CN102859110A

CN102859110A - 用于冲击式岩钻的钻头

Info

Publication number: CN102859110A
Application number: CN2011800206899A
Authority: CN
Inventors: 博·卡尔斯特伦; 延斯·松丁; 苏珊·莱永
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-02-11
Also published as: RU2012151155A; AU2011245728B2; CN102859110B; CA2795743A1; KR20130103308A; ZA201207896B; AU2011245728A1; BR112012027706A2; EP2383420B1; EP2383420A1; US20130213718A1; US9500037B2; WO2011136714A1; RU2543395C2

Abstract

本发明涉及用于冲击式岩钻的钻头，该钻头包括：钻头头部（21）；裙部（24），该裙部（24）具有第一端和相反的第二端，且该裙部在所述第一端处连接到钻头头部；凹部（25），该凹部（25）从裙部的第二端朝裙部的第一端轴向延伸穿过裙部，且该凹部设有内部的、圆柱形阴螺纹（26）；以及在凹部的底部处的撞击表面（27）。撞击表面与阴螺纹具有完整螺纹轮廓的凹部的部分之间的凹部（25）的每个横截面的横截面面积小于在阴螺纹具有完整螺纹轮廓的凹部的部分处的凹部的横截面的横截面面积。

Description

用于冲击式岩钻的钻头

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于冲击式岩钻的钻头。

背景技术

图1中示出根据权利要求1的前序部分构造的先前已知的冲击式岩钻用钻头。在例如WO 2004/003334A1（以及US 2002/074797、US2008/304904或WO 01/38685）中公开了这一类型的钻头。该已知的钻头1包括：

-钻头头部2；

-裙部3；

-凹部4，该凹部4从裙部3的后端朝向钻头头部2轴向延伸穿过裙部3，且该凹部设有内部阴螺纹5，用于连接到钻杆7的相应的外部阳螺纹6；以及

-用于抵靠钻杆的端表面9的撞击表面8，该撞击表面8形成在凹部的底部处并且垂直于钻头的纵向轴线延伸。

凹部4的在阴螺纹5的内端和撞击表面8之间的部分宽于阴螺纹，从而在阴螺纹的内端处提供螺纹空隙10。

US 3258077A和US 3258284A中的每个公开了具有肩部支座的钻头。JP 8151885A公开了在撞击表面附近具有局部增加的钻头直径的钻头，权利要求1的前序部分正是基于JP 8151885A。

发明内容

本发明的目的在于实现上述类型的钻头的进一步发展，从而提供一种在至少一些方面得以改进的钻头。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1所限定的特征的钻头来实现。

本发明的钻头包括：

-钻头头部；

-裙部，该裙部具有第一端和相反的第二端，该裙部在所述第一端处连接到钻头头部；

-凹部，所述凹部从裙部的第二端朝向裙部的第一端轴向延伸穿过裙部，且所述凹部设有内部的、圆柱形阴螺纹，用于连接到钻杆的相应的外部的、圆柱形阳螺纹；以及

-用于抵靠钻杆的端表面的撞击表面，该撞击表面形成在凹部的底部处并且垂直于钻头的纵向轴线延伸。

根据本发明，撞击表面和凹部的部分（此处阴螺纹具有其完整螺纹轮廓）之间的凹部的每个横截面的横截面面积小于在凹部的部分（此处阴螺纹具有其完整螺纹轮廓）处的凹部的横截面的横截面面积。因此，本发明的钻头缺少在阴螺纹的内端和撞击表面之间的加宽的螺纹空隙。这种螺纹空隙将在裙部壁的围绕该螺纹空隙的部分中导致与裙部壁的围绕阴螺纹的部分相比减小的裙部壁厚度。裙部壁的这一部分将构成钻头处的减弱部分或破裂区域FZ（见图1），其中所述部分具有减小的厚度并且因此具有减小的裙部壁横截面面积。本发明正是基于以下实现：能够通过省掉在阴螺纹的内端与撞击表面之间的螺纹间隙而提高钻头强度。已经测量到，与根据上述现有技术的相应的钻头相比，根据本发明的钻头的强度提高了18%。在没有螺纹间隙的情况下，钻头的凹部可以被形成为使得撞击表面与阴螺纹具有其完整螺纹轮廓的凹部的部分之间的凹部的每个横截面的横截面面积小于阴螺纹具有其完整螺纹轮廓的凹部的部分处的凹部的横截面的横截面面积。由此，没有在裙部的位于撞击表面与阴螺纹之间延伸的部分中引入具有降低强度的点。

