具有沖洗槽的沖擊鑿巖鉆頭的制作方法
【專利摘要】一種沖擊鑿巖鉆頭具有頭部(100)和柄部(101)，其中多個(gè)沖洗槽(107)從前面(103)徑向向外并軸向向后延伸。所述沖洗槽被構(gòu)造用以優(yōu)化夾帶在沖洗流體中的巖石顆粒和細(xì)屑的軸向向后流。特別地，每個(gè)槽相對于所述鉆頭的縱向軸線(102)大體上成凸形，并且從第一槽端部到第二槽端部相對于所述軸線連續(xù)地下傾。
【專利說明】
具有沖洗槽的沖擊鑿巖鉆頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種沖擊鑿巖鉆頭，并且特別地但非排它地涉及一種具有帶有多個(gè)沖洗槽的頭部的鉆頭，所述多個(gè)沖洗槽通過它們相對于鉆頭的軸線的定位而得到優(yōu)化，其顯著地促進(jìn)軸向向后沖洗從巖面切割下來的碎片和細(xì)肩。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊鉆頭在硬質(zhì)巖石中鉆較淺孔和產(chǎn)生深鉆孔方面都有廣泛的應(yīng)用。在后一種應(yīng)用中，典型地使用鉆柱，其中隨著鉆孔深度的增加，經(jīng)由螺紋接頭將多個(gè)鉆桿頭尾聯(lián)接。地面機(jī)器可操作用來將組合的沖擊和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳遞到鉆柱的上端，而定位在下端處的鉆頭可操作用來破碎巖石和形成鉆孔。W02006/033606公開了一種典型的鉆頭，其包括安裝有多個(gè)堅(jiān)硬的切割刀片的鉆頭頭部，這些刀片通常被稱為球齒。這些球齒包括硬質(zhì)合金基材料，用以提尚鉆頭的使用壽命。
[0003]流體典型地流經(jīng)鉆柱并經(jīng)由鉆頭頭部的一些孔口而在鉆孔的底部處離開，從而將來自鉆孔區(qū)域的鉆肩沖刷走，以通過鉆柱的外側(cè)周圍的鉆孔向后輸送。沖擊鉆頭進(jìn)一步的示例被公開在 DE3519592、US3，388，756、GB692，373、RU2019674、US2002/0153174、US3，357，507、US2008/0087473、W02009/067073和W02013/068262中。
[0004]通常，多個(gè)沖洗槽凹進(jìn)到鉆頭中，以允許碎裂材料經(jīng)由沖洗流體從鉆頭向后輸送。US5，794，728公開了具有多個(gè)流體通路的沖擊鑿巖鉆頭，流體通路從鉆頭的中心鉆孔延伸，以在前面處的沖洗槽處浮現(xiàn)。然而，常規(guī)的鉆頭由于許多原因是不利的。特別地，常規(guī)的沖洗槽并未優(yōu)化用以促進(jìn)流體從前面軸向向后流動(dòng)，并且這降低了相應(yīng)的鉆鑿性能和特別是鉆頭的穿進(jìn)速率。此外，對于沖洗流體通路的軸向最前部分，由于接觸巖石而被損壞不是不尋常的，而由于接觸巖石而被損壞減少輸送到前面的流體并且也減少向后沖洗從巖面上切割下來的細(xì)肩和碎片材料的效率。因此，需要解決上述問題的鉆頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種沖擊鑿巖鉆頭，其優(yōu)化鉆進(jìn)效率并且特別地提供提高的鉆鑿穿進(jìn)速率。另一具體目的是提供一種鉆頭，其有效地優(yōu)化軸向向后沖洗從巖面上切割下來的巖石碎片和細(xì)肩。本發(fā)明的另一個(gè)具體目的是，盡可能減少由于在切割期間接觸巖面對流體沖洗通路的損害。
