本發(fā)明涉及pdc鉆頭，具體涉及一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭。
背景技術(shù)：
1、近年來(lái),空氣鉆井技術(shù)先后在川渝、塔里木、松遼盆地等深井、超深井推廣應(yīng)用793井次,累計(jì)進(jìn)尺65.2萬(wàn)米,在提高機(jī)械鉆速、發(fā)現(xiàn)與保護(hù)儲(chǔ)層、治理惡性井漏方面發(fā)揮了重要作用,而空氣錘是空氣鉆井過(guò)程中最常應(yīng)用到的一種井下動(dòng)力鉆具，空氣錘的空氣鉆井是依靠高頻沖擊和旋轉(zhuǎn)兩種形式進(jìn)行破巖的,井底巖石是在鉆壓、沖擊力和旋轉(zhuǎn)剪切力的共同作用下產(chǎn)生破碎的，不過(guò)空氣錘空氣鉆井存在地層適用具有局限性，以及在潮濕地層和易垮塌地層不適用的情況，提速仍有較大空間。
2、目前除了空氣錘用于空氣鉆井外，常規(guī)pdc鉆頭配合空氣螺桿鉆井，在機(jī)速表現(xiàn)上相比空氣錘具有一定優(yōu)勢(shì)，不過(guò)常規(guī)pdc鉆頭在鉆頭使用壽命上仍有較大的不足，配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭在結(jié)構(gòu)上需要做全新設(shè)計(jì)。
3、目前配合空氣螺桿使用多采用常規(guī)pdc鉆頭與泥漿鉆井采用的pdc鉆頭設(shè)計(jì)一樣，從常規(guī)pdc鉆頭配合空氣螺桿實(shí)鉆表現(xiàn)來(lái)看，起出鉆頭內(nèi)錐和鼻部切削齒輕微磨損，但是外肩部切削齒磨損嚴(yán)重，分析空氣螺桿鉆速高，導(dǎo)致外肩部切削齒線速度過(guò)高，同時(shí)由于空氣的導(dǎo)熱效率不好，冷卻效果較差，導(dǎo)致切削齒溫度過(guò)高而出現(xiàn)熱裂紋，加速了切削齒的磨損失效，進(jìn)而磨至鉆頭刀翼本體，出現(xiàn)環(huán)槽。常規(guī)用于泥漿鉆的pdc鉆頭不適合配空氣螺桿鉆井使用，鉆頭需要新的設(shè)計(jì)。
4、目前有針對(duì)空氣鉆井的pdc鉆頭設(shè)計(jì)一種用于井下空氣鉆探的pdc鉆頭授權(quán)公告號(hào)cn?111971447?b和一種空氣螺桿鉆進(jìn)多重材料復(fù)合切削鉆頭授權(quán)公告號(hào)cn?116241186b，這兩款設(shè)計(jì)與常規(guī)pdc鉆頭破巖機(jī)理大致相同，在流道設(shè)計(jì)上并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，預(yù)期如果用于空氣鉆井，其表現(xiàn)與常規(guī)pdc鉆頭差異不大，所以配合空氣螺桿鉆井的pdc鉆頭在切削齒破巖機(jī)理和流道設(shè)計(jì)上需要進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，解決現(xiàn)有技術(shù)中，目前配合空氣螺桿鉆井使用的pdc鉆頭并沒(méi)有針對(duì)空氣螺桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致pdc鉆頭在實(shí)際使用過(guò)程中容易因?yàn)楦邷爻霈F(xiàn)熱裂紋，從容加快鉆頭磨損的問(wèn)題。
2、為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，包括鉆頭本體，以及設(shè)置于鉆頭本體后端的鉆頭接頭，鉆頭本體沿前端至側(cè)壁方向設(shè)置有主刀翼，主刀翼沿鉆頭本體的圓周間隔分布設(shè)置有若干個(gè)，每個(gè)主刀翼的相對(duì)兩側(cè)分別設(shè)置有前副刀翼和后副刀翼，前副刀翼和后副刀翼與主刀翼之間分別設(shè)置有主流道和后副刀翼流道，相鄰兩個(gè)前副刀翼和后副刀翼之間設(shè)置有前副刀翼流道，依次相鄰的主流道、后副刀翼流道和前副刀翼流道在鉆頭本體的前端連通形成出風(fēng)孔；鉆頭本體的后端設(shè)置有安裝槽，安裝槽內(nèi)固定安裝有氣流分配塊，氣流分配塊的后端設(shè)置有第一轉(zhuǎn)動(dòng)孔，第一轉(zhuǎn)動(dòng)孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)管，環(huán)繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)孔的孔壁設(shè)置有與若干個(gè)出風(fēng)孔一一對(duì)應(yīng)連通的導(dǎo)氣孔，環(huán)繞轉(zhuǎn)動(dòng)管的管壁上設(shè)置有一個(gè)第一通孔，以及若干個(gè)第二通孔，第一通孔的孔徑大于第二通孔的孔徑，氣流分配塊的后端安裝有用于帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)管在第一轉(zhuǎn)動(dòng)孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)組件。
