薄壁胎体钻头制造技术

一种薄壁胎体钻头，其包括：圆筒形的钻头芯体，该钻头芯体的上端焊接在套铣管下端上，该钻头芯体的下部厚度变薄；包覆在该厚度变薄的钻头芯体下部上的胎体外包层，其形成为钻头的工作型面部分；设置在钻头内壁上并向下延伸且延伸至钻头外侧上的钻井流体流道，其中：在厚度变薄的钻头芯体下部上靠近其下边缘处沿钻头芯体的周向设置有连通结构。所述连通结构采用以相等的间隔设置的连通孔或贯通应力槽，或者两者均设置。所述贯通应力槽在钻头芯体下部的下边缘处开口。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及石油气钻探开采领域，更具体地说，涉及在石油气的钻探开采过 程中用于处理井下事故进行套铣的一种薄壁胎体钻头。
技术介绍
在油气井的钻孔、完井和修井中，通常利用具有与井下结构相作用的耐磨工作型 面的钻具在井眼中执行井下作业。在执行这些操作期间，钻头的工作型面部分受到非常大 的作用力和应力，例如对安装在钻头下部的铣削部分来说，其通常会受到周围作用面的牵 拉，并受到与其相连的驱动部的扭矩的作用。这样其在钻头芯体所传递的扭矩和周围工作 面的作用下而易于开裂或者从钻头芯体上脱落下来。从而造成套铣失效。另一种情况为，在钻头下部具有耐磨工作型面部分的钻头的制作过程中，在其烧 结冷却过程中，由于钻头芯体与工作型面部分因其所用材料不同而存在热膨胀系数差异， 因此，工作型面部分很容易被钻头芯体拉裂，或者由于应力的作用而与钻头芯体相剥离，而 使得该钻头无法再有效使用。例如，附图1中显示了现有技术中的一种上述类型的薄壁胎体钻头，其中，由钢芯 制成的钻头芯体3通过常规焊接方式(图中显示了焊缝2)与套铣管1相连，另外，该套铣 管1还通过螺纹接合部7与钻头芯体相连而保持二者之间的连接，采用螺纹连接的目的是 保证钢芯的对中。厚度变薄的钻头芯体下部与作为工作型面的胎体外包层4烧结在一起。 称作“钻井泥浆”的钻井流体通过流道6经由钻柱泵(未显示)送到钻头以润滑和冷却钻 头，并将将钻头产生的岩屑通过泥浆的循环输送至地面。图1中所示的钻头除具有上述的胎体外包层在冷却烧结过程中在钻头芯体上产 生拉裂或剥离，或者在钻头使用过程中从钻头芯体上脱落下来这样的缺陷之外，还具有如 下缺陷，即由于由钢芯制成的钻头芯体与套铣管之间采用螺纹连接，这样使得该螺纹接合 部的钢芯与没有螺纹的情况相比相对较薄。在钻头工作过程中，由于套铣管传递到钢芯上 的扭矩是相当大的，因此，该螺纹接合部的抗扭刚度与没有螺纹接合部时的情况相比，现有 技术中的钻头易于在该部分处产生钢芯断裂。因此，本技术的目的即为提供一种能够消除上述缺陷的薄壁胎体钻头，其增 大了整个钻头的抗扭强度，且使得工作型面部分能够牢固地与钻头芯体相连，而不会在烧 结过程中或受到较大周围作用力的工作过程中产生开裂或从钻头芯体上脱落下来。
技术实现思路
上述目的是通过下述技术方案实现的。在本技术中，圆筒形的套铣管下端与圆筒形的钻头芯体上端之间仅采用焊接 的方式进行连接并通过焊缝将扭矩传递给钻头芯体，且套铣管的内壁、外壁与钻头芯体的 内壁、外壁相齐平，优选的情况为，二者之间的焊缝为梯形焊缝。钻头芯体的下部厚度变薄， 与钻头芯体采用不同材料制成的胎体外包层(其在钻头使用过程中形成工作型面部分)包3覆钻头芯体下部的该厚度变薄部分而烧结为一体，在与钻头芯体下部边缘相靠近的位置处 设置有连通结构，其使处于钻头芯体内侧和外侧的胎体外包层相连。这样使得胎体外包层 与其所包覆的钻头芯体完全形成为一体，从而避免了应力的产生，且增大了胎体外包层的 抗扭刚度而使其不会从钻头芯体上脱落下来。优选的情况为，所述钻头芯体由钢制成，而所述胎体外包层由耐磨金属合金制成。优选的情况为，所述连通结构由沿钻头体的周向以相等的间隔布置的多个相应 的连通孔形成。优选的情况为，所述连通结构由布置在所述钻头芯体下端部上且在该下端部的下 边缘处开口的贯通应力槽形成，这些贯通应力槽在钻头体的周向上以相等的间隔设置。这 样使得所述胎体外包层不但包覆所述钻头芯体的变薄的下端部，而且还部分地嵌入该下端 部中，这样避免了应力的产生，并使二者更好地形成为一体。优选的情况为，在所述钻头芯体下端部上沿周向同时布置连通孔和贯通应力槽， 所述连通孔之间以相等的间隔布置，而所述贯通应力槽之间也以相等的间隔布置，所述贯 通应力槽在钻头芯体下端部的下边缘处开口。