一种圆弧全端面钻头的制作方法

1.本实用新型涉及钻探技术领域，尤其是涉及一种圆弧全端面钻头。


背景技术：

2.目前，国内地质勘探施工中，金刚石钻进工艺应用广泛，其中的孕镶金刚石钻头由钻头冠部包镶金刚石的胎体和与之连接的钢体组成，孕镶金刚石钻头主要用于公路、铁路、市政工程、水利水电、地质勘探、矿产勘探、水文地质调查等工程建设过程中岩心的提取。
3.为了提高进尺速度，加强对钻头的冲洗排屑和冷却降温效果，公告号为cn212154664u的中国实用新型专利文件公开了一种孕镶金刚石钻头端面结构，包括若干个于钻头端面的中心向四周呈螺旋形发散的水口以及由水口分割形成的胎体块，水口的宽度由里向外逐渐扩大，每个水口上设置有水路水眼，钻头端面的中心设置有中心水眼。该钻头端面结构通过增大水口尺寸，减少了胎体块面积，从而有利于减小钻压，提高钻速，加速进尺，并通过较大水眼的直径，加速水路循环，提高冷却速度。
4.但是上述孕镶金刚石钻头端面结构并无导向功能，在钻进过程中，钻头极易发生偏心，导致斜孔的产生；此外，采用该钻头端面结构钻进时，胎体块与地层之间仍有较大的接触面积，导致钻头的钻压比小，不利于钻头的快速进尺；此外，该钻头端面结构的水口数量少，胎体块表面流动的冲洗量有限，对钻头的冲洗排屑和降温冷却效果也极为有限。
5.因此，有必要对现有技术中的钻头进行改进。


