CN211900473U - 一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，包括钢体和设置于钢体顶端的钻齿，所述钻齿包括上部的工作层和下部的连接层，连接层底部与钢体顶端连接；所述工作层为多个沿圆周等间距排列于连接层顶端的大锯齿结构，所述工作层由多个工作面形成层和多个沟槽形成层径向交叠排列构成；所述工作面形成层的金刚石浓度大于沟槽形成层。本实用新型提出的一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，工作层将大锯齿多边形楔状结构与分层式胎体结构相结合，可适用于打滑地层的钻进，在钻进过程中易形成且能持续形成环形沟槽，并能实现钻头的自锐，保证钻头的高效进尺。

Description

一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头

技术领域

本实用新型涉及钻探钻头技术领域，具体涉及一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头。

背景技术

孕镶金刚石钻头是地质勘察、水利、石油勘探等领域最常用的钻头之一，其工作层由胎体与均匀分布胎体中的金刚石构成，通过设置不同浓度和不同粒度的金刚石颗粒来达到提高钻进效率的效果。

孕镶金刚石钻头工作时，在轴压作用和回转作用下，分布在钻头唇面的金刚石刻入岩石并切削岩石产生岩屑，产生的岩屑研磨钻头使新一层金刚石出露，由于金刚石硬度比胎体硬度高，胎体总是先于金刚石被磨损，使新一层金刚石出露持续切削岩石，从而实现孕镶钻头的自锐。然而在钻进坚硬致密花岗岩、石英岩、硅质灰岩等岩石研磨性弱的打滑地层时，切削产生的岩粉细，不能较好的磨耗孕镶金刚石的胎体使新一层金刚石出露，钻头难以自锐，导致钻头进尺慢甚至不进尺，钻进效率低。

钻进打滑地层时，通常采用锯齿型孕镶钻头，如现有专利CN201210504290公开的一种大锯齿金刚石钻头，包括本体和钻齿，所述钻齿为多边形凸字形锯齿状，顶端设置有斜面，环形排列于本体顶端。设置多边形凸字形锯齿可减少开始钻进时，钻头与孔底岩石的接触面积，增加金刚石刻取岩石的深度，产生的较大颗粒岩粉，进而实现钻头的自锐。

但是上述钻头的钻头唇面会随着钻头工作层的消耗增大，分布到每颗金刚石上的钻压下降，金刚石切削岩石的能力随之下降，钻头又会出现进尺慢或者不进尺的现象。会发生钻头在刚钻进打滑地层时钻进速度尚可，一段时间后钻头进尺慢或打滑的现象，进而导致钻头无法使用完整个工作层，造成资源的浪费和工作效率的降低。

因此，设计能适用于打滑层钻进，并可保证钻头高效进尺的钻头，具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型提出一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，可适用于打滑地层的钻进，在钻进过程中易形成且能持续形成环形沟槽，并能实现钻头的自锐，保证钻头的高效进尺。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，包括钢体和连接于钢体顶端的钻齿，所述钻齿包括上部的工作层和下部的连接层，连接层底部与钢体顶端连接；所述工作层为多个沿圆周等间距排列于连接层顶端的大锯齿结构，所述工作层由多个工作面形成层和多个沟槽形成层径向交叠排列构成；所述工作面形成层的金刚石浓度大于沟槽形成层。

上述方案中，钻头包括从上至下依次连接的工作层、连接层、钢体，工作层由工作面形成层和沟槽形成层径向交叠构成，工作面形成层的金刚石浓度高、耐磨性好，沟槽形成层的金刚石浓度低或不含金刚石、耐磨性差。工作层采用软硬交叠的分层式胎体结构，在钻进时金刚石少的沟槽形成层会先于金刚石浓度高的工作面形成层磨损，使胎体唇面能持续形成环状沟槽。沟槽结构可使孔底岩石形成岩脊，在钻头的微振动下形成大的体积破碎，提高破碎岩石的效率。

而工作层采用大锯齿结构，大锯齿结构在开始钻进时与孔底岩石接触面积小，钻进速度快，岩粉研磨胎体能力大，易使胎体唇面环状沟槽形成。环形沟槽形成后，钻进岩石破碎产生的岩屑会增多、粒径会增大，进而增强岩屑对钻头胎体的研磨能力，使胎体唇面上的沟槽结构一直保持至工作层消耗完毕。因此，工作层将大锯齿结构和分层式胎体结构相结合，能大幅提高金刚石钻头在坚硬致密打滑岩层中的钻进效率。

