一种中心排屑效率高的石油钻井钻头的制作方法

1.本发明属于石油钻井技术领域，具体为一种中心排屑效率高的石油钻井钻头。


背景技术：

2.石油钻头是石油钻井的重要工具，是在开采石油时用于钻取石油的，其工作性能的好坏将直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本。
3.目前，钻井速度是影响非常规油气成本的主要因素之一，每个标准的油气井中，接近50％的费用被用于机械钻进，据研究与实践表明：如果钻井效率提高一倍，总的钻井费用可以降低约25％，因此提高机械钻速是降低钻井成本、实现效益最大化的首要追求，而石油钻井作业时由于钻头摩擦生热会加快钻头的损耗，进而降低钻头的工作效率，影响钻井作业的进度，而且在钻进时由于钻头前端不断产生碎屑，而这些碎屑会增加钻头前进的难度，阻碍钻头前进，而且会进一步增加砖头的摩擦损耗，而尽管现有技术中一些具有排屑功能的钻头也可以及时排出钻进产生的碎屑，但由于侧面排屑机构主要用于侧面产生的碎屑，而实心钻头中心处不具有排屑功能，因此会极大的限制钻进效率，而一些具有中心排屑功能的钻头通常为圆柱形的中空结构，其可以有效避免钻头前端碎屑对砖头钻进产生的影响，但在钻进时不具有快速自动排出这些碎屑的功能，因此会堆积在钻头内部，长此以往会极大程度上增加钻头的钻进效率。
4.因此需要研发一种中心自动高效排屑的石油钻井作业用的新型自动清理堵塞钻头。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种中心排屑效率高的石油钻井钻头，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种中心排屑效率高的石油钻井钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的侧面焊接有刀翼，所述刀翼的前端焊接有刀刃，所述钻头本体的顶部连接有传动轴，所述钻头本体和传动轴的内部开设有排屑腔，所述排屑腔的内壁设置有输送螺旋叶，所述传动轴的底部开设有位于排屑腔外侧的引导腔，所述传动轴的侧面开设有引导孔，所述引导孔与引导腔互相连通。
7.优选地，所述钻头本体和刀翼的内部螺旋绕接有进水盘管，所述进水盘管的一端延伸至钻头本体的外部且连接有进水导管，所述进水导管的内部安装有进水截止阀。
8.优选地，所述钻头本体的内部螺旋绕接有位于进水盘管内部的出水盘管，所述出水盘管的一端延伸至钻头本体的外部且连接有除水导管。
9.优选地，所述除水导管的另一端通过引导腔和引导孔延伸至传动轴的外部，所述除水导管的内部安装有除水截止阀。
10.优选地，所述进水盘管的另一端和出水盘管的另一端互相连通，且进水盘管和出水盘管连接处开设有连通槽，所述连通槽的内部连接有单向压阀组件。
11.优选地，所述进水导管、进水盘管、出水盘管和除水导管互相连通，所述连通槽通过单向压阀组件与排屑腔的内部互相连通。
12.优选地，所述钻头本体为另两个半圆柱结构组成，两个半圆柱结构通过焊接的方式固定连接成钻头本体，同时将单向压阀组件封装在钻头本体的内部。
13.优选地，所述传动轴的顶部开设有均匀分布的安装槽，所述安装槽的内壁设置有螺纹。
14.优选地，所述单向压阀组件包括有进水连通管，所述进水连通管的一端与连通槽连接，所述进水连通管的另一端连接有止水套，所述单向压阀组件的内部设置有定位防水套，所述定位防水套的内部套接有密封塞，所述密封塞的左端套接于止水套的内部，所述定位防水套的内部套接有定位弹簧，所述定位弹簧左端与密封塞连接，所述定位弹簧的右端与定位防水套内腔的右侧连接。
15.优选地，所述止水套和密封塞的左端均为圆锥形，所述止水套和密封塞的右端均为圆柱形，所述止水套内径的尺寸大于进水连通管外周直径的尺寸，所述定位防水套的右侧通过连接架与止水套内腔的右侧固定连接。
16.本发明的有益效果如下：
17.1、本发明通过安装槽可以便于工作人员将钻头整体与驱动设备进行连接，进而可以带动钻头整体快速旋转，以达到连续钻进的目的，而刀刃的斜面作用，当刀刃跟随钻头本体和刀翼旋转时可以将四周的碎屑向内聚拢，以便及时排出，同时由于钻头本体和传动轴的旋转可以带动输送螺旋叶旋转，进而可以带动钻头前端及排屑腔内部的空气向上流动，从而可以将聚拢到中部的碎屑快速带出，当排屑腔内部碎屑较多时可以形成螺旋送料机制，从而进一步加快排屑速率。