4、鉆頭本體前端的中心設(shè)置有心部固定水眼；氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)組件包括固定塊，固定塊與安裝槽的腔壁固定相連，固定塊內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)腔，固定塊的前后兩端對(duì)齊設(shè)置有與轉(zhuǎn)動(dòng)腔相連通的第二轉(zhuǎn)動(dòng)孔，轉(zhuǎn)動(dòng)管的后端依次穿過(guò)兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)孔，置于固定塊的后側(cè)，且轉(zhuǎn)動(dòng)管與兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)孔轉(zhuǎn)動(dòng)相連；轉(zhuǎn)動(dòng)管的外壁在轉(zhuǎn)動(dòng)腔內(nèi)套設(shè)有安裝環(huán)，環(huán)繞安裝環(huán)的外壁間隔設(shè)置有若干個(gè)扇葉；轉(zhuǎn)動(dòng)腔的腔壁上間隔設(shè)置有對(duì)準(zhǔn)扇葉表面的進(jìn)風(fēng)孔和排風(fēng)孔，固定塊的后端設(shè)置有和進(jìn)風(fēng)孔相連通的進(jìn)風(fēng)管；氣流分配塊的前端設(shè)置有與心部固定水眼相連通的中心氣孔，排風(fēng)孔與中心氣孔相連通。
5、氣流分配塊的后端設(shè)置有插入槽，插入槽的槽底通過(guò)連通孔與中心氣孔相連通，固定塊的前端設(shè)置有與排風(fēng)孔相連通的插入管，插入管在插入槽內(nèi)與連通孔相連通。
6、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，前副刀翼和后副刀翼均延伸至鉆頭本體的側(cè)面，主刀翼、前副刀翼和后副刀翼的在靠近鉆頭接頭的位置均凸起設(shè)置有保徑聚晶。
7、更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，主刀翼上分布設(shè)置有主切削平面齒，前副刀翼上分布設(shè)置有前排沖擊錐尖齒，后副刀翼上分布設(shè)置有后排限位錐尖齒，出風(fēng)孔內(nèi)安裝有可換式噴嘴。
8、更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，前排沖擊錐尖齒凸出鉆頭本體表面的高度與主切削平面齒凸出鉆頭本體表面的高度一致，后排限位錐尖齒凸出鉆頭本體表面的高度低于主切削平面齒凸出鉆頭本體表面的高度。
9、更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，后排限位錐尖齒凸出鉆頭本體表面的高度低于主切削平面齒凸出鉆頭本體表面的高度控制在0.4-2mm之間。
10、更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，主流道的橫截面積為后副刀翼流道橫截面積的1.5-3倍，后副刀翼流道的橫截面積與前副刀翼流道的橫截面積相同。
11、更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，主流道的寬度為12.7mm，深度為20mm，后副刀翼流道的寬度為8mm，深度為8mm。
12、更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，鉆頭本體前端的中心設(shè)置有心部固定水眼，鉆頭本體的前端在心部固定水眼的周圍設(shè)置有心部沖擊球形齒；出風(fēng)孔在鉆頭本體內(nèi)與心部固定水眼相連通。
13、更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，心部固定水眼直徑為12.7mm，可換式噴嘴的噴射角度與鉆頭本體的軸心夾角為25°。
