具有整体稳定装置的回转圆锥钻头 【技术领域】
本发明一般地涉及用于井下钻孔的回转圆锥钻头领域，具体涉及一种具有一整体稳定装置和一形成在每个支承臂的外部的成角度斜面的回转圆锥钻头。
【发明背景】
可采用各种类型的回转钻头或凿岩钻头以在井下形成一钻孔。这种凿岩钻头的例子包括油井或天然气井中采用的滚子圆锥钻头或回转圆锥钻头。一典型的滚子圆锥钻头包括一具有一适于与一钻柱连接的上端的钻头体。从该钻头体的下端部垂挂有多个支承臂，一般为三个，每个臂均具有一相对于钻头体的一回转轴线向内和向下径向突出的主轴。
传统的滚子圆锥钻头一般由三部分组成。这些部分可通过每个部分之间的焊接沟槽沿轴向一起定位。然后采用传统技术将这些部分相互焊接以形成钻头体。每个部分也包括一从该钻头体延伸地相关的支承臂。钻头体中通常形成一扩大的孔或通道，以容置从钻柱来的钻削液体。题为“凿岩钻头焊接用定位系统”的美国专利号4054772揭示了一种用于由三个单独部分制造一三圆锥回转凿岩钻头的方法和装置。在本申请的所有目的方面均结合并参考了美国专利号4054772。
通常将一个刀具圆锥体安装在每个主轴上并可转动地支承在作用在该主轴与该刀具圆锥体的主轴容置孔的内侧之间的轴承上。靠近支承臂的钻头体的下侧可形成一个或多个喷嘴。这些喷嘴一般设置成将从钻柱经钻头体向下流过的钻削液体引向所形成的孔的底部。钻削流体通常由钻柱提供，以实现若干功能，包括将从孔的底部移去的材料冲走，清洁刀具圆锥体，以及携带钻粉径向向外然后向上运行在钻头体外部与孔壁之间限定的环路内。题为“用于很硬岩层的具有多排镀层的回转凿岩钻头”的美国专利号4056153和题为“凿岩钻头”的美国专利号4280571揭示了具有安装在从支承臂突出的主轴上的刀具圆锥组件的传统滚子圆锥钻头的一些例子。在本申请的所有目的方面均结合并参考了美国专利号4056153和美国专利号4280571。
在用回转圆锥钻头和凿岩钻头钻削的过程中，钻头附件的流体流动是非常紊乱的。在相关钻柱的外部与钻孔侧壁之间的环路中的流体流动也是非常紊乱和不均匀的。这些与相关钻柱的转动和振动一起的流体流动的变动常常需要稳定钻孔内的钻柱和钻头。以往曾采用各种类型的稳定装置和/或对中装置作为井下钻孔组件的零件。一些应用实例中，一稳定装置可以是装在钻头上方的钻柱上的一单独的部件。在另一些应用实例中，则在钻头原先制造和销售后已将稳定装置衬垫或凸耳焊接在钻头外部。例如，安全修整装置(Security Dresser)公司已开发了稳定装置衬垫或凸耳，以在环境恶劣的井下钻孔应用过程中提供额外的钻头稳定性和下摆部的保护。这些稳定装置衬垫通常在对引起相关钻头侧向负载和因下摆部磨损、磨耗和/摩擦增加造成相关的钻头过早损坏的水平和方向性井孔的钻孔过程中最为有效。这些稳定装置衬垫或凸耳通常作为一单独部件制造并通过焊接装在一所选择的钻头的外部。可作为部分稳定装置衬垫或凸耳包括锥度表面钨硬质合金镶入件，以进一步增强磨损、磨耗和/摩擦阻力。
本发明概况
本发明的目的在于大大减少或消除现有凿岩钻头和回转圆锥钻头存在的缺点和问题。在一个实施例中，本发明包括一支承臂和刀具圆锥体组件，该组件提供围绕一相关回转圆锥钻头外部的增强的流体流动，以从钻孔底部将钻粉和其它碎石移到钻井表面。一稳定装置衬垫或凸耳最好作为每个支承臂的外表面的一整体部分形成。
