冲击钻头，包括钻头本体以及分布在钻头本体上的钻齿、排屑/液槽和保径；所述钻齿包括位于钻头冲击面部的中心齿及位于钻头边部的边齿；所述钻头本体的前侧中心处形成有垂直钻杆方向的第一平面，第一平面上分布有多个中心齿；由第一平面向钻头本体的周边依次倾斜过渡有第二平面和第三平面，第二平面和第三平面上分别设有多个内圈边齿和外圈边齿；所述排屑/液槽包括钻头体面部排屑/液槽及钻头体周边排屑/液槽，钻头体面部排屑/液槽由第一平面经第二平面和第三平面延伸至钻头本体边缘，钻头体周边排屑/液槽位于钻头本体边缘；保径采用聚晶金刚石复合片螺旋排布在钻头本体的周向。

进一步地，多个所述钻头体面部排屑/液槽在钻头本体面部均布。

进一步地，所述钻头体面部排屑/液槽在钻头本体面部设置为2-4个。

进一步地，多个所述钻头体面部排屑/液槽由第一平面经第二平面和第三平面延伸至钻头本体边缘。

进一步地，多个所述钻头体周边排屑/液槽在钻头本体周向均布，且每个所述钻头体周边排屑/液槽设置在相邻的外圈边齿之间。

进一步地，所述钻齿边齿为金刚石复合球齿。

进一步地，所述第二平面与第一平面的倾角为20-30度。

进一步地，所述第三平面与第一平面的倾角为30-45度。

进一步地，所述的保径的数量、位置与外圈边齿的数量、位置对应，在外圈边齿径向设置1-3个螺旋排布的保径齿。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种干热岩钻探用冲击钻头，可匹配大冲击功液动冲击器代替空气锤钻头用于干热岩钻探中，减轻边齿的冲击，同时增加冲击钻头面部钻齿冲击碎岩能力，提供良好的排屑/排液环境，提高干热岩钻探效率，降低干热岩冲击钻头钻探成本，延长钻头使用寿命，解决现有干热岩钻探效率低、成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明

本技术：
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的干热岩钻探用冲击钻头的轴向视图；

图2为本实用新型实施例提供的干热岩钻探用冲击钻头的径向视图。

附图标记说明：

1、第一平面；2、第二平面；3、第三平面；4、中心齿；5、内圈边齿；6、外圈边齿；7、钻头体面部排屑/液槽；8、钻头体周边排屑/液槽；9、保径。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细介绍。

干热岩钻探多是高温硬岩钻探，钻井过程中，钻头钻进速度低、磨损大。本实用新型提供的一种干热岩钻探用冲击钻头，如图1-2所示，包括钻头本体以及分布在钻头本体上的钻齿、排屑/液槽和保径；所述钻齿包括位于钻头冲击面部的中心齿及位于钻头边部的边齿；面部中心齿采用优质硬质合金齿或金刚石复合球齿以匹配干热岩硬岩地层要求，边齿采用金刚石复合球齿强化钻头耐磨性；所述钻头本体的前侧中心处形成有垂直钻杆方向的第一平面1，第一平面1上分布有多个中心齿4；由第一平面1向钻头本体的周边依次倾斜过渡有第二平面2和第三平面3，第二平面和第三平面上分别设有多个内圈边齿5和外圈边齿6；双边齿微凸结构设计起到过渡作用，减轻边齿的冲击，同时增加冲击钻头面部钻齿冲击碎岩能力，提高钻进效率延长钻头使用寿命；所述排屑/液槽包括钻头体面部排屑/液槽7及钻头体周边排屑/液槽8，钻头体面部排屑/液槽7由第一平面经第二平面和第三平面延伸至钻头本体边缘，钻头体周边排屑/液槽8位于钻头本体边缘；根据钻齿布设及保径布设适当加深排屑/排液槽，提供良好的排屑/排液环境，强化钻头冷却条件和排屑/液能力；保径9采用聚晶金刚石复合片螺旋排布在钻头本体的周向，减少缩径提高保径能力。

在本实施例中，提供一种干热岩钻探用215.9mm冲击钻头，所述的钻头体1包括215.9mm三翼钻头本体，16mm硬质合金球齿作为面部中心齿，19mm金刚石复合球齿作为边齿；所述的钻头边齿倾角，内边齿倾角为25°，外边齿倾角为40°；所述的排屑/排液槽包括钻头本体面部3个排屑/排液槽，钻头体周边布设9个u型加深排屑/液槽；所述的保径为φ14的聚晶金刚石复合片共18颗，每2颗一组螺旋排布于外圈边齿正下方。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，包括钻头本体以及分布在钻头本体上的钻齿、排屑/液槽和保径；所述钻齿包括位于钻头冲击面部的中心齿及位于钻头边部的边齿；所述钻头本体的前侧中心处形成有垂直钻杆方向的第一平面，第一平面上分布有多个中心齿；由第一平面向钻头本体的周边依次倾斜过渡有第二平面和第三平面，第二平面和第三平面上分别设有多个内圈边齿和外圈边齿；所述排屑/液槽包括钻头体面部排屑/液槽及钻头体周边排屑/液槽，钻头体面部排屑/液槽由第一平面经第二平面和第三平面延伸至钻头本体边缘，钻头体周边排屑/液槽位于钻头本体边缘；保径采用聚晶金刚石复合片螺旋排布在钻头本体的周向。

2.根据权利要求1所述的干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，多个所述钻头体面部排屑/液槽在钻头本体面部均布。

3.根据权利要求2所述的干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，所述钻头体面部排屑/液槽在钻头本体面部设置为2-4个。

4.根据权利要求1所述的干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，多个所述钻头体面部排屑/液槽由第一平面经第二平面和第三平面延伸至钻头本体边缘。

5.根据权利要求1所述的干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，多个所述钻头体周边排屑/液槽在钻头本体周向均布，且每个所述钻头体周边排屑/液槽设置在相邻的外圈边齿之间。

6.根据权利要求1所述的干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，所述钻齿边齿为金刚石复合球齿。

7.根据权利要求1所述的干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，所述第二平面与第一平面的倾角为20-30度。

8.根据权利要求1所述的干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，所述第三平面与第一平面的倾角为30-45度。

9.根据权利要求1所述的干热岩钻探用冲击钻头，其特征在于，所述的保径的数量、位置与外圈边齿的数量、位置对应，在外圈边齿径向设置1-3个螺旋排布的保径齿。

技术总结
本实用新型公开了一种干热岩钻探用冲击钻头，包括钻头本体以及分布在钻头本体上的钻齿、排屑/液槽和保径；所述钻齿包括位于钻头冲击面部的中心齿及位于钻头边部的边齿；所述排屑/液槽包括钻头体面部排屑/液槽及钻头体周边排屑/液槽，保径采用聚晶金刚石复合片螺旋排布在钻头本体的周向。本实用新型的干热岩钻探用冲击钻头，可匹配大冲击功液动冲击器代替空气锤钻头用于干热岩钻探中，减轻边齿的冲击，同时增加冲击钻头面部钻齿冲击碎岩能力，提供良好的排屑/排液环境，提高干热岩钻探效率，降低干热岩冲击钻头钻探成本，延长钻头使用寿命，解决现有干热岩钻探效率低、成本高的问题。

技术研发人员：李梦;叶成明;吴海东;李小杰;王营超
受保护的技术使用者：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心
技术研发日：2020.11.06
技术公布日：2021.06.11