附图说明图1所示为现有技术中的薄壁胎体钻头的结构剖视图；图2所示为本申请薄壁胎体钻头的结构剖视图；图3所示为本申请薄壁胎体钻头沿连通孔中心线所作的截面图，图中显示了连通 孔在厚度变薄的钻头芯体下部的分布情况，其中的连通孔可采用在钻头芯体下边缘开口的 贯通应力槽替代(为简化本申请的描述，此处未对仅采用贯通应力槽的情况进行显示)；图4显示了在厚度变薄的钻头芯体下部上既设置连通孔又设置应力槽的情况，其 中的连通孔与应力槽沿周向布置在钻头芯体下部上。具体实施方式附图1-4对根据本申请的薄壁胎体钻头进行了具体显示。其中的附图标记所指 示的内容如下1——套铣管；2——焊缝；3——钻头芯体；4-胎体外包层；5——连通孔； 6——钻井流体流道；8——贯通应力槽。如图2所示，在本申请的薄壁胎体钻头中，圆筒形套铣管1的端部与圆筒形钻头芯 体3的端部之间仅采用焊接的方式进行连接并通过焊缝2将扭矩传递给钻头芯体3，且套铣 管1的内壁、外壁与钻头芯体3的内壁、外壁分别相齐平，在该实施例中钻头芯体3采用钢 制成，当然其可根据用途和使用目的而采用具有类似性能的材料。上述焊缝优选为梯形焊缝。钻头芯体3的下部厚度变薄，并采用一胎体外包层4包覆该厚度变薄部分，该胎体 外包层形成钻头的工作型面部分。该胎体外包层4由与钻头芯体3不同的材料制成，在本 申请中其采用耐磨金属合金，但本申请并不仅限于此，只要这种材料能够满足适于钻头中 应用的耐磨性能则可。胎体外包层4与钻头芯体3在制造过程中二者烧结在一起。在靠近钻头芯体3下边缘的厚度变薄部分处沿着钻头的周向以相等的间隔布置 有多个连通孔5，图3中显示了连通孔5沿着钻头的周向的布置情况，连通孔的数目根据具体工况需要而定。在钻头的制造过程中，胎体外包层4的部分材料穿过所述连通孔5使处于 钻头芯体3内侧和外侧的胎体外包层(其在钻头使用过程中称为工作型面部分)相连。这 样使得胎体外包层4不仅从外侧包覆钻头芯体下部厚度变薄的部分，而且还穿过该厚度变 薄部分中的连通孔而与钻头芯体3完全形成为一体，从而避免了应力的产生，且增大了胎 体外包层4 (工作型面部分)在工作时的抗扭刚度而使其不会从钻头芯体3上脱落下来。可选地，可采用沿着钻头的周向以相等的间隔布置在钻头芯体的所述厚度变薄部 分上的贯通应力槽8来替代所述连通孔，该贯通应力槽8在钻头芯体下端部的边缘上开口， 即附图3中所示的连通孔5采用贯通应力槽8替代。这种贯通应力槽的设置使得胎体外包 层4不但包覆所述钻头芯体3的变薄的下端部，而且还部分嵌入该下端部中，这样避免了应 力的产生，并使二者更好地形成为一体。此外，还可在所述钻头芯体3变薄的下部上沿周向同时布置连通孔5和贯通应力 槽8，附图4中即示意性地显示了这种情况，其中，所述连通孔5之间以相等的间隔布置，而 所述贯通应力槽8之间也以相等的间隔布置。连通孔5相互之间的间隔、贯通应力槽8相 互之间的间隔以及连通孔5与贯通应力槽8之间的间隔根据实际应用而定。本申请对此 并无特殊限制。在该钻头的内、外壁上布置有钻井流体流道6，称作“钻井泥浆”的钻井流体通过该 钻井流体流道6经由钻柱泵(未显示)送到钻头以润滑和冷却钻头，并将钻头产生的岩屑 通过泥浆的循环输送至地面。尽管以上已经参照本专利技术的一个具体实施例对本技术进 行了描述，但本技术并不限于以上所述的实施例。本领域的技术人员可以根据以上教 导对上述实施例做出改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄壁胎体钻头，其包括：圆筒形的钻头芯体（３），该钻头芯体的上端焊接在圆筒形套铣管（１）下端上，该钻头芯体的下部厚度变薄；包覆在该厚度变薄的钻头芯体下部上的胎体外包层（４），其形成为钻头的工作型面部分；设置在钻头内壁和外壁上的钻井流体流道（６），其特征在于：在厚度变薄的钻头芯体下部上靠近其下边缘处设置有连通结构。

【技术特征摘要】
1.一种薄壁胎体钻头，其包括圆筒形的钻头芯体(3)，该钻头芯体的上端焊接在圆筒 形套铣管(1)下端上，该钻头芯体的下部厚度变薄；包覆在该厚度变薄的钻头芯体下部上 的胎体外包层(4)，其形成为钻头的工作型面部分；设置在钻头内壁和外壁上的钻井流体 流道(6)，其特征在于在厚度变薄的钻头芯体下部上靠近其下边缘处设置有连通结构。2.根据权利要求1所述的薄壁胎体钻头，其特征在于，所述钻头芯体(3)的上端与套铣 管(1)的下端之间所形成的焊缝(2)为梯形焊缝。3.根据权利要求1所述的薄壁胎体钻头，其特征在于，所述连通结构由沿着钻头的周 向以相等的间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶岩岩，刘伟，杜向东，
申请(专利权)人：成都百施特金刚石钻头有限公司，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]