專利名稱：用于沖擊式巖鉆的鉆頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求I的前序部分所述的用于沖擊式巖鉆的鉆頭。
背景技術：
圖I中示出根據(jù)權利要求I的前序部分構造的先前已知的沖擊式巖鉆用鉆頭。在例如 WO 2004/003334A1 (以及 US 2002/074797、US2008/304904 或 WO 01/38685)中公開了這ー類型的鉆頭。該已知的鉆頭I包括-鉆頭頭部2；-裙部3 ；
-凹部4，該凹部4從裙部3的后端朝向鉆頭頭部2軸向延伸穿過裙部3，且該凹部設有內(nèi)部陰螺紋5，用于連接到鉆桿7的相應的外部陽螺紋6 ;以及-用于抵靠鉆桿的端表面9的撞擊表面8,該撞擊表面8形成在凹部的底部處并且垂直于鉆頭的縱向軸線延伸。凹部4的在陰螺紋5的內(nèi)端和撞擊表面8之間的部分寬于陰螺紋，從而在陰螺紋的內(nèi)端處提供螺紋空隙10。US 3258077A和US 3258284A中的每個公開了具有肩部支座的鉆頭。JP 8151885A公開了在撞擊表面附近具有局部増加的鉆頭直徑的鉆頭，權利要求I的前序部分正是基于JP 8151885A。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)上述類型的鉆頭的進ー步發(fā)展，從而提供一種在至少ー些方面得以改進的鉆頭。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權利要求I所限定的特征的鉆頭來實現(xiàn)。本發(fā)明的鉆頭包括-鉆頭頭部；-裙部，該裙部具有第一端和相反的第二端，該裙部在所述第一端處連接到鉆頭頭部;-凹部，所述凹部從裙部的第二端朝向裙部的第一端軸向延伸穿過裙部，且所述凹部設有內(nèi)部的、圓柱形陰螺紋，用于連接到鉆桿的相應的外部的、圓柱形陽螺紋；以及-用于抵靠鉆桿的端表面的撞擊表面，該撞擊表面形成在凹部的底部處并且垂直于鉆頭的縱向軸線延伸。根據(jù)本發(fā)明，撞擊表面和凹部的部分(此處陰螺紋具有其完整螺紋輪廓)之間的凹部的每個橫截面的橫截面面積小于在凹部的部分(此處陰螺紋具有其完整螺紋輪廓)處的凹部的橫截面的橫截面面積。因此，本發(fā)明的鉆頭缺少在陰螺紋的內(nèi)端和撞擊表面之間的加寬的螺紋空隙。這種螺紋空隙將在裙部壁的圍繞該螺紋空隙的部分中導致與裙部壁的圍繞陰螺紋的部分相比減小的裙部壁厚度。裙部壁的這一部分將構成鉆頭處的減弱部分或破裂區(qū)域FZ(見圖1)，其中所述部分具有減小的厚度并且因此具有減小的裙部壁橫截面面積。本發(fā)明正是基于以下實現(xiàn)能夠通過省掉在陰螺紋的內(nèi)端與撞擊表面之間的螺紋間隙而提高鉆頭強度。已經(jīng)測量到，與根據(jù)上述現(xiàn)有技術的相應的鉆頭相比，根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的強度提高了 18%。在沒有螺紋間隙的情況下，鉆頭的凹部可以被形成為使得撞擊表面與陰螺紋具有其完整螺紋輪廓的凹部的部分之間的凹部的每個橫截面的橫截面面積小于陰螺紋具有其完整螺紋輪廓的凹部的部分處的凹部的橫截面的橫截面面積。由此，沒有在裙部的位于撞擊表面與陰螺紋之間延伸的部分中引入具有降低強度的點。在本說明書及所附的權利要求書中，措辭“凹部的橫截面”指垂直于鉆頭的縱向軸線橫穿凹部的截面。根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的其它優(yōu)點以及有利特征將在以下描述和所附權利要求書中呈現(xiàn)。