[0006]這些目的通過提供這樣的鉆頭來實(shí)現(xiàn)，該鉆頭具有沖洗槽，沖洗槽從鉆頭的中心軸線徑向向外延伸且從鉆頭軸向地向后延伸到鉆頭柄部，沖洗槽具有優(yōu)化的流體流動(dòng)路徑長度。優(yōu)化由于槽內(nèi)的流體流動(dòng)路徑長度(從頭部的軸向最前區(qū)域到在柄部的區(qū)域處的頭部的徑向外周界)沒有突脊或尖銳的角過渡部而實(shí)現(xiàn)，突脊或尖銳的角過渡部否則會(huì)影響流體流動(dòng)，且因此降低切割下來的碎片和細(xì)肩(其被夾帶在沖洗流體中)通過槽軸向向后流動(dòng)的效率。此外，經(jīng)由通路在沖洗槽內(nèi)出現(xiàn)的位置，本發(fā)明的鉆頭被優(yōu)化用以保護(hù)流體流動(dòng)通路的軸向最前區(qū)域免受巖面損壞。即，限定沖洗通路的出口孔(在前面附近)的環(huán)形前邊緣定位在每個(gè)相應(yīng)的沖洗槽的槽底區(qū)域處，使得該孔口邊緣被定位為從前面軸向向后，并且因此在切割期間遠(yuǎn)離巖面，以避免與巖石摩擦接觸過程中的損壞。因此，通路的出口孔的形狀輪廓在長時(shí)間使用之后被保留下來。因此，由通路輸送的流體的預(yù)期流動(dòng)通路保持不受鉆頭的使用的影響，特別是不受前面上的損壞或磨損的影響。
[0007]有利地是，沖洗槽具有流體流動(dòng)路徑，該流體流動(dòng)路徑大體上相對于鉆頭的軸線成凸形，并且其遠(yuǎn)離前面(相對于軸線)連續(xù)地向后傾斜，以促進(jìn)軸向向后流。因此，本發(fā)明的沖洗槽在流體流動(dòng)長度內(nèi)沒有任何區(qū)域可以被視為垂直于軸線，這否則會(huì)使流體流徑向向外偏轉(zhuǎn)。對現(xiàn)有的鉆頭構(gòu)造來說，這樣的布置結(jié)構(gòu)是常見的，且其具有通過當(dāng)顆粒和細(xì)肩從軸線徑向向外且從鉆頭表面軸向向后行進(jìn)時(shí)對顆粒和細(xì)肩提供障礙而中斷軸向向后流體流的效果。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種沖擊鑿巖鉆頭包括:頭部，所述頭部設(shè)置在伸長的柄部的一端處，所述柄部具有從所述柄部的一端朝向所述頭部軸向延伸的內(nèi)部鉆孔；所述頭部具有前面和多個(gè)軸頸段，所述多個(gè)軸頸段繞所述鉆頭的縱向軸線周向隔開且定位在所述前面的周界處，所述前面大體上是圓頂形的；設(shè)置在所述前面上的多個(gè)前切割球齒和設(shè)置在所述軸頸段上的多個(gè)保徑切割球齒；多個(gè)沖洗槽，所述多個(gè)沖洗槽在所述前面處沿從所述軸線徑向向外的方向延伸并且在軸向向后的方向上繼續(xù)，以限定并周向地分隔所述軸頸段，所述槽中的每個(gè)槽終止在所述柄部的附近處;至少一個(gè)流體通路，所述流體通路被連接到所述鉆孔且在所述沖洗槽中的至少一個(gè)沖洗槽內(nèi)在所述前面的附近作為孔口浮現(xiàn)，所述孔口在所述至少一個(gè)槽內(nèi)從所述前面軸向凹進(jìn);其特征在于:所述沖洗槽中的每一個(gè)沖洗槽的流動(dòng)路徑長度大體上在從所述前面到所述柄部的方向上相對于所述鉆頭的所述軸線成凸形;并且所述流動(dòng)路徑長度被對準(zhǔn)為從所述孔口的區(qū)域朝向所述柄部連續(xù)地軸向向后延伸，使得所述流動(dòng)路徑長度的任何部分都不垂直于所述鉆頭的所述軸線對準(zhǔn)，以便提供用于流體從所述孔口朝向所述柄部流動(dòng)的且在所述軸頸段之間的不受阻礙的軸向向后流動(dòng)路徑。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有的鉆頭相反，現(xiàn)有的鉆頭通常包括突脊、臺(tái)肩或相對尖銳的角過渡部，其垂直于每個(gè)槽的伸長主體長度對準(zhǔn)且被定位在大致徑向延伸的前面與大致軸向延伸的頭部的向后區(qū)域之間的過渡部處。因此，本發(fā)明有利于允許沖洗流體內(nèi)的進(jìn)入的巖石顆粒不受阻礙的軸向向后流。