一种适合复杂地层的多阶钻头的制作方法

1.本实用新型涉及地层钻探技术领域，尤其是涉及一种适合复杂地层的多阶钻头。


背景技术：

2.钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破碎岩石、形成井眼。旋转钻头是目前勘探行业普遍使用的钻头，在机械的带动下旋转，钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到钻探的作用。
3.为避免钻头在钻井过程中发生偏心问题，公告号为cn207960502u的中国实用新型专利文件公开了一种适合泥岩取芯钻探用的三阶钻头，包括外管连接套和钻头，钻头由内而外包括依次减小的第四阶钻头、第三阶钻头和第二阶钻头。该钻头通过台阶结构能够起到较好的导向性，不易偏心。
4.但是上述钻头中，主水路有第四阶钻头延伸至与第二阶钻头内壁连通，导致钻进过程中，冲洗液容易冲蚀岩芯，降低了岩芯的取样率；并且由于水口数量有限，导致钻头单位压强小，延缓了进尺速度；此外，钻头的主水路容易粘连颗粒杂质，排粉效果差，使钻头不适宜对砂岩、破碎、黏土、颗粒状等复杂地层进行作业；钻头高速旋转过程中，胎体内部升温迅速，导致钻头容易老化损坏，缩短了钻头的使用寿命。
5.因此，有必要对现有技术中的多阶钻头进行改进。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种提高岩芯采样率、进尺速度且延长使用寿命的适合复杂地层的多阶钻头。
7.为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案为：包括筒状的钢体和设置于所述钢体一端的胎体，所述胎体包括多个与所述钢体同轴心线且沿钻进方向外径依次减小的环状阶梯件，相邻阶梯件之间设置有主水路且外侧阶梯件的周向内壁与内侧阶梯件的周向外壁固定连接，所述胎体远离所述钢体的一端设置有环状的第一阶梯，所述主水路设置于所述第一阶梯的外侧。
8.上述技术方案的多阶钻头中，通过多个外径依次减小的环状阶梯件和第一阶梯使得整个钻头呈阶梯状；如此，在钻进过程中，首先由第一阶梯钻入地层中，起到较好的导向性，再由第二阶梯开始依次加强导向性，从而最大程度减小钻头旋转时的偏心度，保证该钻头沿稳定方向钻进，并且通过阶梯件有利于实现超前破碎，提高钻进速度；钻头使用时，主水路的设计用于通入冲洗液，一方面对阶梯件进行冲洗，减少粘钻的发生，另一方面对钻头进行吸热降温，防止阶梯件温度过高而缩短使用寿命。由于该钻头中，通过第一阶梯将主水路的端部与钢体的内腔隔离，防止主水路中流动的冲洗液与岩芯接触，从而避免冲洗液对岩芯的冲蚀，有效提升了岩芯的采样率。
9.优选的，所述胎体上还设置有副水口。
10.通过采用上述技术方案，减小了钻头的唇面面积，一方面在相同的钻进压力下，使
得钻头具有更大的钻头单位压强，从而提高了钻进速度，而另一方面，由于增加了水口的数量，从而有助于辅助主水路对阶梯件进行排屑，并提高了对胎体的冷却效率，延长钻头的使用寿命。
11.优选的，所述副水口为长条形或者扇形。
12.通过采用上述技术方案，进一步增加了副水口的体积，从而增加了副水口中的清洗液流量，改善阶梯件的排粉和降温效果，并减小了钻头的唇面面积，提升了工作层面压强，从而有助于加速进尺。
13.优选的，所述副水口的两端分别延伸至所述钢体的外壁和所述第一阶梯的外壁。
14.通过采用上述技术方案，增加副水口长度，保证副水口中流动的清洗液能够作用于胎体的各处阶梯件上，实现对多个阶梯件的降温和排粉，并提高钻头单位压强，加速进尺。
15.优选的，所述副水口设置有多个，均匀分布在所述阶梯件上。
16.通过采用上述技术方案，保证对阶梯件降温和排屑的均匀性。
17.优选的，所述主水路设置有多个，均匀分布在所述阶梯件上且与所述副水口一一对应。
18.通过采用上述技术方案，保证了钻头平稳的高速旋转，并扩大了钻头唇面流动的冲洗液量，进一步提升了对阶梯件的排粉和降温效果。
19.优选的，所述主水路延伸至所述第一阶梯的周向外壁。
20.通过采用上述技术方案，增加了主水路的长度，从而增加了钻头使用过程中主水路中流动的冲洗液量，进一步改善了对胎体的排屑降温效果，并且在相同压力下，增大了钻头单位压强，有利于加速钻头进尺速度。
21.优选的，所述胎体上设置有底喷孔，所述钢体的内腔通过所述底喷孔与所述主水路连通。
22.通过采用上述技术方案，冲洗液能够直接从钢体的内部通过底喷孔流至阶梯件外，对阶梯件进行冲洗，改善排屑降温效果，使该钻头适用于不同复杂地层的钻探。
23.优选的，所述底喷孔与所述第一阶梯的外壁紧邻设置，或者所述底喷孔与所述第一阶梯的外壁相交。
24.通过采用上述技术方案，使得从底喷孔流出的冲洗液与凸出端的阶梯件接触，随着钻头的钻进，对其余部分的阶梯件依次进行冲洗排屑和降温。
25.优选的，所述胎体与所述钢体一体烧结成型。