在本说明书及所附的权利要求书中，措辞“凹部的横截面”指垂直于钻头的纵向轴线横穿凹部的截面。

根据本发明的钻头的其它优点以及有利特征将在以下描述和所附权利要求书中呈现。

附图说明

下面是参照附图的作为实例引用的本发明的优选实施例的具体描述。附图中：

图1是根据现有技术的连接到钻杆的钻头的局部剖切侧视图，

图2是根据本发明的一个实施例的钻头的局部剖切侧视图，以及

图3是根据图2的连接到钻杆的钻头的局部剖切侧视图。

具体实施方式

图2和3示出根据本发明的一个实施例的冲击式岩钻用钻头20。该钻头20包括钻头头部21，该钻头头部20在其前端设有岩石切割构件22、23。在所示出的实施例中，岩石切割构件由前球齿22和外围球齿23形式的硬质合金嵌入件构成。在其后端处，钻头头部21连接到裙部24。在一件合适的金属材料诸如例如钢中形成钻头头部21和裙部24。

裙部24具有第一端24a和相反的第二端24b，裙部通过所述第一端24a连接到钻头头部21。凹部25从裙部的第二端24b朝裙部的第一端24a轴向延伸穿过裙部24。该凹部25设有内部的、圆柱形阴螺纹26，用于连接到设置在钻杆30的端部处的相应的外部的、圆柱形阳螺纹36。阴螺纹和阳螺纹可以具有任何常规的螺纹形式，诸如圆螺纹或梯形螺纹。图中所示的螺纹形式是圆螺纹。在凹部25的底部处形成有用于抵靠钻杆30的端表面37的撞击表面27。该撞击表面27垂直于钻头20的纵向轴线延伸。凹部25适当地在阴型圆螺纹26的外端与裙部24的第二端24b之间设有一个或更多个无螺纹的圆柱形表面28，如图2和3所示。凹部25通过多个延伸穿过钻头头部的冲洗通道29与钻头头部21的前端流体连通。当钻头20连接到钻杆30，且钻头的阴螺纹26与钻杆36的阳螺纹啮合并且钻头的撞击表面27抵靠钻杆的端表面37时（如图3所示），钻头的冲洗通道29与沿钻杆的中心轴线轴向延伸穿过钻杆的冲洗通道（未示出）流体连通。

沿凹部的部分（此处螺纹26具有其完整螺纹轮廓）的凹部25的每个横截面都具有一个且相同的横截面面积。措辞“完整螺纹轮廓”能够被定义为沿整个螺纹长度的大部分存在的轮廓。

在凹部25中，阴螺纹26的内端与撞击表面27之间不设置螺纹空隙，并且撞击表面27和凹部的部分（此处阴螺纹26具有其完整螺纹轮廓）之间的凹部25的每个横截面的横截面面积小于在凹部25的所述部分（此处阴螺纹26具有其完整螺纹轮廓）处的凹部25的横截面的横截面面积。

凹部25在其底部处具有最小横截面面积，并且撞击表面27限定凹部25的最小径向横截面面积。因此，撞击表面27的面积小于位于撞击表面27与裙部24的第二端24b之间的凹部25的任何横截面的横截面面积。

还能够在图2中看到的是，凹部25的横截面面积从阴螺纹26的内端到撞击表面27逐渐减小。凹部25的径向横截面面积从撞击表面27一直到凹部的部分（此处阴螺纹26具有其完整螺纹轮廓）沿凹部连续增加。撞击表面27和凹部的部分（此处阴螺纹26具有其完整螺纹轮廓）的内端之间的轴向距离优选为8-12mm，这意味着当从轴向方向观看时，凹部的部分（此处阴螺纹26具有其完整螺纹轮廓）从与撞击表面27相距8-12mm处开始。

在凹部的阴螺纹具有其完整螺纹轮廓的部分处，从钻头20的纵向轴线A到阴螺纹26的螺纹底部的最深点的径向距离Ro，即阴螺纹的最大半径优选等于或小于18.5mm。

优选地，阴螺纹26有2.8-3.2个具有完整螺纹轮廓的螺纹圈。

图2中以虚线示出假想圆柱C。该假想圆柱C具有的直径Do使得其包络表面沿凹部的阴螺纹26具有其完整螺纹轮廓的部分触及阴螺纹的螺纹底部的最深点。由此，Do=2×Ro。

所述假想圆柱C的直径Do优选等于或小于37mm，并且满足以下条件：

1.3<=L/Do<=1.6

其中，L是从撞击表面27至凹部的部分（阴螺纹26具有其完整螺纹轮廓）的外端的轴向距离。

在延伸穿过撞击表面27的横截平面P1与上述假想圆柱C的包络表面之间形成环形材料区域MZ。该环形材料区域MZ在某一轴向横截面处形成了这样一区域，该区域在朝着阴螺纹具有其完整螺纹轮廓的位置渐缩。