特別地，并且優(yōu)選地是，每個(gè)槽包括大體上定位在前面處的第一區(qū)域和大體上定位在每個(gè)軸頸段之間的第二區(qū)域，其中，第一和第二區(qū)域之間的過渡部是無縫的，并且沒有垂直于每個(gè)槽的流體流動(dòng)路徑對準(zhǔn)的任何突脊或邊緣。頭部的軸向向前區(qū)域和頭部的軸向向后區(qū)域之間的過渡區(qū)域已根據(jù)本發(fā)明被優(yōu)化，以具有引導(dǎo)或匯集流體軸向向后的效果并且不引導(dǎo)流體徑向向外流動(dòng)。因此，沖洗流體被保留在每個(gè)槽內(nèi)，并且這提供了切割下來的巖石碎塊的軸向向后運(yùn)輸?shù)膬?yōu)化，這則增加了鉆頭的穿進(jìn)速度，并且對于給定的深度，鉆鑿總時(shí)間因此而減少。
[0010]優(yōu)選地，每個(gè)槽軸向向前延伸超過每個(gè)孔口。這樣的布置結(jié)構(gòu)有利于捕捉在鉆頭的最前區(qū)域處的切割下來的巖石顆粒。
[0011]優(yōu)選地，在所述孔口的軸向前方且軸向后方的所述第一區(qū)域中的所述槽中的每個(gè)槽的所述流動(dòng)路徑長度的對準(zhǔn)角度基本上相同。每個(gè)槽在孔口的區(qū)域處的相對定位提供不受阻礙的流體流和高效的從槽的第一(軸向向前)端到第二 (軸向向后)端的巖石顆粒的運(yùn)輸。本發(fā)明的槽被構(gòu)造用以為流體流提供最小的破壞以及因此槽的區(qū)域處的巖石顆粒的不希望的‘聚集’或堆積，這否則可能阻礙軸向向后流。優(yōu)選地，在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的所述過渡部處，所述槽中的每個(gè)槽包括在所述流動(dòng)路徑長度中的相對于所述軸線的凸形彎曲。過渡區(qū)域處的曲率可以由圓的弧表示，所述圓具有單個(gè)半徑，其大約相應(yīng)于頭部和/或柱形柄部的半徑。
[0012]可選地，第一區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)路徑長度對準(zhǔn)成下傾，以便以相對于所述軸線成40至80°、45至65°或50至60°的范圍中的角度朝向所述軸線傾斜?？蛇x地，第二區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)路徑長度對準(zhǔn)成下傾，以便以相對于所述軸線成5至30°、10至25°或10至20°的范圍中的角度朝向所述軸線傾斜。傾斜角度對應(yīng)于穿過鉆頭的軸向橫截面，在軸線和每個(gè)槽的槽底區(qū)域之間延伸的角度。當(dāng)在將槽的槽底區(qū)域一分為二的軸向平面中穿過每個(gè)槽的橫截面看時(shí)，每個(gè)槽包括具有大致圓頂形輪廓的相對于軸線的大致凸形外形。限定每個(gè)槽的側(cè)壁可以繞軸線在周向方向上彎曲，使得垂直于槽的流動(dòng)路徑長度的槽的寬度可以按照大致V形或U形輪廓增加。這樣的布置結(jié)構(gòu)有利于保持槽內(nèi)流體流和優(yōu)化每個(gè)槽內(nèi)的顆粒的軸向向后流。
[0013]優(yōu)選地，前面大體上是圓頂形的，且沒有基本垂直于軸線對準(zhǔn)的區(qū)域。基本垂直于軸線對準(zhǔn)的這樣的區(qū)域否則可能顯著破壞巖石顆粒的軸向向后運(yùn)輸。
[0014]優(yōu)選地，每個(gè)軸頸段包括保徑球齒，且前面包括前球齒?？蛇x地，鉆頭包括三個(gè)前球齒和六個(gè)保徑球齒?？蛇x地，兩個(gè)保徑球齒被設(shè)置在每個(gè)軸頸段上且周向定位在每個(gè)槽之間。具有相同數(shù)量的槽和前球齒已被發(fā)現(xiàn)優(yōu)化了相對于破碎的顆粒被軸向向后運(yùn)輸?shù)乃俾实膸r石破碎速率。類似地，本發(fā)明包括相對于槽的數(shù)量兩倍數(shù)量的保徑球齒，以在不影響破碎的碎片材料軸向向后運(yùn)輸?shù)那闆r下優(yōu)化切割。
