[实用新型]钻头

说明书

技术领域

这里描述的实用新型主要涉及用于地下挖掘的钻头。

背景技术

用于地下挖掘的传统钻头通常是具有通常圆形截面的长形结构，该长形结构包括三个主要部分：第一，存在与被挖掘材料接触的切削面。这通常包括多个切削元件，它们对着被切削材料的运动致使物质被切削或挖出。第二，存在连接装置，其通常位于钻头上与切削面相对的端部，以把钻头连接到通常为旋转钻柱的运动源上。第三，所谓的保径区域(gauge region)，其位于切削面和连接装置之间，其目的是接触被钻的孔的侧面以稳定钻头的运动。保径区域通常没有切削元件并具有与被钻的孔的尺寸类似的直径。保径区域在它的表面也提供有通道以允许切削材料和钻井流体从切削面移走。保径区域包括线性锥形，也就是已经使用了保径区域的直径与从切削面的距离成比例变化的结构，因此保径区域通常为截头圆锥形。

在特定的环境中，期望钻头被转向(steer)以便它在要求的方向沿一曲线路径前行。在这种情况下，保径区域的部分表面被压紧在钻孔的壁上。这是主要的问题，因为这不但导致钻头变得不稳定，而且也导致能量浪费在不必要地剥蚀钻孔壁和/或保径区域的所述表面。因为保径区域的表面也通常没有切削元件，(但是可以具有硬化的耐磨物质或覆盖物)这意味着它与钻孔壁的冲击将导致大量磨损。

本实用新型设法改善以上描述的缺点。

实用新型内容

按照实用新型的一方面，提供用于转向钻井的钻头，其包括：具有轴线的主体，在工作时该主体围绕轴线旋转；切削面，在工作时，其在被切削的材料表面上运动致使该材料被挖出或刮落；用于把钻头连接到旋转运动源的连接装置，所述连接装置也能在钻头上施加力，以便其切削面被推压在被切削的材料上；和保径区域，其具有大体上以旋转轴线为中心的圆形的截面，位于所述切削面和所述连接装置中间，所述大体上圆形的截面的直径至少在其部分长度上以从切削面的距离的函数按照非比例方式变化。

优选地，保径区域没有切削元件。这导致钻头稳定性增加。

有利地，保径区域被形成为具有连续的表面。这允许保径区域简单的整体结构。

期望地，保径平行于旋转轴线的轮廓是弯曲的。

有利地，保径平行于旋转轴线的轮廓包括至少一个凹形的区域。

作为选择，保径平行于旋转轴线的轮廓包括至少一个凸形的区域。

作为进一步的选择，保径平行于旋转轴线的轮廓既包括凹形又包括凸形区域。

作为选择，保径区域被形成为至少三个盘，该三个盘连接到主体上并沿着旋转轴线间隔开，在所述盘之间存在凹痕部分。由于保径区域的表面面积减少，使得钻头的重量减少并有利于钻头摩擦力的减少。

在保径区域由多个盘形成的情况下，至少一个盘的在工作时接触钻孔壁的表面基本为平的并且与旋转轴线成一角度是期望的。这使得盘形成复杂的轮廓。

作为选择，在保径区域由多个盘形成的情况下，至少一个盘的在工作时接触钻孔壁的表面是弯曲的。这使得盘形成几乎任何轮廓。

优选地，在保径区域由多个盘形成的情况下，盘的直径和/或表面形状被选择以便尽量模拟一连续表面的轮廓。

期望地，在工作时与钻孔壁接触的保径区域表面的平行于旋转轴线的轮廓被选择为匹配产生的钻孔的曲率，同时把钻头用作定向钻井系统的一部分。

有利地，至少所述保径环之一的直径可以改变。这种改变或者通过在钻头工作时机械地进行或者通过当钻头没有用于钻进时替换至少一个盘而得到促进。这将允许钻头工作特性的变化，包括但不限于在钻进时钻头最有效的钻孔路径曲率。

优选地，在工作时与钻孔壁接触的保径区域一个表面或多个表面包括通道，以允许离开切削面的切削材料的通过。这有助于方便切削材料从切削面的离开并使得其能够从钻孔抽出。在保径区域由多个盘形成的情况下，通道确保盘之间的空隙不会被碎屑堵塞。

附图说明

该实用新型通过示例的方式参照附图进一步描述，其中：

图1A-1B示出用于控制钻井中的钻头的现有技术的两个单独的例子的侧视图。

图2A-2C示出本实用新型的三个独立的实施例的侧视图。

图3示出本实用新型的另一个实施例的侧视图，包括保径区域的多个环。

图4示出本实用新型的其它实施例的侧视图，包括保径区域的多个环。

图5示出本实用新型的又一实施例的视侧图，包括保径区域的多个环。

图6-8是本实用新型的实施例中的轮廓的示意图。

具体实施方式