[发明专利]组合旋转钻头

说明书

本发明的技术领域

本发明总的涉及在地面钻孔用的旋转钻头，特别涉及具有整体式钻头体和固定在该钻头体上一个或一个以上的支承臂的钻头。

本发明的技术背景

各种类型的旋转钻头或凿岩钻头可用来在地面上钻孔。这种凿岩钻头的例子包括用来钻探油井和气井的滚动锥形钻头或旋转锥形钻头。一种典型的滚动锥形钻头包括一钻头体，该钻头体具有可与一钻头套管连接的上端。若干支承臂(通常是三个)悬置在钻头体的下端上，且各支承臂具有相对钻头体设定的旋转轴线径向向内和向下突出的心轴。

通常的滚动锥形钻头一般由三个分段组成。这些分段可用在各分段之间的焊接槽纵向地定位在一起。然后利用普通技术将它们互相焊接而形成钻头体。各分段还包括一自钻头体延伸的、相关的支承臂。一扩大的腔室或通道形成于该钻头体内，以接受来自钻头套管的钻探流体。名称为“用于焊接凿岩钻头的定位系统”的美国专利第4,054,772号公布了一种用三个单独分段制造三锥形旋转凿岩钻头的方法和装置。本申请将在许多方面参考使用美国专利第4,054,772号。

切削锥形头部安装在各心轴上，并由一轴承可转动地支承，而该轴承安装在心轴和在切削锥形头部内的心轴接纳腔室的内侧之间。在钻头体下侧靠近支承臂处可形成有一个或几个喷嘴。设置这些喷嘴通常是为了能使来自钻头套管的钻探流体通过钻头体流向正在形成的钻孔的底部。通过钻头套管提供的钻探流体具有以下功能：冲走从钻孔底部钻下来的东西，清洗切削锥形头部，以及携带这些切削物径向向外、然后在钻头体外侧和钻孔壁之间形成的环形空间内向上移动。名称为“具有多排有效范围、用于坚硬结构的旋转凿岩钻头”的美国专利第4,056,153号和名称为“凿岩钻头”的美国专利第4,280,571号公布了若干普通的滚动锥形钻头的例子，这些钻头带有安装在从支承臂突出的心轴上的切削锥形组件。本申请将在许多方面参考使用美国专利第4,056,153号和美国专利第4,280,571号。

在使用这种旋转或凿岩钻头钻探时，切削物或其它形式的碎屑可能因受约束的流体流动的布局而聚集在井底。这种受约束的流体流动布局的例子包括：钻头体的下部靠近各支承臂，在钻头体外侧和相邻的钻孔壁之间的环形空间。受约束的流体流动的其它区域还可能包括各切削锥形头部的后面和钻孔的壁。这种碎屑聚集的结果是，流体流动的区域减小了，而流动通过该区域的流体速度增加了，从而冲蚀相邻的金属零件。经过长期冲蚀，诸如轴承和密封圈之类的重要零件可能暴露在钻探流体和井内碎屑之下，从而可能导致相关的凿岩钻头过早地失效。

本发明的简要说明

按照本发明，与上述凿岩钻头和旋转锥形钻头有关的缺陷和问题基本上可解决或限制。本发明的一个方面包括一整体式的或单一的钻头体，它在钻探过程中环绕相关的旋转钻头的外侧提供增加的流体流动，而增加的流体流动从钻孔底部将切削物和其它碎屑带到井面上。钻头体靠近相关的支承臂的下部较佳的是包括一中凸的外表面，它能够消除在与各支承臂相关的切削锥形组件上方的切削物和/或钻探流体的停滞。钻头体的中凸表面和在支承臂之间的空间促使切削物和任何其它的碎屑从切削锥形组件向外朝向钻孔壁移动，然后向上通过在钻孔壁和相关的钻头套管之间形成的环形空间。

本发明的另一个方面包括一旋转锥形钻头，它具有一整体式钻头体，该钻头体带有至少三个支承臂，而该支承臂位于形成于钻头体外侧的槽内。支承臂和与其相关的槽较佳的是可以选择，以使得支承臂厚度的主要部分可位于相关的槽内。

本发明的再一个方面包括一旋转锥形钻头，它具有整体式钻头体，而至少一个支承臂置于形成于钻头体外侧的槽内。支承臂相对延伸通过它的纵向轴线可以具有基本对称的形状，以及一带有心轴的内侧面，而该心轴自内侧面向内和向下突出，以便将切削锥形组件安装在相关的心轴上。支承臂还包括一上表面，一尾翼面，以及一底缘。内侧面和尾翼面较佳的是在底缘处相交。在有些用途里，各支承臂从其上表面到其底缘的长度可以选择，使其至少是支承臂宽度的三倍。