14、更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，主刀翼沿鉆頭本體的圓周間隔分布設(shè)置有6個(gè)。
15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明采用多流道設(shè)計(jì)，通過(guò)主流道、后副刀翼流道和前副刀翼流道的設(shè)計(jì)使主刀翼、前副刀翼和后副刀翼的兩側(cè)在鉆井的過(guò)程中都有冷卻空氣流過(guò)，帶走熱量，從而提升冷卻效果以及排屑效果。通過(guò)前副刀翼和后副刀翼分別置于主刀翼的兩側(cè)，能夠在鉆井的過(guò)程中輔助主刀翼進(jìn)行鉆井，對(duì)主刀翼起到保護(hù)作用，從而提升主刀翼以及鉆頭本體的整體使用壽命。2、本發(fā)明基于轉(zhuǎn)動(dòng)管上的第一通孔和第二通孔配合，能夠在轉(zhuǎn)動(dòng)管轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，使第一通孔依次經(jīng)過(guò)若干個(gè)導(dǎo)氣孔，這樣借助于第一通孔的孔徑大于第二通孔的孔徑，能夠使通過(guò)第一通孔進(jìn)入導(dǎo)氣孔的空氣通量多于通過(guò)第二通孔進(jìn)入導(dǎo)氣孔的空氣通量，這樣就能夠是風(fēng)孔通過(guò)導(dǎo)氣孔與第一通孔連通的時(shí)候，能夠使風(fēng)孔突然增大出風(fēng)量，形成脈沖出風(fēng)效果，從而對(duì)其對(duì)應(yīng)的主流道、后副刀翼流道和前副刀翼流道形成高速高壓的氣流，能夠避免碎屑堆積在主流道、后副刀翼流道和前副刀翼流道內(nèi)；3、常規(guī)的空氣鉆頭對(duì)每個(gè)刀翼之間的流道都采用同樣的氣流來(lái)進(jìn)行降溫和排屑，這樣雖然能夠起到均勻和穩(wěn)定的效果，但是對(duì)于某一個(gè)流道突然堵塞的情況難以起到有效的清除或者快速疏通堵塞，容易導(dǎo)致鉆頭磨損加劇，本發(fā)明通過(guò)第一通孔和第二通孔的差異化孔徑設(shè)置，能夠周期性的對(duì)所有流道進(jìn)行差異化的氣流沖擊，這樣能夠使堵塞的碎屑因?yàn)榇髿饬鞯臎_擊而疏通。
1.一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，包括鉆頭本體（10），其特征在于，所述鉆頭本體（10）沿前端至側(cè)壁方向設(shè)置有主刀翼（14），所述主刀翼（14）沿鉆頭本體（10）的圓周間隔分布設(shè)置有若干個(gè)，每個(gè)所述主刀翼（14）的相對(duì)兩側(cè)分別設(shè)置有前副刀翼（13）和后副刀翼（15），所述前副刀翼（13）和后副刀翼（15）與主刀翼（14）之間分別設(shè)置有主流道（8）和后副刀翼流道（9），相鄰兩個(gè)前副刀翼（13）和后副刀翼（15）之間設(shè)置有前副刀翼流道（7），依次相鄰的主流道（8）、后副刀翼流道（9）和前副刀翼流道（7）在所述鉆頭本體（10）的前端連通形成出風(fēng)孔；所述鉆頭本體（10）的后端設(shè)置有安裝槽（16），所述安裝槽（16）內(nèi)固定安裝有氣流分配塊（17），所述氣流分配塊（17）的后端設(shè)置有第一轉(zhuǎn)動(dòng)孔（18），所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)孔（18）內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)管（19），環(huán)繞所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)孔（18）的孔壁設(shè)置有與若干個(gè)出風(fēng)孔一一對(duì)應(yīng)連通的導(dǎo)氣孔（20），環(huán)繞所述轉(zhuǎn)動(dòng)管（19）的管壁上設(shè)置有一個(gè)第一通孔（21），以及若干個(gè)第二通孔（22），所述第一通孔（21）的孔徑大于第二通孔（22）的孔徑，所述氣流分配塊（17）的后端安裝有用于帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)管（19）在第一轉(zhuǎn)動(dòng)孔（18）內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，其特征在于：所述鉆頭本體（10）前端的中心設(shè)置有心部固定水眼（6）；所述氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