[0015]優(yōu)選地，每個(gè)槽的深度大體上從前面朝向柄部增加。槽深度被優(yōu)化以便提供朝向每個(gè)槽的軸向向后端的更大的容積，以便容納從保徑球齒的區(qū)域傳遞到槽的碎片顆粒的增加體積。再一次，這樣的布置結(jié)構(gòu)有利于優(yōu)化巖石顆粒的切割和沖洗。
[0016]優(yōu)選地，該裝置還包括溝槽，該溝槽在前面中軸向凹進(jìn)并且繞軸線周向地且垂直于槽延伸，其中每個(gè)孔口定位在溝槽的周向路徑上，使得在每個(gè)孔口附近，溝槽和每個(gè)槽的軸向深度基本上相同。溝槽為通路的每個(gè)孔口有效地提供凹進(jìn)區(qū)域。特別地，溝槽的徑向內(nèi)部部分地由臺(tái)肩限定，該臺(tái)肩的作用是偏轉(zhuǎn)和遮蔽環(huán)形邊緣(其限定孔口)不受巖面和碎片材料影響。
[0017]可選地，鉆頭包括三個(gè)流體通路和三個(gè)槽。因此，每個(gè)槽提供有它們各自的流體流?？梢岳斫?，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在沒有損害或不利于切割下來的材料的軸向向后運(yùn)輸?shù)那闆r下，考慮切割效率，前球齒、保徑球齒和槽的具體數(shù)量和構(gòu)造可以不同。
【附圖說明】
[0018]現(xiàn)在將僅通過舉例方式并參照附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例:
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例的沖擊鑿巖鉆頭的外部透視圖，該沖擊鑿巖鉆頭具有頭部和柄部，其中多個(gè)沖洗槽在頭部上延伸；
[0020]圖2是圖1的鉆頭的頭部的外部端面視圖；
[0021]圖3是圖1的鉆頭頭部的另一外部透視圖；
[0022 ]圖4是穿過圖1的沖擊鉆頭的軸向橫截面視圖；
[0023]圖5是圖4的鉆頭頭部的放大透視橫截面視圖；
[0024]圖6為圖4的鉆頭頭部的另一放大透視橫截面視圖。
[0025]本發(fā)明的
【具體實(shí)施方式】
[0026]參照圖1至3，沖擊鑿巖鉆頭包括鉆頭頭部100和從頭部100向后凸出的柄部101。頭部100和柄部101都以伸長的鉆頭軸線102為中心。頭部100包括多個(gè)硬質(zhì)切割刀片(此處稱為切割球齒)。特別地，球齒可被分類為前球齒(front button) 105和保徑球齒(gaugebutton) 106。頭部100大體上是具有頂點(diǎn)區(qū)域112的圓頂形，頂點(diǎn)區(qū)域112代表前面103的軸向最前區(qū)域，前面103代表頭部100的向前面向的表面。前面103形成角度，以從軸線102在向后方向上下傾(decline)，并且在其周界上通過多個(gè)軸頸段104定界。軸頸段104代表繞軸線102周向分布且大體上形成在頭部100和柄部101之間的結(jié)合部處的周界地帶。
[0027]前球齒105緊靠頂點(diǎn)112和軸線102位于前面103上。徑向外部的保徑球齒106設(shè)置在軸頸段104上。根據(jù)具體實(shí)施例，頭部100包括三個(gè)前球齒105和六個(gè)保徑球齒106，其中每個(gè)軸頸段104包括兩個(gè)保徑球齒106。前面103包含(encompasses)軸頸段104的向前面向的表面116并且大體上從頂點(diǎn)112到頭部周界邊緣115軸向向后連續(xù)地成錐形(taper)，頭部周界邊緣115代表頭部100的最大外徑。