钻头20用于冲击式岩钻，并且钻头20通过一个或多个钻杆30连接到顶锤装置。

相比于根据上述现有技术的钻头，通过根据本发明的钻头20，能够提供更长的阴螺纹26，并且由此在钻头20的阴螺纹26与钻杆30的相应的阳螺纹36之间提供更长的接触表面，而不增加从撞击表面27至凹部的部分（此处阴螺纹26具有其完整螺纹轮廓）的外端的轴向距离L。此外，由于能够在不必考虑裙部的内端处的任何破裂区域的情况下设计裙部24的壁，因而将更加可能修改用于移除岩屑的空间同时维持裙部足够坚固，或者增加裙部24的强度。目前所要求保护的钻头i.a.解决了脆弱裙部的问题，即，通过提高壁厚度而不影响钻头的外侧而解决了脆弱裙部的问题。

应注意的是，根据本发明的钻头的阴螺纹26是圆柱形螺纹而不是在用于旋转式石油钻探的钻管或钻探管道中的锥形螺纹类型。

当然，本发明不以任何方式限于上述实施例。相反的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的诸如在所附权利要求书中所限定的基本理念的情况下，本发明的修改的多种可能性是明显的。

本申请要求欧洲专利申请No.10161383.4的优先权，其公开内容以参考方式并入本文。

Claims

1.一种用于冲击式岩钻的钻头，所述钻头（20）包括：

-钻头头部（21）；

-裙部（24），所述裙部（24）具有第一端和相反的第二端，且所述裙部在所述第一端处连接到所述钻头头部；

-凹部（25），所述凹部（25）从所述裙部的第二端（24b）朝所述裙部的第一端（24a）轴向延伸穿过所述裙部（24），且所述凹部设有内部的、圆柱形阴螺纹（26），用于连接到钻杆的相应的外部的、圆柱形阳螺纹；以及

-撞击表面（27），所述撞击表面（27）抵靠于所述钻杆的端表面，且所述撞击表面（27）形成在所述凹部（25）的底部处并垂直于所述钻头的纵向轴线（A）延伸，

其特征在于，所述撞击表面（27）和所述阴螺纹（26）具有其完整螺纹轮廓的所述凹部的部分之间的所述凹部（25）的每个横截面的横截面面积小于在所述阴螺纹具有其完整螺纹轮廓的所述凹部的部分处的所述凹部（25）的横截面的横截面面积。

2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述撞击表面（27）限定所述凹部（25）的最小径向横截面面积。

3.根据权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述凹部（25）的径向横截面面积从所述撞击表面（27）一直到所述阴螺纹（26）具有其完整螺纹轮廓的所述凹部的部分沿所述凹部连续地增加。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的钻头，其特征在于，在包含所述撞击表面（27）的横截平面（P1）与假想圆柱（C）的包络表面之间形成有环形材料区域（MZ），所述假想圆柱（C）具有的直径（Do）使得所述假想圆柱（C）的包络表面沿所述阴螺纹（26）具有其完整螺纹轮廓的所述凹部的部分触及所述阴螺纹的螺纹底部的最深点。

5.根据权利要求4所述的钻头，其特征在于，所述假想圆柱（C）的直径（Do）等于或小于37mm，同时满足以下条件：

1.3<=L/Do<=1.6

其中，Do是所述假想圆柱（C）的直径，并且L是从所述撞击表面（27）至所述阴螺纹（26）具有其完整螺纹轮廓的所述凹部的部分的外端的轴向距离。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的钻头，其特征在于，所述撞击表面（27）与所述阴螺纹（26）具有其完整螺纹轮廓的所述凹部的部分的内端之间的轴向距离是8-12mm。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的钻头，其特征在于，在所述阴螺纹具有其完整轮廓的所述凹部的部分处，从所述钻头（20）的纵向轴线（A）至所述阴螺纹（26）的螺纹底部的最深点的径向距离（Ro）等于或小于18.5mm。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的钻头，其特征在于，所述阴螺纹（26）的具有完整螺纹轮廓的螺纹圈数是2.8-3.2。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的钻头，其特征在于，在所述阴螺纹（26）与所述裙部（24）的所述第二端（24b）之间，所述凹部（25）设有至少一个无螺纹圆柱形表面（28）。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的钻头，其特征在于，在所述钻头头部（21）的前端处设有前球齿（22）和外围球齿（23）形式的岩石切割构件。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的钻头，其特征在于，所述凹部（25）通过一个或多个延伸穿过所述钻头头部的冲洗通道（29）与所述钻头头部（21）的前端流体连通。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的钻头，其特征在于，所述阴螺纹（26）是圆螺纹或梯形螺纹。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的钻头用于冲击式岩钻的用途，其中，所述钻头（20）通过一个或多个钻杆（30）连接到顶锤装置。