下面是參照附圖的作為實例引用的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具體描述。附圖中圖I是根據(jù)現(xiàn)有技術的連接到鉆桿的鉆頭的局部剖切側(cè)視圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的鉆頭的局部剖切側(cè)視圖，以及圖3是根據(jù)圖2的連接到鉆桿的鉆頭的局部剖切側(cè)視圖。
具體實施例方式圖2和3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的沖擊式巖鉆用鉆頭20。該鉆頭20包括鉆頭頭部21,該鉆頭頭部20在其如ゑ而設有巖石切害I]構件22、23。在所不出的實施例中，巖石切割構件由前球齒22和外圍球齒23形式的硬質(zhì)合金嵌入件構成。在其后端處，鉆頭頭部21連接到裙部24。在一件合適的金屬材料諸如例如鋼中形成鉆頭頭部21和裙部24。裙部24具有第一端24a和相反的第二端24b，裙部通過所述第一端24a連接到鉆頭頭部21。凹部25從裙部的第二端24b朝裙部的第一端24a軸向延伸穿過裙部24。該凹部25設有內(nèi)部的、圓柱形陰螺紋26，用于連接到設置在鉆桿30的端部處的相應的外部的、圓柱形陽螺紋36。陰螺紋和陽螺紋可以具有任何常規(guī)的螺紋形式，諸如圓螺紋或梯形螺紋。圖中所示的螺紋形式是圓螺紋。在凹部25的底部處形成有用于抵靠鉆桿30的端表面37的撞擊表面27。該撞擊表面27垂直于鉆頭20的縱向軸線延伸。凹部25適當?shù)卦陉幮蛨A螺紋26的外端與裙部24的第二端24b之間設有一個或更多個無螺紋的圓柱形表面28，如圖2和3所示。凹部25通過多個延伸穿過鉆頭頭部的沖洗通道29與鉆頭頭部21的前端流體連通。當鉆頭20連接到鉆桿30，且鉆頭的陰螺紋26與鉆桿36的陽螺紋嚙合并且鉆頭的撞擊表面27抵靠鉆桿的端表面37時(如圖3所示)，鉆頭的沖洗通道29與沿鉆桿的中心軸線軸向延伸穿過鉆桿的沖洗通道(未示出)流體連通。沿凹部的部分(此處螺紋26具有其完整螺紋輪廓)的凹部25的每個橫截面都具有一個且相同的橫截面面積。措辭“完整螺紋輪廓”能夠被定義為沿整個螺紋長度的大部分存在的輪廓。在凹部25中，陰螺紋26的內(nèi)端與撞擊表面27之間不設置螺紋空隙，并且撞擊表面27和凹部的部分(此處陰螺紋26具有其完整螺紋輪廓)之間的凹部25的每個橫截面的橫截面面積小于在凹部25的所述部分(此處陰螺紋26具有其完整螺紋輪廓)處的凹部25的橫截面的橫截面面積。凹部25在其底部處具有最小橫截面面積，并且撞擊表面27限定凹部25的最小徑向橫截面面積。因此，撞擊表面27的面積小于位于撞擊表面27與裙部24的第二端24b之間的凹部25的任何橫截面的橫截面面積。還能夠在圖2中看到的是，凹部25的橫截面面積從陰螺紋26的內(nèi)端到撞擊表面27逐漸減小。凹部25的徑向橫截面面積從撞擊表面27 —直到凹部的部分(此處陰螺紋26具有其完整螺紋輪廓)沿凹部連續(xù)增加。撞擊表面27和凹部的部分(此處陰螺紋26具有其完整螺紋輪廓)的內(nèi)端之間的軸向距離優(yōu)選為8-12mm，這意味著當從軸向方向觀看時，凹部的部分(此處陰螺紋26具有其完整螺紋輪廓)從與撞擊表面27相距8-12mm處開始。在凹部的陰螺紋具有其完整螺紋輪廓的部分處，從鉆頭20的縱向軸線A到陰螺紋 26的螺紋底部的最深點的徑向距離Ro，即陰螺紋的最大半徑優(yōu)選等于或小于18. 5mm。優(yōu)選地，陰螺紋26有2. 8-3. 