[0028]總體上由附圖標(biāo)記107表示的多個(gè)沖洗槽被布置在頭部100上。第一槽區(qū)域109大體上從軸線102徑向向外延伸，并且第二槽區(qū)域110大體上從前面103且特別是頂點(diǎn)112軸向向后延伸。每個(gè)槽107凹進(jìn)到頭部100中，使得每個(gè)槽107的槽底區(qū)域117從前面103軸向向后凹進(jìn)。每個(gè)槽107進(jìn)一步由傾斜側(cè)面200限定，傾斜側(cè)面200提供從軸頸段表面116和槽底區(qū)域117的大致平穩(wěn)過渡。槽107包括如由壁面200和槽底區(qū)域117限定的大致V形的輪廓和構(gòu)造。該V形的輪廓大體上沿每個(gè)槽107的全部長度在頂點(diǎn)112的附近且在柄部101與頭部100之間的過渡區(qū)域113延伸。
[0029]鉆頭還包括位于前面103處且特別是位于每個(gè)槽107的槽底區(qū)域117處的多個(gè)孔口108。每個(gè)孔口 108由基本上圓形的邊緣114限定，所述圓形的邊緣114具有比切割球齒105、106的直徑小的直徑。根據(jù)具體實(shí)施例，鉆頭包括三個(gè)孔口 108，每個(gè)位于一個(gè)相應(yīng)的槽107內(nèi)且徑向定位在前球齒105和保徑球齒106之間。然而，孔口 108偏置地定位或被定位到延伸穿過前球齒105和保徑球齒106中的每一個(gè)的假想徑向輻條的一側(cè)。即，頭部100的從孔口108徑向向內(nèi)和徑向向外的區(qū)域分別沒有切割球齒105、106。
[0030]頭部100還包括在軸頸段104的外周界內(nèi)軸向延伸的多個(gè)通道111，通道111具有大約對應(yīng)于在頭部周界邊緣115和過渡區(qū)域113之間的軸向距離的軸向長度。根據(jù)具體實(shí)施例，頭部100包括三個(gè)通道111，分別定位于三個(gè)軸頸段104中的每一個(gè)上。根據(jù)具體實(shí)施例，通道111的(在徑向方向上)深度明顯小于槽107的對應(yīng)深度。此外，通道111不徑向向內(nèi)延伸超過軸頸段表面116和保徑球齒106。
[0031]參照圖3，每個(gè)槽107包括總體由附圖標(biāo)記300表示的主要長度，該主要長度被定向成沿徑向和軸向方向從頂點(diǎn)區(qū)域112延伸到過渡區(qū)域113。槽主要長度300表示流體流動(dòng)路徑長度，沖洗流體被構(gòu)造成在該流體流動(dòng)路徑長度上每個(gè)從孔口 108徑向向外且軸向向后從前面118朝向過渡區(qū)域113流動(dòng)(且隨后沿著柄部101軸向向后流動(dòng))。特別地，流動(dòng)路徑長度300包括第一區(qū)域300a，該第一區(qū)域300a大體上從頂點(diǎn)112徑向向外延伸到軸頸段104之間的區(qū)域。路徑長度然后在中間的彎曲區(qū)域300c處朝向中心軸線102回彎。槽107然后繼續(xù)在路徑長度第二區(qū)域300b處沿大致軸向向后方向在彎曲區(qū)域300c和過渡區(qū)域113之間延伸。因此，流體流動(dòng)路徑長度300在第一和第二區(qū)域300a、300b和彎曲的中間區(qū)域300c上連續(xù)地朝向軸線102下傾。此外，在區(qū)域300a、300b、300c處的路徑長度300沒有任何突脊、邊緣、尖銳的過渡部、臺(tái)肩或垂直或橫向于流體流動(dòng)路徑長度300對準(zhǔn)的其它障礙物，上述突脊、邊緣、尖銳的過渡部、臺(tái)肩或其它障礙物否則表示對從孔口 108流動(dòng)到過渡區(qū)域113的流體的障礙。這樣的布置結(jié)構(gòu)有利于優(yōu)化向后沖洗從巖面分離的巖石顆粒和細(xì)肩。目前的布置結(jié)構(gòu)還確保了流體與巖石顆粒被保留在槽107內(nèi)，并且不“泄漏(spill)”到前面區(qū)域103上。