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，提供一种具有导正功能、有利于提高钻进速度、改善冲洗排屑和降温冷却效果的圆弧全端面钻头。
7.为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案为：一种圆弧全端面钻头，包括桶状的钢体和设置于所述钢体一端的胎体，所述胎体背对所述钢体的一面为钻面，所述钻面上设置有导正凹陷，所述导正凹陷的轴心线与所述钢体的轴心线重合。
8.上述技术方案的钻头中，由于胎体的钻面具有导正凹陷，一方面减小了开孔时胎体与地层的接触面积，从而在相同胎体压力下，有利于增大对地层的压强，加强钻头的破碎地层功效并加速进尺，而另一方面，在钻进过程中，部分地层进入导正凹陷中，由于导正凹陷的轴心线与钢体的轴心线重合，使得导正凹陷中的地层对胎体具有导正作用，防止钻进过程中发生偏心而导致斜孔。
9.优选的，所述导正凹陷包括内凹陷和环状的外凹陷，所述内凹陷设置于所述外凹陷的内侧。
10.通过采用上述技术方案，将导正凹陷分割成内凹陷和外凹陷，使得钻头工作时，内凹陷中的地层和外凹陷中的地层能够同时作用于胎体上，如此具有双重导正功能，进一步防止钻进时偏心。
11.优选的，所述内凹陷的表面与所述外凹陷的表面圆弧过渡连接。
12.通过采用上述技术方案，方便了钻头生产过程中物料填充进模具中，并方便成型后钻头的脱模生产，此外，在钻头使用过程中，便于内凹陷中的地层通过外凹陷排出。
13.优选的，所述钢体的轴心线穿设于所述内凹陷的底部。
14.通过采用上述技术方案，利用钢体的轴心线穿过内凹陷的底部，便于钻进时内凹陷中心处的地层受到钻面挤压后，顺着外凹陷排出。
15.优选的，所述胎体上设置有多个主水路，所述主水路均匀分布在以所述胎体中心为圆心的圆周上，所述主水路为长条形，沿所述胎体的径向延伸，所述胎体上设置有与所述主水路连通的主水孔，所述主水路之间隔离设置。
16.通过采用上述技术方案，冲洗液能够从钢体的内腔中通过主水孔流至主水路中，在主水路中流动的冲洗液，能够实现对钻面的冲洗清洁，去除钻面的泥、沙、岩粉等杂质，并利用冲洗液对胎体进行降温，防止胎体长期处于高温环境下，如此，延长了胎体的使用寿命。
17.优选的，多个所述主水路之一与所述胎体的轴心线相交，所述主水路的其中一端与所述胎体的轴心线之间存在间隙。
18.通过采用上述技术方案，保证其中一个主水路中流动的冲洗液能够作用于钻面的中心位置，实现对钻面中心处的排屑冷却，并且通过该主水路的端部与胎体轴心线之间存在间隙，避免钻头在钻进过程中，中心位置处冷却和排屑的缺失。
19.优选的，相邻两个主水路之间还设置有开设于所述胎体上的副水路，所述副水路为长条形，沿所述胎体的径向延伸且长度小于所述主水路的长度，所述胎体上设置有与所述副水路连通的副水孔。
20.通过采用上述技术方案，额外增设了副水路，从而增加了钻面流动的冲洗液量，进一步提升了对钻面的冲洗排屑效果，并增大了冲洗液与钻面的接触面积，从而改善了降温效果，延长了钻头的使用寿命。
21.优选的，所述副水路设置有至少两个，以所述胎体中心为圆心均匀分布于两个所述主水路之间。
22.通过采用上述技术方案，增加了副水路的数量，进一步增加了钻面流动的冲洗液量，改善了对钻面的冲洗排屑和降温冷却效果。
23.优选的，所述主水路和所述副水路均延伸至所述胎体的周向外侧壁。
24.通过采用上述技术方案，增加了主水路和副水路的长度，从而增加了主水路和副水路中流动的冲洗液量，以便改善对胎体的冲洗排屑和降温冷却。
25.优选的，所述钢体与所述胎体一体烧结成型。
26.通过采用上述技术方案，增强了钻头的整体结构强度，保证了该钻头的使用寿命。
27.综上所述，本实用新型圆弧全端面钻头通过轴心线与钢体轴心线重合的导正凹陷，实现了对胎体的导正功能，防止钻进过程中发生偏心而产生斜孔；此外，通过导正凹陷减小了胎体与地层接触面积，增大钻头单位压强，加强破碎作用，从而有利于加速进尺。
附图说明
28.图1是本实用新型圆弧全端面钻头的结构示意图；
29.图2是本实用新型圆弧全端面钻头的结构示意图；
30.图3是图1的俯视图；
31.图4是图3的a-a向剖面图；
32.图中：1.钢体，2.胎体，2a.钻面，3.导正凹陷，3a.内凹陷，3b.外凹陷，4.主水路，4a.长水路，5.主水孔，5a.中心水孔，6.副水路,7.副水孔。
具体实施方式
33.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。
34.如图1-图4所示，本实用新型的圆弧全端面钻头，包括桶状的钢体1和设置于钢体1一端的胎体2，胎体2背对钢体1的一面为钻面2a，钻面2a上设置有导正凹陷3，导正凹陷3的轴心线与钢体1的轴心线重合。
35.该圆弧全端面钻头中，钢体1用于连接扩孔器，而后通过扩孔器连接外管总成（或者根据客户需要钢体1也可用于直接连接钻杆或者套管），在进行钻进时，胎体2的钻面2a与地层接触，由于钻面2a上设置有轴心线与钢体1轴心线重合的导正凹陷3，因此钻进时，部分地层进入导正凹陷3中，对胎体2进行限位，防止继续钻进时发生偏心而产生斜孔；此外，由于导正凹陷3呈内凹状，减小了胎体2与地层的接触面积，因此在相同压力下，增大了对地层的压强，实现了对地层的挤压破碎，有利于加速进尺。
36.如图1和图4所示，导正凹陷3包括圆锥状的内凹陷3a和环状的外凹陷3b，内凹陷3a设置于外凹陷3b的内侧；凹陷的表面与外凹陷3b的表面圆弧过渡连接；钢体1的轴心线穿设于内凹陷3a的底部。
37.将导正凹陷3分成内凹陷3a和外凹陷3b两部分，使得钻进时部分地层分别进入内凹陷3a和外凹陷3b之中，同时对胎体2进行限位，加强导正效果；内凹陷3a表面与外凹陷3b表面之间圆弧过渡连接，一方面方便了生产过程中成型的胎体2进行脱模，而另一方面保证开孔时，减小地层与胎体2的接触面积，增大钻头单位压强，加速进尺；钢体1的轴心线穿设于内凹陷3a的底部，方便地层顺着内凹陷3a的侧壁排出后，进入外凹陷3b中，再从外凹陷3b排出。
38.如图1-图3所示，胎体2上设置有三个相互隔离的主水路4，三个主水路4均匀分布在以胎体2中心为圆心的圆周上，主水路4为长条形，沿胎体2的径向延伸，胎体2上设置有与主水路4连通的主水孔5，主水孔5设置有两个，分别设置于主水路4的两端且与钢体1的内腔连通；三个主水路4中，其中一个为长水路4a，相比于另外两个主水路4长度增加，该长水路4a与胎体2的轴心线相交，其中一端与胎体2的轴心线之间存在间隙，间隙的宽度约为2mm；相邻两个主水路4之间还设置有开设于胎体2上的副水路6，副水路6为长条形，沿胎体2的径向延伸且长度小于主水路4的长度，胎体2上设置有与副水路6连通的副水孔7，副水孔7与钢体1的内腔连通；相邻两个主水路4之间的副水路6均设置有两个（根据钻头的大小也可以是其他数量），且均匀分布在以胎体2中心为圆心的圆弧上；主水路4和副水路6均延伸至胎体2的周向外侧壁。需要说明的是，根据钻头的体型大小，主水孔5的数量也会相应有变化，但需要保证每个主水路4至少要有1个主水孔。
39.采用上述结构设计后，通过设置主水路4和副水路6，减小了胎体2的钻面2a面积，
从而减小了胎体2与地层的接触面积，在开孔时，有利于增大钻头单位压强，从而加速进尺；此外，钻进过程中，冲洗液从钢体1的内腔进入，通过主水孔5进入至主水路4中，通过副水孔7进入至副水路6中，对钻面2a进行冲洗排屑，防止粘钻，提高钻进效率；并利用冲洗液带走胎体表面的热量，实现降温冷却，防止胎体2长期处于高温环境下而缩短其使用寿命。
40.主水路4和副水路6均延伸至钢体1的周向外侧壁，保证了主水路4和副水路6的长度，增加了钻面2a流动的冲洗液用量，提高了冲洗排屑和降温冷却效果，并且减少了钻面2a的面积，增加了开孔钻头单位压强，有利于加速进尺；此外，其中一个主水路4与钢体1的轴心线相交，使得该主水路4中流动的冲洗液能够作用于钻面2a的中心处，扩大冲洗液冲洗排屑和降温范围，并且由于该主水路4的其中一个端部与胎体2轴心线的距离为2mm，避免主水路4过长影响了对地层的钻探效果。
41.钢体1与胎体2一体烧结成型，从而加强了钻头的整体结构强度，保证了钻头的有效使用寿命。
42.需要说明的是，本实用新型中，根据实际情况也可以在胎体2上仅设置主水路4而不设置副水路6，或者在不设置副水路6的基础上，增加主水路4的宽度，从而达到与本实用新型相同或相似的技术效果。
43.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。