2個具有完整螺紋輪廓的螺紋圈。圖2中以虛線示出假想圓柱C。該假想圓柱C具有的直徑Do使得其包絡表面沿凹部的陰螺紋26具有其完整螺紋輪廓的部分觸及陰螺紋的螺紋底部的最深點。由此，Do=2XRo0所述假想圓柱C的直徑Do優(yōu)選等于或小于37mm，并且滿足以下條件I. 3<=L/Do<=l. 6其中，L是從撞擊表面27至凹部的部分(陰螺紋26具有其完整螺紋輪廓)的外端的軸向距離。在延伸穿過撞擊表面27的橫截平面Pl與上述假想圓柱C的包絡表面之間形成環(huán)形材料區(qū)域MZ。該環(huán)形材料區(qū)域MZ在某一軸向橫截面處形成了這樣一區(qū)域，該區(qū)域在朝著陰螺紋具有其完整螺紋輪廓的位置漸縮。鉆頭20用于沖擊式巖鉆，并且鉆頭20通過ー個或多個鉆桿30連接到頂錘裝置。相比于根據(jù)上述現(xiàn)有技術的鉆頭，通過根據(jù)本發(fā)明的鉆頭20，能夠提供更長的陰螺紋26，并且由此在鉆頭20的陰螺紋26與鉆桿30的相應的陽螺紋36之間提供更長的接觸表面，而不增加從撞擊表面27至凹部的部分(此處陰螺紋26具有其完整螺紋輪廓)的外端的軸向距離し此外，由于能夠在不必考慮裙部的內(nèi)端處的任何破裂區(qū)域的情況下設計裙部24的壁，因而將更加可能修改用于移除巖屑的空間同時維持裙部足夠堅固，或者增加裙部24的強度。目前所要求保護的鉆頭La.解決了脆弱裙部的問題，即，通過提高壁厚度而不影響鉆頭的外側(cè)而解決了脆弱裙部的問題。應注意的是，根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的陰螺紋26是圓柱形螺紋而不是在用于旋轉(zhuǎn)式石油鉆探的鉆管或鉆探管道中的錐形螺紋類型。當然，本發(fā)明不以任何方式限于上述實施例。相反的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明的諸如在所附權利要求書中所限定的基本理念的情況下，本發(fā)明的修改的多種可能性是明顯的。本申請要求歐洲專利申請No. 10161383. 4的優(yōu)先權，其公開內(nèi)容以參考方式并入本文。
權利要求
1.一種用于沖擊式巖鉆的鉆頭，所述鉆頭(20)包括 _鉆頭頭部(21)； -裙部(24)，所述裙部(24)具有第一端和相反的第二端，且所述裙部在所述第一端處連接到所述鉆頭頭部； -凹部(25)，所述凹部(25)從所述裙部的第二端(24b)朝所述裙部的第一端(24a)軸向延伸穿過所述裙部(24)，且所述凹部設有內(nèi)部的、圓柱形陰螺紋(26)，用于連接到鉆桿的相應的外部的、圓柱形陽螺紋；以及 -撞擊表面(27 )，所述撞擊表面(27 )抵靠于所述鉆桿的端表面，且所述撞擊表面(27 )形成在所述凹部(25)的底部處并垂直于所述鉆頭的縱向軸線(A)延伸， 其特征在于，所述撞擊表面(27)和所述陰螺紋(26)具有其完整螺紋輪廓的所述凹部的部分之間的所述凹部(25)的每個橫截面的橫截面面積小于在所述陰螺紋具有其完整螺紋輪廓的所述凹部的部分處的所述凹部(25)的橫截面的橫截面面積。
2.根據(jù)權利要求I所述的鉆頭，其特征在于，所述撞擊表面(27)限定所述凹部(25)的最小徑向橫截面面積。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的鉆頭，其特征在于，所述凹部(25)的徑向橫截面面積從所述撞擊表面(27) —直到所述陰螺紋(26)具有其完整螺紋輪廓的所述凹部的部分沿所述凹部連續(xù)地增加。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的鉆頭，其特征在于，在包含所述撞擊表面(27)的橫截平面(Pl)與假想圓柱(C)的包絡表面之間形成有環(huán)形材料區(qū)域(MZ)，所述假想圓柱(C)具有的直徑(Do)使得所述假想圓柱(C)的包絡表面沿所述陰螺紋(26)具有其完整螺紋輪廓的所述凹部的部分觸及所述陰螺紋的螺紋底部的最深點。