26.通过采用上述技术方案，加固了钻头的整体结构，延长了其使用寿命。
27.综上所述，本实用新型适合复杂地层的多阶钻头利用第一阶梯将主水路与钢体的内腔隔离，防止冲洗液对岩芯的冲蚀，从而提高了岩芯采取率；此外，通过第一阶梯到第八阶梯定位钻进方向，减少偏心，实现超前破碎，提高钻进速度，使其适用于多种复杂地层。
附图说明
28.图1是本实用新型的结构示意图；
29.图2是图1的a部放大图；
30.图3是图1的侧视图；
31.图4是图1的正视图；
32.图5是图1的后视图；
33.图中：1.钢体，2.胎体，3.阶梯件，3a.第一阶梯，3b.第二阶梯,3c.第三阶梯,3d.第四阶梯,3e.第五阶梯，3f.第六阶梯，3g.第七阶梯,3h.第八阶梯, 4.主水路，5.底喷孔，6.副水口。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
35.如图1-图5所示，本实用新型的适合复杂地层的多阶钻头，包括钢体1，钢体1的一端固定有胎体2，胎体2包括八个与钢体1同轴心线的环状阶梯件3；八个阶梯件3沿钻进方向依次固定连接且外径依次减小，八个阶梯件3分别为第一阶梯3a、第二阶梯3b、第三阶梯3c、第四阶梯3d、第五阶梯3e、第六阶梯3f、第七阶梯3g和第八阶梯3h，相邻阶梯件3之间设置有主水路4且内侧阶梯件3的周向外壁与外侧周向阶梯件3的周向内壁固定连接（如第二阶梯3b的周向外壁与第三阶梯3c的周向内壁固定连接），即胎体2远离钢体1的一端为第一阶梯3a；主水路4延伸至第一阶梯3a的周向外壁，使得主水路4位于第一阶梯3a的外侧。
36.该多阶钻头为八阶钻头，在钻进过程中，台阶式的胎体2有利于保证钻头沿固定方向钻进，减少偏心，具体表现在，当第一阶梯3a钻入地层形成钻孔后，钻孔对第一阶梯3a具有导向性，使得第一阶梯3a继续向下钻进后，带动第二阶梯3b保持绕同一轴心线旋转，并钻入地层，形成由第二阶梯3b作用产生的钻孔，对第二阶梯3b进行定位，如此依次对第三阶梯3c、第四阶梯3d、第五阶梯3e、第六阶梯3f、第七阶梯3g和第八阶梯3h进行导向，从而防止钻头钻进过程中发生偏移导致孔斜，另外阶梯式的胎体2具有超前破碎作用，更有利于钻孔的进尺。
37.各阶梯件3之间设置有主水路4，用于流通冲洗液，在钻头钻进过程中，清洗液与阶梯件3接触后，既可以去除钻头唇面的泥块、粉末等杂质，防止粘钻，同时还能吸收阶梯件3的热量，对其降温，从而避免钻头长期处于高温状态下而缩短使用寿命，并使得钻头能够适用于砂岩、破碎、黏土、颗粒状等多种复杂地层。
38.而通过第一阶梯3a能够阻隔主水路4的端部直接与钢体1的内腔连通，采用该结构方式后，使得冲洗液直接在钻头的唇面流动，避免了对岩芯造成冲蚀，如此有效地保证了岩芯的采取率。
39.胎体2上还设置有长条状的副水口6，副水口6的两端分别延伸至钢体1的外壁和第一阶梯3a的外壁。采用上述设计后，增大了水口的数量，相应的减少了钻头的唇面面积。由于额外增设了副水口6，使得阶梯件3上流动的冲洗液量增加，从而加强了冲洗排屑效果，并且有利于阶梯件3的吸热降温；而钻头的唇面面积减小后，在相同的钻进条件下，可获得更大的钻头单位压强，增大了钻头的工作层面压强，以提高进尺速度。需要说明的是，副水口6也可以是扇形，采用该结构后，同样能够达到上述技术效果；另外，也可在副水口6上打眼，进一步提高钻头的排屑降温效果，并加速进尺。
40.主水路4和副水口6均设置有六个，且一一对应，主水路4和副水口6均匀分布在阶
梯件3上；胎体2上设置有底喷孔5，钢体1的内腔通过底喷孔5与主水路4连通；底喷孔5与第一阶梯3a的外壁相交。
41.采用上述结构设计，一方面保证主水路4和副水口6有足够的数量，即能保证胎体2表面流动的冲洗液量，改善冲洗排屑和冷却降温效果；另一方面，保证了钻头结构的匀称性，使得钻头的质量中心位于钢体1的轴心线上，保证钻头旋转的平稳性，减少偏心。需要说明的是，为达到上述技术效果，主水路4和副水口6的数量也可以设计成其他多个，并保持一一对应的关系，使钻头的质量中心位于钢体1的轴心线上。开设底喷孔5后，冲洗液能够直接从钢体1的内腔流动至阶梯件2的唇面上，对阶梯件3进行冲洗排屑和吸热降温，使钻头适用于不同复杂地层并延长钻头的使用寿命。需要说明的是，底喷孔5也可以与第一阶梯3a的外壁紧邻设置，达到相似的技术效果。
42.胎体2与钢体1一体烧结成型，采用该方式后，提高了胎体2与钢体1的连接强度，从而加固了该阶梯件的整体结构，保证了钻头的使用寿命。
43.需要说明的是，本实用新型公开的多阶钻头并不局限于上述八阶钻头，阶梯件3的数量也可以是三个或者其他多个数量，同样能够达到上述技术效果；也可根据实际生产需要选择放弃副水口6。
44.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。