[发明专利]用于旋转式钻头的分流环及其方法

说明书

本发明的技术领域

本发明一般涉及在地上钻孔的旋转式钻头，而特别涉及一种旋转式锥形钻头，它具有用来增强该旋转式锥形钻头的密封保护的分流环。

本发明的技术背景

一种用于在地上钻孔的钻头是牙轮锥形钻头。一种典型的牙轮锥形钻头包括一钻头体，它具有一可连接在钻杆上的上端。在钻头体的下部悬置着许多支承臂，一般有三个，每一支承臂具有一心轴，该心轴相对钻头体的伸长的转动轴线径向向内向下突出。切割锥体通常安装在各心轴上，并由在心轴和各切割锥体内接纳心轴的空腔内壁之间的轴承可转动地支承。通常，在钻头体的外侧形成有一个或几个流体喷嘴。这些喷嘴被安装成可引导钻孔流体自钻杆向下流入被钻探的钻孔的底部。钻孔流体冲走与钻孔底部分离的东西并清洗切割锥体，然后携带着切屑和其它碎片径向向外移动，再在钻头体和钻孔壁之间形成的环形空间里向上移动。

保护允许切割锥体转动的轴承免受钻孔碎片的侵蚀可延长钻头的使用寿命。一旦让钻孔碎片进入切割钻头和心轴之间的支承表面，将很快使钻头失效。至今已经有许多机构被用来防止碎片进入该支承表面之间。

一种传统的方法是将一弹性体密封件置于在各切割钻头及其对应的支承臂心轴的支承表面之间的间隙里。然而，由于切屑进入密封区产生的磨损将使密封失效。一旦密封失效，用不了多久，切屑就会通过切割锥体及其对应的心轴之间的间隙弄污该支承表面。这样，使各密封件也能防止由钻孔里的切屑引起的磨损是非常重要的。

本发明的简要说明

按照本发明，与现有技术中的岩石钻头和旋转式锥形钻头有关的缺点和问题已基本上被减少和限制。本发明的一个方面包括将磨削物流和颗粒移离密封表面。因此，本发明给相关的钻头提供增强的防腐蚀能力和较长的井下钻进时间。本发明的另一方面包括提供一分流环，它包括一圆盘和在其上延伸的肋，以便将磨削下来的切屑和其它碎片移离密封表面。在某些情况下，肋形成于分流环的的各侧面上。而在另一种情况下，分流环可只在一个侧面上有肋。使用按照本发明介绍的分流环将显著地减少和较好地保护在各切割锥体和与其对应的支承臂和心轴之间形成的间隙，从而免受井下流体和钻孔碎片的腐蚀。

本发明的还有一个方面包括给旋转式锥形钻头的支承臂和切割锥体组件提供更好的密封保护。在一种应用里，各支承臂可一体形成有相关的钻头体，并具有内表面、外表面和底缘。各支承臂的内表面和外表面在底缘处邻接。一心轴固定在各内表面上，且相对各支承臂向下倾斜。支承臂和切割锥体组件还包括一具有一空腔的切割锥体，该空腔具有一接纳对应的心轴的开口。各支承臂和切割锥体组件还包括一密封件，以便在空腔内侧和心轴外侧之间形成的间隙里形成一流体障碍。各间隙也有一与对应的支承臂的底缘邻接的开口，并连通在钻头外部的任何流体或碎片。一分流环置于各心轴的外面并靠近对应的内表面，而且位于对应的间隙的开口处。该分流环包括一圆盘，而该圆盘具有许多在其上延伸的肋，以便将磨削物流移离该间隙。

附图的简要说明

为了更全面地了解本发明及其优点，现在参看下面结合附图的描述，附图中：

图1是安装着按照本发明的分流环的旋转式锥形钻头的等角图；

图2是显示与图1中的旋转式锥形钻头有关的支承臂和切割锥体组件的剖视图；

图3是显示图2中的支承臂和切割锥体组件的一部分的放大剖视图；

图4是显示本发明的分流环的一实施例的立体图；

图5是图4中的分流环的俯视图；以及

图6是显示本发明的分流环的另一实施例的俯视图。

本发明的详细说明

通过参看附图中的图1-6可以更好地了解本发明的较佳实施例及其优点，在所有的附图中，相同的标号表示相同的和对应的零件。

为了描述起见，图1显示了本发明的一个实施例，它由用来在地上钻孔的旋转式锥形钻头10表示。旋转式锥形钻头10有时候可叫做“旋转式牙轮钻头”。对旋转式锥形钻头10来说，当安装着钻头10的钻杆(未画出)转动而使锥形割刀12在钻孔的底部滚动时，发生切割作用。切割锥体12有时候可叫做“旋转式切割锥体”或“牙轮切割锥体”或“锥形割刀”。

如图1所示，切割锥体12包括由凹槽14形成的切削刃和突出的嵌入物16，它们在钻杆施加的重量的作用下铲刮和切削钻孔的侧面和底部的。由此产生的钻孔碎片通过在钻头10的侧面20上的喷嘴18喷射的钻孔流体被带离钻孔的底部。携带碎片的流体通常在钻头10的侧面20和钻孔底部之间径向向外流动，然后，通过由钻头10的外周和钻孔的内壁(未画出)形成的环形空间向上流向井口(未画出)。