[发明专利]具有整体稳定装置的回转圆锥钻头

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于井下钻孔的回转圆锥钻头领域，具体涉及一种具有一整体稳定装置和一形成在每个支承臂的外部的成角度斜面的回转圆锥钻头。

发明背景

可采用各种类型的回转钻头或凿岩钻头以在井下形成一钻孔。这种凿岩钻头的例子包括油井或天然气井中采用的滚子圆锥钻头或回转圆锥钻头。一典型的滚子圆锥钻头包括一具有一适于与一钻柱连接的上端的钻头体。从该钻头体的下端部垂挂有多个支承臂，一般为三个，每个臂均具有一相对于钻头体的一回转轴线向内和向下径向突出的主轴。

传统的滚子圆锥钻头一般由三部分组成。这些部分可通过每个部分之间的焊接沟槽沿轴向一起定位。然后采用传统技术将这些部分相互焊接以形成钻头体。每个部分也包括一从该钻头体延伸的相关的支承臂。钻头体中通常形成一扩大的孔或通道，以容置从钻柱来的钻削液体。题为“凿岩钻头焊接用定位系统”的美国专利号4054772揭示了一种用于由三个单独部分制造一三圆锥回转凿岩钻头的方法和装置。在本申请的所有目的方面均结合并参考了美国专利号4054772。

通常将一个刀具圆锥体安装在每个主轴上并可转动地支承在作用在该主轴与该刀具圆锥体的主轴容置孔的内侧之间的轴承上。靠近支承臂的钻头体的下侧可形成一个或多个喷嘴。这些喷嘴一般设置成将从钻柱经钻头体向下流过的钻削液体引向所形成的孔的底部。钻削流体通常由钻柱提供，以实现若干功能，包括将从孔的底部移去的材料冲走，清洁刀具圆锥体，以及携带钻粉径向向外然后向上运行在钻头体外部与孔壁之间限定的环路内。题为“用于很硬岩层的具有多排镀层的回转凿岩钻头”的美国专利号4056153和题为“凿岩钻头”的美国专利号4280571揭示了具有安装在从支承臂突出的主轴上的刀具圆锥组件的传统滚子圆锥钻头的一些例子。在本申请的所有目的方面均结合并参考了美国专利号4056153和美国专利号4280571。

在用回转圆锥钻头和凿岩钻头钻削的过程中，钻头附件的流体流动是非常紊乱的。在相关钻柱的外部与钻孔侧壁之间的环路中的流体流动也是非常紊乱和不均匀的。这些与相关钻柱的转动和振动一起的流体流动的变动常常需要稳定钻孔内的钻柱和钻头。以往曾采用各种类型的稳定装置和/或对中装置作为井下钻孔组件的零件。一些应用实例中，一稳定装置可以是装在钻头上方的钻柱上的一单独的部件。在另一些应用实例中，则在钻头原先制造和销售后已将稳定装置衬垫或凸耳焊接在钻头外部。例如，安全修整装置(Security Dresser)公司已开发了稳定装置衬垫或凸耳，以在环境恶劣的井下钻孔应用过程中提供额外的钻头稳定性和下摆部的保护。这些稳定装置衬垫通常在对引起相关钻头侧向负载和因下摆部磨损、磨耗和/摩擦增加造成相关的钻头过早损坏的水平和方向性井孔的钻孔过程中最为有效。这些稳定装置衬垫或凸耳通常作为一单独部件制造并通过焊接装在一所选择的钻头的外部。可作为部分稳定装置衬垫或凸耳包括锥度表面钨硬质合金镶入件，以进一步增强磨损、磨耗和/摩擦阻力。

本发明概况

本发明的目的在于大大减少或消除现有凿岩钻头和回转圆锥钻头存在的缺点和问题。在一个实施例中，本发明包括一支承臂和刀具圆锥体组件，该组件提供围绕一相关回转圆锥钻头外部的增强的流体流动，以从钻孔底部将钻粉和其它碎石移到钻井表面。一稳定装置衬垫或凸耳最好作为每个支承臂的外表面的一整体部分形成。

本发明在技术方面的优点包括：一稳定装置衬垫或凸耳作为每个支承臂的一整体部分提供，从而无需作为一额外的部件在钻头上方的钻柱和相关的螺纹连接件中增加一稳定装置。按照本发明教导形成的整体式稳定装置衬垫不存在与过去采用焊接工艺如堆焊或在钻头制造后将一单独衬垫焊到每个支承臂上制造的钻头上增加凸耳或衬垫相关的开裂和/或磨损问题。

本发明并能在将支承臂装到其相应的钻头体上之前作为支承臂的一整体部分制造稳定装置衬垫。作为本发明的一个结果，可在将支承臂与其相关的钻头体装配之前将压制件和/或镶入件装入整体式稳定装置衬垫和/或加在稳定装置衬垫外部的表面耐磨堆焊材料内。另外，稳定装置衬垫也可通过在相关的钻头装配后用一个或多个孔容置安装的镶入件来制造。