[实用新型]冲击钻头

说明书

技术领域

本实用新型属于钻探设备技术领域，尤其涉及一种钻井用冲击钻头。

背景技术

钻井是油气田开发的重要阶段，目前应用较多的钻井手段主要有旋转切削钻井和冲击钻井两种。其中，旋转切削钻井是利用钻头通过钻压来产生对地层的吃入或压碎地层，钻头的旋转对地层产生的刮削作用有利于钻井效率的提高，但其只适用于较软的地层，在坚硬地层中吃入量少使得刮削动作几乎失去效用。由于钻压成为主要的限制因素，因此钻头上的每颗切削齿分担的有限钻压使得其钻头的钻井效率随着地层岩石硬度的增加而降低。因此，钻坚硬地层的优化方法是瞬间提供高频高幅值的冲击能量，实现地层岩石的体积破碎，这就是冲击钻井的工作原理。冲击器(如空气锤、泡沫锤、液动锤)与冲击钻头配合使用，在工程实践应用中取得了较好的破岩效果，提高研磨性地层钻井作业效率。

现有的冲击钻头作业时所要求的钻柱转速较低。请参见图1。冲击齿3垂直镶嵌于钻头本体1中，钻头本体1沿着方向w旋转。在冲击过程中，冲击齿3受到力F₁和力F₂的作用，其中F₁是因冲击受到的力，F₂是因旋转受到的横向冲击力；且转速越大，地层岩石越硬，冲击齿3承受的横向冲击力F₂也越大；而钻头本体1给予冲击齿3的支持力仅能抵消因冲击所产生的力F₁，因旋转所产生的横向冲击力F₂只能通过冲击齿3自身的强度来抵偿。因此冲击齿3易受来自横向冲击力F₂的剪切破坏。实际作业时，配备这种冲击钻头的钻柱转速要求在15～40rpm，而传统机械钻机的转盘转速最低是60rpm，需要配备专门能够提供较低转速的顶部驱动装置。因此冲击钻头的低转速作业要求，不仅使整体钻井设备变得笨重复杂，同时也影响了钻井效益的进一步提高。

实用新型内容

针对现有技术因冲击齿垂直嵌设导致转速较低，而引起的钻井设备笨重复杂，限制了钻井效率进一步提高的不足，本实用新型提供一种冲击钻头。其技术方案如下：

冲击钻头，包括：

具有冲击端的钻头本体，所述钻头本体用于旋转冲击工作；

预定数量的冲击齿，所述冲击齿设置于所述冲击端，所述冲击齿与所述冲击端的端面沿钻头本体旋转的方向成预定角度的夹角。

如上所述的冲击钻头，所述夹角由所述冲击齿与钻头本体的旋转中心的距离确定。

如上所述的冲击钻头，

所述冲击齿与钻头本体的旋转中心距离小于50mm时，所述夹角为90°；

所述冲击齿与钻头本体的旋转中心距离为50-80mm时，所述夹角为85-87°；

所述冲击齿与钻头本体的旋转中心距离为80-120mm时，所述夹角为81-86°；

所述冲击齿与钻头本体的旋转中心距离为120-240mm时，所述夹角为78-82°；

所述冲击齿与钻头本体的旋转中心距离大于240mm时，所述夹角为70-78°。

如上所述的冲击钻头，所述冲击端具有内凹锥，所述内凹锥的锥点与钻头本体的旋转中心重合，其锥角为75～90°，该内凹锥在所述冲击端上的投影面积为所述冲击端的端面面积的40～70％。

如上所述的冲击钻头，所述冲击端具有底部平面，所述底部平面沿钻头本体的旋转中心径向方向位于所述内凹锥的外侧，所述底部平面的中心与钻头本体的旋转中心重合，该底部平面在所述冲击端上的投影面积为所述冲击端的端面面积的10～25％。

如上所述的冲击钻头，其特征在于：所述冲击端具有第一锥面，所述第一锥面沿钻头本体的旋转中心径向方向位于所述底部平面的外侧，所述第一锥面与所述底部平面的夹角为10-30°，该第一锥面在所述冲击端上的投影面积为所述冲击端的端面面积的10～25％。

如上所述的冲击钻头，所述冲击端具有第二锥面，所述第二锥面沿钻头本体的旋转中心径向方向位于所述第一锥面的外侧，所述第二锥面与所述底部平面的夹角为15-40°，该第二锥面在所述冲击端上的投影面积为所述冲击端的端面面积的10～25％。

如上所述的冲击钻头，所述钻头本体具有一个中心介质通道和若干个与之连通的分流通道，所述中心介质通道和分流通道用于钻井介质流通。

如上所述的冲击钻头，所述冲击端具有与所述分流通道数量相等的第一排屑槽，所述第一排屑槽与所述分流通道相连，所述第一排屑槽与分流通道沿钻头本体的旋转方向，以圆形阵列的方式均匀排布。