所述工作面形成层的层数为奇数，工作层的内外两侧均为工作面形成层，沟槽形成层位于工作面形成层的间隙中。

所述工作层的大锯齿结构为多边形楔状，设有顶端平面和沿平面一侧向下延伸的斜面。

所述连接层沿圆周开设有多个水口，水口开设位与工作层的大锯齿间隙对应。

所述连接层的外壁上沿圆周开设有多个水槽，所述水槽与所述水口对应设置，即每个水口连接一个水槽。

所述连接层的底部开设环形连接槽，钢体顶端设置与环形连接槽配合连接的连接凸台。

本实用新型的优点与效果是：

1、本实用新型所述的一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，工作层由工作面形成层和沟槽形成层径向交叠构成，在钻进时可使胎体唇面持续形成环状沟槽，沟槽结构可提高破碎岩石的效率。环形沟槽钻进时能使岩石破碎产生的岩屑会增多、粒径增大，进而增强岩屑对钻头胎体的研磨能力，使胎体唇面上的沟槽结构一直保持至工作层消耗完毕。

2、工作层采用大锯齿结构，大锯齿结构在开始钻进时与孔底岩石接触面积小，钻进速度快，岩粉研磨胎体能力大，胎体唇面易形成环状沟槽。大锯齿结构和分层式胎体结构相结合，能大幅提高金刚石钻头在坚硬致密打滑岩层中的钻进效率。

3、连接层沿圆周开设有多个水口和水槽，有利于泥浆的排出，提高钻进效率。

附图说明

图1为一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头的结构示意图；

图2为图1所示钻头结构的半剖示意图；

图3为钻齿的结构示意图。

图号标识：1、钢体，2、工作层，21、工作面形成层，22、沟槽形成层，3、连接层，31、水口，32、水槽。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例所述的一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，如附图1、2所示，包括底部的钢体1和上部的钻齿，其中钻齿由工作层2和连接层3构成，工作层2设于连接层3上部，连接层3的底部和钢体1顶端分别开设对应的环形连接槽和连接凸台，连接层3通过烧结的方式连接于钢体1顶端。

如附图1、2所示，工作层2为多个沿圆周等间距排列于连接层3顶端的大锯齿结构，大锯齿为多边形楔状，设有顶端平面和沿平面一侧向下延伸的斜面，本工作层形状在开始钻进时与孔底岩石接触面积小，在新钻头开始钻进时速度快并易于形成环状沟槽。

如附图3所示，工作层3由三个工作面形成层21和两个沟槽形成层22径向交叠排列构成，沟槽形成层22位于工作面形成层21的间隙中。工作面形成层21由金刚石浓度高、耐磨性好的材料组成，沟槽形成层22由金刚石浓度低或不含金刚石、耐磨性差的材料组成，工作面形成层21的金刚石浓度大于沟槽形成层22，具体材料组成根据钻进岩石的性质调整。

例如，在钻进7～8级花岗岩时，工作面形成层21可由WC+663-Cu+金刚石+Ni、Mn组成，而沟槽形成层22可不掺金刚石，并减少WC含量增加663-Cu含量。通过材料组成的不同可形成工作面形成层21和沟槽形成层22研磨强度的差异，进而保证胎体唇面环状沟槽的形成。

如附图1、2所示，连接层3沿圆周开设与工作层2大锯齿间隙对应的水口31，水口31与设于连接层3外壁的纵向水槽32连接，通过水口31和水槽32可将钻进过程中产生的泥浆的排出，有利于钻进工作的顺利进行。

以上结合附图对本实用新型的实施方式详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，包括钢体(1)和连接于钢体(1)顶端的钻齿，其特征在于：所述钻齿包括上部的工作层(2)和下部的连接层(3)，连接层(3)底部与钢体(1)顶端连接；

所述工作层(2)为多个沿圆周等间距排列于连接层(3)顶端的大锯齿结构，所述工作层(2)由多个工作面形成层(21)和多个沟槽形成层(22)径向交叠排列构成；所述工作面形成层(21)的金刚石浓度大于沟槽形成层(22)。

2.根据权利要求1所述的一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，其特征在于：所述工作面形成层(21)的层数为奇数，工作层(2)的内外两侧均为工作面形成层(21)，沟槽形成层(22)设于工作面形成层(21)的间隙中。

3.根据权利要求1所述的一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，其特征在于：所述工作层(2)的大锯齿结构为多边形楔状，设有顶端平面和沿平面一侧向下延伸的斜面。

4.根据权利要求1所述的一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，其特征在于：所述连接层(3)沿圆周开设有多个水口(31)，水口(31)开设位与工作层(2)的大锯齿间隙对应。

5.根据权利要求4所述的一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，其特征在于：所述连接层(3)的外壁上沿圆周开设有多个水槽(32)，所述水槽(32)与所述水口(31)对应设置。

6.根据权利要求1～5中任何一项所述的一种用于打滑地层的大锯齿分层钻头，其特征在于：所述连接层(3)的底部开设环形连接槽，钢体(1)顶端设置与环形连接槽配合连接的连接凸台。

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