18.2、本发明通过进水盘管和出水盘管可以对钻头本体和刀翼分别进行冷却降温，由于处于外侧的刀翼摩擦作用强，热量产生速度远大于内部的钻头本体，因此冷却水先进入进水盘管对外侧进行冷却，再依次流入出水盘管对内部进行冷却，从而加块冷却速率，提高冷却水的有效利用率。
19.3、本发明通过单向压阀组件可以在确保进水盘管和出水盘管密封连接的同时，通过进水连通管将单向压阀组件整体与进水盘管和出水盘管进行连接，却确保单向压阀组件尽可能处于钻头本体和刀翼整体的末端，这样当排屑腔内部碎屑过度而出现堵塞时，过多的碎屑会挤压排屑腔的内壁，同时挤压到密封塞，随着堵塞程度的加深压力逐渐升高，此时过高的压力会推动密封塞使其脱离止水套，从而可以连通进水连通管、定位防水套、密封塞和止水套，使得进水盘管和出水盘管内部水流进入到排屑腔的内部，从而可以冲击堵塞的碎屑，清理堵塞，同时可以降低粘性堵塞物的附着力，从而进一步提高清理堵塞的效果。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；
21.图2为本发明的正视图；
22.图3为本发明的俯视图；
23.图4为本发明的左视图；
24.图5为本发明的右视图；
25.图6为本发明正面的剖视图；
26.图7为本发明传动轴处结构示意图；
27.图8为本发明盘管处的结构示意图；
28.图9为本发明单向压阀组件图；
29.图10为本发明单向压阀组件的正面剖视图。
30.图中：1、钻头本体；2、刀翼；3、刀刃；4、传动轴；5、排屑腔；6、输送螺旋叶；7、引导腔；8、引导孔；9、进水盘管；10、进水导管；11、进水截止阀；12、出水盘管；13、连通槽；14、除水导管；15、除水截止阀；16、单向压阀组件；161、止水套；162、进水连通管；163、定位防水套；164、连接架；165、密封塞；166、定位弹簧；17、安装槽。
具体实施方式
31.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。
32.如图1至图10所示，本发明实施例提供了一种中心排屑效率高的石油钻井钻头，包括钻头本体1，钻头本体1的侧面焊接有刀翼2，刀翼2的前端焊接有刀刃3，钻头本体1的顶部连接有传动轴4，钻头本体1和传动轴4的内部开设有排屑腔5，排屑腔5的内壁设置有输送螺旋叶6，传动轴4的底部开设有位于排屑腔5外侧的引导腔7，传动轴4的侧面开设有引导孔8，引导孔8与引导腔7互相连通；
33.在刀刃3的斜面作用下可以将四周的碎屑向内聚拢至排屑腔5的前端，此时由于钻头本体1和传动轴4的转动可以带动输送螺旋叶6旋转，进而可以带动钻头前端及排屑腔5内部的空气向上流动，从而可以将聚拢到中部的碎屑带出，从而达到快速排屑的效果。
34.如图8所示，钻头本体1和刀翼2的内部螺旋绕接有进水盘管9，进水盘管9的一端延伸至钻头本体1的外部且连接有进水导管10，进水导管10的内部安装有进水截止阀11；
35.通过进水导管10可以将冷凝水注入到进水盘管9的内部，以便快速对刀翼2的内部进行降温，而通过进水截止阀11可以便于工作人员控制注入冷凝水的流量，以达到随时停止或开启降温作业。
36.如图8所示，钻头本体1的内部螺旋绕接有位于进水盘管9内部的出水盘管12，出水盘管12的一端延伸至钻头本体1的外部且连接有除水导管14；
37.通过出水盘管12可以将冷凝水通过进水盘管9注入到钻头本体1的内部，以便快速对钻头本体1的内部进行降温处理，提高冷凝水吸收热量的效率。
38.如图4所示，除水导管14的另一端通过引导腔7和引导孔8延伸至传动轴4的外部，除水导管14的内部安装有除水截止阀15；
39.通过除水截止阀15可以便于工作人员控制导出冷凝水的流量，以便在进水截止阀11的配合下调节冷凝水在进水盘管9和出水盘管12内部停留的时间，同时关闭除水截止阀15可以确保工作人员能够将水注入到单向压阀组件16的内部，达到清理堵塞的目的。
40.如图8所示，进水盘管9的另一端和出水盘管12的另一端互相连通，且进水盘管9和出水盘管12连接处开设有连通槽13，连通槽13的内部连接有单向压阀组件16；
41.通过连通槽13可以便于将进水盘管9和出水盘管12与单向压阀组件16进行连接，确保冷凝水在进水盘管9内部吸收足够的热量，同时也可以确保单向压阀组件16尽可能处于靠近钻头本体1前端的位置，确保单向压阀组件16能够与排屑腔5内部更多区域的堵塞进行清理。