)組件包括固定塊（23），所述固定塊（23）與安裝槽（16）的腔壁固定相連，所述固定塊（23）內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)腔（24），所述固定塊（23）的前后兩端對(duì)齊設(shè)置有與所述轉(zhuǎn)動(dòng)腔（24）相連通的第二轉(zhuǎn)動(dòng)孔（25），所述轉(zhuǎn)動(dòng)管（19）的后端依次穿過(guò)兩個(gè)所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)孔（25），置于固定塊（23）的后側(cè)，且轉(zhuǎn)動(dòng)管（19）與兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)孔（25）轉(zhuǎn)動(dòng)相連；所述轉(zhuǎn)動(dòng)管（19）的外壁在轉(zhuǎn)動(dòng)腔（24）內(nèi)套設(shè)有安裝環(huán)（26），環(huán)繞所述安裝環(huán)（26）的外壁間隔設(shè)置有若干個(gè)扇葉（27）；所述轉(zhuǎn)動(dòng)腔（24）的腔壁上間隔設(shè)置有對(duì)準(zhǔn)扇葉（27）表面的進(jìn)風(fēng)孔（28）和排風(fēng)孔（29），所述固定塊（23）的后端設(shè)置有和所述進(jìn)風(fēng)孔（28）相連通的進(jìn)風(fēng)管（30）；所述氣流分配塊（17）的前端設(shè)置有與所述心部固定水眼（6）相連通的中心氣孔（31），所述排風(fēng)孔（29）與所述中心氣孔（31）相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，其特征在于：所述氣流分配塊（17）的后端設(shè)置有插入槽（32），所述插入槽（32）的槽底通過(guò)連通孔（33）與所述中心氣孔（31）相連通，所述固定塊（23）的前端設(shè)置有與所述排風(fēng)孔（29）相連通的插入管（34），所述插入管（34）在所述插入槽（32）內(nèi)與所述連通孔（33）相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，其特征在于：所述前副刀翼（13）和后副刀翼（15）均延伸至鉆頭本體（10）的側(cè)面，所述主刀翼（14）、前副刀翼（13）和后副刀翼（15）的在靠近鉆頭接頭（12）的位置均凸起設(shè)置有保徑聚晶（11）。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，其特征在于：所述主刀翼（14）上分布設(shè)置有主切削平面齒（2），所述前副刀翼（13）上分布設(shè)置有前排沖擊錐尖齒（1），所述后副刀翼（15）上分布設(shè)置有后排限位錐尖齒（3）；所述鉆頭本體（10）的前端在心部固定水眼（6）的周圍設(shè)置有心部沖擊球形齒（4）；所述出風(fēng)孔內(nèi)安裝有可換式噴嘴（5）。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，其特征在于：所述前排沖擊錐尖齒（1）凸出鉆頭本體（10）表面的高度與所述主切削平面齒（2）凸出鉆頭本體（10）表面的高度一致，所述后排限位錐尖齒（3）凸出鉆頭本體（10）表面的高度低于所述主切削平面齒（2）凸出鉆頭本體（10）表面的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，其特征在于：所述后排限位錐尖齒（3）凸出鉆頭本體（10）表面的高度低于所述主切削平面齒（2）凸出鉆頭本體（10）表面的高度控制在0.4-2mm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，其特征在于：所述主流道（8）的橫截面積為后副刀翼流道（9）橫截面積的1.5-3倍，所述后副刀翼流道（9）的橫截面積與前副刀翼流道（7）的橫截面積相同；所述主流道（8）的寬度為12.7mm，深度為20mm，所述后副刀翼流道（9）的寬度為8mm，深度為8mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種配合空氣螺桿使用的pdc鉆頭，其特征在于：所述心部固定水眼（6）直徑為12.7mm，所述可換式噴嘴（5）的噴射角度與鉆頭本體（10）的軸心夾角為25°；所述主刀翼（14）沿鉆頭本體（10）的圓周間隔分布設(shè)置有6個(gè)。