[0032 ] 參照圖4和圖6，切割鉆頭包括縱向延伸的內(nèi)部中心鉆孔400。鉆孔400從柄部1I的一端401延伸，并通過多個(gè)流體流動(dòng)通路(passageray)402終止在頭部100處。通路402每個(gè)包括與鉆孔400流體連通地連接的第一端403和作為(如由邊緣114限定的)孔口 108終止在前面103處的第二端404。由于在前面103處的孔口 108的相對定位，每個(gè)通路402從軸線102徑向向外延伸。為了保護(hù)孔口邊緣114免受由于與巖面接觸而引起的損害，每個(gè)邊緣114通過定位在每個(gè)槽107的槽底區(qū)域117處而從前面103軸向向后凹進(jìn)。每個(gè)孔口 108被定位成相對于靠近過渡區(qū)域113軸向更接近頂點(diǎn)112。特別地，每個(gè)槽107包括定位在頂點(diǎn)112的附近處的第一端405和定位在過渡區(qū)域113附近處的第二端406。每個(gè)孔口 108被定位成相對于離槽的第二端406，離槽的第一端405相對較短的距離。
[0033]參照圖5，每個(gè)槽107包括由附圖標(biāo)記50 Ia和50 Ib表不的第一部分和由附圖標(biāo)記500表示的第二部分。中間的彎曲區(qū)域502軸向定位在第一區(qū)域501a、501b和第二區(qū)域500之間。第一槽區(qū)域501a、501b從槽第一端405連續(xù)下傾，以便軸向向后傾斜和相對于前面103凹進(jìn)。第一區(qū)域501a、501b可進(jìn)一步劃分為最內(nèi)部的區(qū)域501a和最外部的區(qū)域501b。區(qū)域501a在孔口 108和槽的端部405之間徑向延伸，而區(qū)域501b在孔口 108和彎曲區(qū)域502之間徑向延伸。內(nèi)部和外部區(qū)域501a、501b彼此以相同的下傾角度對準(zhǔn)，使得在每個(gè)區(qū)域501a、501b處的槽底區(qū)域117在孔口 108的每個(gè)徑向側(cè)處共面。槽底區(qū)域117然后在彎曲區(qū)域502上延伸，彎曲區(qū)域502表示從第一區(qū)域501a、501b到徑向外部(且大體上軸向延伸)的第二區(qū)域500的平穩(wěn)過渡部。彎曲區(qū)域502也對準(zhǔn)為朝向軸線102軸向向后連續(xù)地成錐形(taper)且沒有任何否則將垂直軸線102對準(zhǔn)的平臺(tái)部或肩部。如圖所示，每個(gè)槽107的深度大體上從第一端405到軸向延伸的第二區(qū)域500的附近增加。槽107的深度大體上沿著槽第二區(qū)域500在軸向向后方向上降低，以終止在第二端406處。
[0034]參照圖6，槽第一區(qū)域501a、501b相對于軸線102軸向向后傾斜的角度總體上由角度α表示。類似地，槽第二區(qū)域500相對于軸線102向后傾斜的角度總體上由角度β表示。根據(jù)具體實(shí)施例，角度α大致為55°并且角度β大致為15°。因此，徑向內(nèi)部的第一區(qū)域501a、501b比第二槽區(qū)域500軸向向后傾斜較小的角度，相比于第一區(qū)域501a、501b，第二槽區(qū)域500具有的流動(dòng)路徑長度在軸向方向上比在徑向方向上對準(zhǔn)得較多(aligned more)。如所示的，中間的彎曲區(qū)域502形成為平滑的過渡部，使得(在孔口 108和彎曲區(qū)域502之間徑向延伸的)區(qū)域501b在軸向向后方向上連續(xù)地傾斜。區(qū)域501b、502和500的具體形狀輪廓和構(gòu)造確保夾帶在沖洗流體內(nèi)的巖石顆粒和細(xì)肩被有效地從孔口 108運(yùn)輸?shù)姐@頭柄部101。這明顯地增加了旋轉(zhuǎn)時(shí)的鉆頭的穿進(jìn)速度，并且軸向向前切割通過碎裂的巖石材料的有效的軸向向后運(yùn)輸而得到優(yōu)化。