5.根據(jù)權利要求4所述的鉆頭，其特征在于，所述假想圓柱(C)的直徑(Do)等于或小于37_，同時滿足以下條件I.3<=L/Do<=l. 6 其中，Do是所述假想圓柱(C)的直徑，并且L是從所述撞擊表面(27)至所述陰螺紋(26)具有其完整螺紋輪廓的所述凹部的部分的外端的軸向距離。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的鉆頭，其特征在于，所述撞擊表面(27)與所述陰螺紋(26)具有其完整螺紋輪廓的所述凹部的部分的內(nèi)端之間的軸向距離是8-12mm。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的鉆頭，其特征在于，在所述陰螺紋具有其完整輪廓的所述凹部的部分處，從所述鉆頭(20)的縱向軸線(A)至所述陰螺紋(26)的螺紋底部的最深點的徑向距離(Ro)等于或小于18. 5mm。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的鉆頭，其特征在于，所述陰螺紋(26)的具有完整螺紋輪廓的螺紋圈數(shù)是2. 8-3. 2。
9.根據(jù)權利要求1-8中任一項所述的鉆頭，其特征在于，在所述陰螺紋(26)與所述裙部(24)的所述第二端(24b)之間，所述凹部(25)設有至少一個無螺紋圓柱形表面(28)。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的鉆頭，其特征在于，在所述鉆頭頭部(21)的前端處設有前球齒(22)和外圍球齒(23)形式的巖石切割構件。
11.根據(jù)權利要求1-10中任一項所述的鉆頭，其特征在于，所述凹部(25)通過一個或多個延伸穿過所述鉆頭頭部的沖洗通道(29)與所述鉆頭頭部(21)的前端流體連通。
12.根據(jù)權利要求1-11中任一項所述的鉆頭，其特征在于，所述陰螺紋(26)是圓螺紋或梯形螺紋。
13.根據(jù)權利要求1-12中任一項所述的鉆頭用于沖擊式巖鉆的用途，其中，所述鉆頭(20)通過一個或多個鉆桿(30)連接到頂錘裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于沖擊式巖鉆的鉆頭，該鉆頭包括鉆頭頭部(21)；裙部(24)，該裙部(24)具有第一端和相反的第二端，且該裙部在所述第一端處連接到鉆頭頭部；凹部(25)，該凹部(25)從裙部的第二端朝裙部的第一端軸向延伸穿過裙部，且該凹部設有內(nèi)部的、圓柱形陰螺紋(26)；以及在凹部的底部處的撞擊表面(27)。撞擊表面與陰螺紋具有完整螺紋輪廓的凹部的部分之間的凹部(25)的每個橫截面的橫截面面積小于在陰螺紋具有完整螺紋輪廓的凹部的部分處的凹部的橫截面的橫截面面積。
文檔編號E21B17/042GK102859110SQ201180020689
公開日2013年1月2日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權日2010年4月29日
發(fā)明者博·卡爾斯特倫, 延斯·松丁, 蘇珊·萊永 申請人:山特維克知識產(chǎn)權股份有限公司