42.如图6所示，进水导管10、进水盘管9、出水盘管12和除水导管14互相连通，连通槽13通过单向压阀组件16与排屑腔5的内部互相连通。
43.如图6所示，钻头本体1为另两个半圆柱结构组成，两个半圆柱结构通过焊接的方式固定连接成钻头本体1，同时将单向压阀组件16封装在钻头本体1的内部。
44.如图1所示，传动轴4的顶部开设有均匀分布的安装槽17，安装槽17的内壁设置有螺纹；
45.通过安装槽17可以便于工作人员将钻头整体与驱动设备进行连接，进而可以带动钻头整体快速旋转，以达到连续钻进的目的。
46.如图10所示，单向压阀组件16包括有进水连通管162，进水连通管162的一端与连通槽13连接，进水连通管162的另一端连接有止水套161，单向压阀组件16的内部设置有定位防水套163，定位防水套163的内部套接有密封塞165，密封塞165的左端套接于止水套161的内部，定位防水套163的内部套接有定位弹簧166，定位弹簧166左端与密封塞165连接，定位弹簧166的右端与定位防水套163内腔的右侧连接；
47.通过密封塞165可以在止水套161的配合下形成封闭空间，避免进水盘管9和出水盘管12内部的水流意外进入到排屑腔5内部的情况，而当排屑腔5内部堵塞会挤压密封塞165并推动密封塞165使其脱离止水套161，这时进水盘管9和出水盘管12内部的水可以通过单向压阀组件16进入到排屑腔5的内部，进而使得水流冲击堵塞的碎屑，达到清理堵塞的目的。
48.如图10所示，止水套161和密封塞165的左端均为圆锥形，止水套161和密封塞165的右端均为圆柱形，止水套161内径的尺寸大于进水连通管162外周直径的尺寸，定位防水套163的右侧通过连接架164与止水套161内腔的右侧固定连接；
49.通过连接架164既可以确保定位防水套163与止水套161的连接，同时也不会对止水套161和进水连通管162造成封闭，确保止水套161通过连接架164和定位防水套163限制密封塞165运动的同时，使得进水连通管162内部的水流可以通过连接架164进入到止水套161的内部，且可以在定位防水套163的配合下避免水流冲击密封塞165而致使密封塞165再次与止水套161形成封闭的情况。
50.工作原理及使用流程：
51.首先通过安装槽17将钻头整体与驱动机构进行连接，然后开启设备使得传动轴4带动钻头整体快速旋转，当钻头钻进的同时可以通过刀刃3将前端产生的碎屑向内拨动使其聚拢，同时在输送螺旋叶6的螺旋搅动下使得聚拢到中部的碎屑快速通过输送螺旋叶6被传输至传动轴4内部，而在传动轴4内部输送螺旋叶6的传输下继续向上移动，最终将碎屑传输至传动轴4的外部达到快速排屑的目的；
52.当钻进过程中需要对钻头进行冷却时，开启进水截止阀11和除水截止阀15并将冷凝水通过进水导管10注入到进水盘管9的内部，以达到对刀翼2内部进行冷却降温的目的，持续注入即可使得冷凝水由进水盘管9进入到进水导管10的内部，此时即可对钻头本体1的
内部进行冷却降温，同时可以使得依次完成对刀翼2和钻头本体1处进行降温的冷凝水带走中分热量，并最终由除水导管14排出；
53.而当排屑腔5内部出现堵塞时，首先开启进水截止阀11将水流注入到进水盘管9的内部并关闭除水截止阀15，此时堵塞聚集的碎屑会在输送螺旋叶6的带动下逐渐增加，从而提高对排屑腔5内壁的挤压力，同时增加推动密封塞165的力度，当堵塞造成挤压力过大时可以推动密封塞165使其进入到止水套161和定位防水套163的内部，此时解除止水套161和密封塞165配合的密封作用，而密封塞165的运动可以在定位防水套163的配合下避免进水连通管162内部水流冲击密封塞165，同时密封塞165的运动可以在定位防水套163的限制下挤压定位弹簧166使其弹力恢复性能增加，当水流由进水连通管162和止水套161的内侧及定位防水套163和密封塞165的外侧进入到排屑腔5内部时，可以在连续的水流冲击下清除堵塞碎屑。
54.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。
55.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。