具體地，使孔口邊緣114在槽底區(qū)域117處凹進(jìn)防止了對邊緣114的損害，以便保持在每個(gè)槽107內(nèi)的沖洗流體的期望輸送和流動(dòng)?？梢岳斫獾氖牵绻吘?14變得損壞或磨損從而畸形，則流體的輸送路徑將會(huì)被影響且沖洗性能下降。每個(gè)孔口 108徑向上在前球齒105和保徑球齒106的徑向位置中間的具體徑向定位進(jìn)一步優(yōu)化邊緣114在切割期間免受損害。通過徑向定位在前球齒105和保徑球齒106之間的大體周向延伸的溝槽(trench)118，邊緣114的保護(hù)進(jìn)一步提高。特別地，每個(gè)孔口 108位于每個(gè)溝槽118的槽底區(qū)域處。此外，大致周向延伸的肩部119限定溝槽118的徑向內(nèi)部區(qū)域，其具有通過將巖石碎片適當(dāng)?shù)仄D(zhuǎn)或引導(dǎo)到槽107中而為邊緣114提供屏障的效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種沖擊鑿巖鉆頭，包括: 頭部(100)，所述頭部(100)設(shè)置在伸長的柄部(101)的一端處，所述柄部(101)具有從所述柄部(101)的一端朝向所述頭部(100)軸向延伸的內(nèi)部鉆孔(400); 所述頭部(100)具有前面(103)和多個(gè)軸頸段(104)，所述多個(gè)軸頸段(104)繞所述鉆頭的縱向軸線(102)周向隔開且定位在所述前面(103)的周界(115)處，所述前面(103)大體上是圓頂形的； 設(shè)置在所述前面(103)上的多個(gè)前切割球齒(105)和設(shè)置在所述軸頸段(104)上的多個(gè)保徑切割球齒(106); 多個(gè)沖洗槽(107)，所述多個(gè)沖洗槽(107)在所述前面(103)處沿從所述軸線(102)徑向向外的方向延伸并且沿軸向向后的方向繼續(xù)，以限定并周向地分隔所述軸頸段(104)，所述槽(107)中的每個(gè)槽終止在所述柄部(101)的附近處； 至少一個(gè)流體通路(402)，所述流體通路(402)被連接到所述鉆孔(400)且在所述沖洗槽(107)中的至少一個(gè)沖洗槽內(nèi)在所述前面(103)的附近作為孔口(108)浮現(xiàn)，所述孔口(108)在所述至少一個(gè)槽(107)內(nèi)從所述前面(103)軸向凹進(jìn)； 其特征在于: 所述沖洗槽(107)中的每一個(gè)沖洗槽的流動(dòng)路徑長度(300)大體上在從所述前面(103)到所述柄部(101)的方向上相對于所述鉆頭的所述軸線(102)成凸形;并且 所述流動(dòng)路徑長度(300)被對準(zhǔn)為從所述孔口(108)的區(qū)域朝向所述柄部(101)連續(xù)地軸向向后延伸，使得所述流動(dòng)路徑長度(300)的任何部分都不垂直于所述鉆頭的所述軸線(102)對準(zhǔn)，以便提供用于流體從所述孔口(108)朝向所述柄部(101)流動(dòng)的且在所述軸頸段(104)之間流動(dòng)的不受阻礙的軸向向后流動(dòng)路徑。2.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其中，所述槽(107)中的每個(gè)槽包括大體上定位在所述前面(103)處的第一區(qū)域(501a、501b)和大體上定位在所述軸頸段(104)中的每個(gè)軸頸段之間的第二區(qū)域(500)，其中，所述第一區(qū)域(501a、501b)和所述第二區(qū)域(500)之間的過渡部(502)是無縫的并且沒有任何垂直于所述槽(107)中的每個(gè)槽的所述流體流動(dòng)路徑對準(zhǔn)的突脊或邊緣。3.如權(quán)利要求2所述的鉆頭，其中，所述槽(107)中的每個(gè)槽軸向向前延伸超過每個(gè)孔口(108)。4.