[发明专利]减振抗磨减阻钻头

权利要求书

1.一种减振抗磨减阻钻头，其特征在于：包括钻头基体(1)、压力传递流道(2)、竖直滚针轴承(3)、压力收缩器(4)、竖直滚针轴承固定套(5)、轴承轴(6)、竖直滚针轴承弹簧(7)、连接杆(8)、水平滚针轴承(9)、压力扩张器(10)、水平滚针轴承弹簧(11)、水平滚针轴承固定套(12)、刀翼(13)、支撑块(14)、冲击头(15)、往复块(16)、密封圈(17)、限位环(18)、冲击头弹簧(19)、钻头流道(20)，压力传递流道(2)设置在钻头基体(1)内部，压力传递流道(2)连接钻头流道(20)和压力收缩器(4)，压力收缩器(4)通过螺纹与钻头基体(1)和刀翼(13)连接，压力收缩器(4)当受到钻井液的压力时会收缩，连接杆(8)实现了压力收缩器(4)与轴承轴(6)的连接，轴承轴(6)镶嵌在竖直滚针轴承(3)内部，竖直滚针轴承(3)始终处于竖直方向，可在竖直方向自由滚动，可有效减小钻头在井眼方向的运动阻力，竖直滚针轴承弹簧(7)两端分别与轴承轴(6)和钻头基体(1)连接，竖直滚针轴承弹簧(7)材料为55CrSiA，竖直滚针轴承弹簧(7)安装后处于压缩状态，当没有钻井液压力传递到压力收缩器(4)时，竖直滚针轴承弹簧(7)可使竖直滚针轴承(3)伸出刀翼(13)，将竖直滚针轴承(3)最外侧与井壁紧贴，压力扩张器(10)安装在钻头基体(1)和刀翼(13)内部，通过螺纹与钻头基体(1)和刀翼(13)连接，当受到钻井液压力时压力扩张器(10)会扩张，水平滚针轴承弹簧(11)两端分别与轴承轴(6)和钻头基体(1)连接，水平滚针轴承弹簧(11)材料为55CrSiA，水平滚针轴承弹簧(11)安装后处于拉伸状态，当没有钻井液压力传递到压力扩张器(10)时，在水平滚针轴承弹簧(11)的作用下，水平滚针轴承(9)收缩于刀翼(13)内部，水平滚针轴承(9)内部镶嵌轴承轴(6)，水平滚针轴承(9)始终处于水平方向，可在水平方向自由滚动，可降低钻头转动阻力，往复块(16)安装在刀翼(13)内部，往复块(16)通过流道与钻头流道(20)连接，往复块(16)下部连接冲击头(15)，往复块(16)外侧设置两道密封圈(17)，密封圈(17)为O型密封圈，可密封钻头流道内的钻井液，冲击头弹簧(19)上端连接往复块(16)，下端连接支撑块(14)，冲击头弹簧(19)安装后处于压缩状态，当钻井液压力施加到往复块(16)后，往复块(16)向下移动，冲击头弹簧(19)将受到压缩，冲击头弹簧(19)将钻井液的压能存储起来，冲击头弹簧(19)材料为1Cr18Ni9，限位环(18)安装在支撑块(14)上部，可控制往复块(16)的往复移动距离，可根据地层岩石的可钻性，设计相应的限位环(18)高度，实现对往复块(16)往复移动距离的控制，进而实现对冲击头(15)冲击行程大小的控制，冲击头(15)与往复块(16)的下端连接，冲击头(15)最下部为半球形冲击头，在钻井过程中，钻井液的压能和冲击头弹簧(19)的压缩能使冲击头(15)向下运动冲击地层，当钻头出现振动时冲击头(15)可通过冲击头弹簧(19)的作用，将钻头的振动能量吸收，与钻井液的压能相互制约，有效吸收钻头的振动，同时冲击头(15)可控制切削齿压入地层的深度，有效防止钻头的粘滑振动，较好的保护钻头和井下工具。

2.根据权利要求1所述的减振抗磨减阻钻头，其特征在于：钻头五个刀翼，竖直滚针轴承(3)安装在刀翼(13)的侧面，分别安装在D2、D4、D5三个刀翼(13)上，水平滚针轴承(9)安装在刀翼(13)的侧面，分别安装在D2、D4、D5三个刀翼(13)上，冲击头(15)安装在刀翼(13)底面，每个刀翼(13)上安装一个冲击头(15)，设置在切削齿的背部。

3.根据权利要求1所述的减振抗磨减阻钻头，其特征在于：竖直滚针轴承固定套(5)安装在竖直滚针轴承(3)的上下两侧，分为上下两个部分，安装时可分别安装，竖直滚针轴承固定套(5)可减小竖直滚针轴承(3)的磨损，同时实现对竖直滚针轴承(3)的导向，使竖直滚针轴承(3)始终处于竖直方向，水平滚针轴承固定套(12)安装在水平滚针轴承(9)的上下两侧，分为上下两个部分，安装时可分别安装，水平滚针轴承固定套(12)可减小水平滚针轴承(9)的磨损，同时实现对水平滚针轴承(9)的导向，使水平滚针轴承(9)始终处于水平方向。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的减振抗磨减阻钻头，其具体的操作步骤如下：

第一步：将减振抗磨减阻钻头安装在钻柱上，检查竖直滚针轴承(3)是否伸出刀翼(13)，水平滚针轴承(9)是否收缩于刀翼(13)中；

第二步：开始下钻，竖直滚针轴承(3)开始滚动，可有效的降低下钻过程中钻头受到的阻力；

第三步：钻头到达预定位置，开启泥浆泵，压力收缩器(4)在钻井液压力的作用下开始收缩，使竖直滚针轴承(3)收缩至刀翼(13)内，压力扩张器(10)开始扩张，水平滚针轴承(9)开始伸出刀翼(13)，与井壁紧贴，同时往复块(16)在钻井液压力的作用下，开始下移，直至冲击头(15)冲击岩石表面；

第四步：钻头开始旋转，并将钻压施加至设计值，水平滚针轴承(9)开始水平滚动，冲击头(15)开始往复冲击，可有效控制切削齿的切削深度，吸收钻头振动能量，减小钻头的振动，提高机械钻速，减小钻头转动阻力，消除钻头粘滑振动，有效保护钻头和井下工具；

第五步：到达设计井深起钻时，停止泥浆泵，水平滚针轴承(9)在水平滚针轴承弹簧(11)的作用下，开始收缩至刀翼(13)内，竖直滚针轴承(3)在竖直滚针轴承弹簧(7)的作用下，开始伸出刀翼(13)，与井壁紧贴，可降低钻头的运动阻力。