如權(quán)利要求3所述的鉆頭，其中，在所述孔口(108)的軸向前方和軸向后方的所述第一區(qū)域(501a、501b)中的所述槽(107)中的每個(gè)槽的所述流動(dòng)路徑長度(300)的對準(zhǔn)角度基本上相同。5.如權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中，在所述第一區(qū)域(501a、501b)和所述第二區(qū)域(500)之間的所述過渡部(502)處，所述槽(107)中的每個(gè)槽包括在所述流動(dòng)路徑長度(300)中的相對于所述軸線(102)的凸形彎曲。6.如權(quán)利要求2至5中的任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中，所述第一區(qū)域(501a、501b)中的所述流動(dòng)路徑長度(300)對準(zhǔn)成下傾，以便以相對于所述軸線(102)成40°至80°的范圍中的角度(α)朝向所述軸線(102)傾斜。7.如權(quán)利要求2至6中的任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中，所述第二區(qū)域(500)中的所述流動(dòng)路徑長度(300)對準(zhǔn)成下傾，以便以相對于所述軸線(102)成5°至30°的范圍中的角度(β)朝向所述軸線(I 02)傾斜。8.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的鉆頭，其中，所述槽(107)中的每個(gè)槽包括軸向最前區(qū)域(501a)，所述軸向最前區(qū)域(501a)在所述前球齒(105)之間沿徑向和軸向的方向延伸。9.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的鉆頭，其中，每個(gè)槽(107)包括定位在所述前面(103)的軸向最前區(qū)域(112)的附近處的第一端(405)和定位在所述柄部(101)的附近處的第二端(406)，其中，所述孔口(108)被定位成相比靠近所述第二端(406)更靠近所述第一端(405)。10.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的鉆頭，其中，所述槽(107)中的每個(gè)槽包括在垂直于所述槽(107)中的每個(gè)槽的所述流動(dòng)路徑長度(300)的平面中的大致V形輪廓。11.如權(quán)利要求10所述的鉆頭，其中，所述槽(107)中的每個(gè)槽的深度大體上從所述前面(103)朝向所述柄部(101)增加。12.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的鉆頭，進(jìn)一步包括溝槽(118)，所述溝槽(118)在所述前面(103)中軸向凹進(jìn)且繞所述軸線(102)周向地并垂直于所述槽(107)延伸，每個(gè)孔口(108)被定位在所述溝槽(118)的周向路徑上，使得所述溝槽(118)和每個(gè)槽(107)在每個(gè)孔口(108)的附近處的軸向深度基本上相同。13.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的鉆頭，包括三個(gè)沖洗通路(402)和三個(gè)槽(107)。
【文檔編號(hào)】E21B10/40GK105917068SQ201480070830
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年12月15日
【發(fā)明人】安德烈亞斯·林德斯卡爾, 約翰·哈馬爾格倫
【申請人】山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司