本发明在技术方面的优点包括：一稳定装置衬垫或凸耳作为每个支承臂的一整体部分提供，从而无需作为一额外的部件在钻头上方的钻柱和相关的螺纹连接件中增加一稳定装置。按照本发明教导形成的整体式稳定装置衬垫不存在与过去采用焊接工艺如堆焊或在钻头制造后将一单独衬垫焊到每个支承臂上制造的钻头上增加凸耳或衬垫相关的开裂和/或磨损问题。
本发明并能在将支承臂装到其相应的钻头体上之前作为支承臂的一整体部分制造稳定装置衬垫。作为本发明的一个结果，可在将支承臂与其相关的钻头体装配之前将压制件和/或镶入件装入整体式稳定装置衬垫和/或加在稳定装置衬垫外部的表面耐磨堆焊材料内。另外，稳定装置衬垫也可通过在相关的钻头装配后用一个或多个孔容置安装的镶入件来制造。
本发明的一个方面包括制造每个具有一稳定装置衬垫或凸耳的支承臂，并在支承臂与相关的钻头体固定之前将表面耐磨堆焊加到稳定装置衬垫外部，以使相应支承臂的磨损、磨耗和/摩擦为最小。稳定装置衬垫作为相应支承臂的一整体部分形成可对各种结构如螺旋形或直线形进行选择以使相应钻头的性能为最优化。同时，也可在每个支承臂的外部形成多个整体的稳定装置衬垫。
本发明能使整体的稳定装置衬垫在相应支承臂外部的设置最优化，而不会损坏内部零件如润滑液槽或轴承密封件。与将稳定装置衬垫装在一事先制造好的钻头上相关的焊接技术往往限制将单独的稳定装置衬垫装在钻头外部的适当位置。因此，可对在钻头装配之前作为每个支承臂的一整体部分来制造稳定装置衬垫加以最优化，而无需考虑对于其它零件的潜在的热损坏。
本发明的另一方面包括在每个支承臂的外部表面提供一斜面。该斜面最好以一角度形成，以使该斜面的顶表面总体上由支承臂的前缘向上倾斜至后缘。该斜面具有一预定厚度，以在支承臂的外表面与斜面上方的钻孔侧壁之间提供一间隙。
按照本发明的教导，稳定装置衬垫和斜面两者均整体形成在每个支承臂的外部。该稳定装置衬垫和斜面两者最好相互偏置以有助于流体、岩究和其它碎石由钻孔底部流动到该钻孔侧壁与相关的钻柱外部之间形成的环路内。
本发明在技术方面的进一步的优点包括：提供一整体的稳定装置衬垫和相关斜面，以将围绕相关的回转刀具圆锥体的紊乱的流体流动从钻头上方的环路中分开，故进入该环路中的岩粉和其它碎石不被向刀具圆锥体拉回。由于流体由相关喷嘴中排出和刀具圆锥体的旋涡作用，斜面下方的流体流动是紊乱的多方向的。该稳定装置衬垫上方的流体流动较少紊乱并单方向向上。
整体的稳定装置衬垫和相关斜面两者的外侧尺寸最好与用于钻孔的所需半径大致相等。这样就大大减少或消除了钻削过程中相关钻头在钻孔底部处的振动和横向运动。通过将稳定装置衬垫和相关斜面两者作为每个支承臂的整体部件形成，可对其相应尺寸(厚度、长度、宽度、以及外部半径)最优化以增强回转圆锥钻头的钻削性能。本发明能大大改善质量控制并大大减少尺寸公差方面的偏差。稳定装置衬垫和斜面与钻头体的其它部件配合可将钻头处的流体流分开成为两个大致独立的区域。
本发明在技术方面的其它优点包括：消除了与传统的回转圆锥钻头相关的锻造喷嘴凸起部，其结果是围绕钻头外部的环形流动面积增加。增加的环形流动面积与每个支承臂上的整体式稳定装置衬垫和斜面相结合，可提供钻粉和其它钻孔碎石从钻孔底部向钻井表面的增强的流体流动。增加钻头外部与钻孔侧壁之间的环形面积在操纵相关钻柱和钻头时可大大减少侧壁的划痕和刻痕。侧壁的划痕和刻痕在方向性和/或延伸达到的水平钻削应用中是很重要的。对于某些井下钻孔来说，则可增加每个支承臂的长度，以提供两个或多个整体式稳定装置衬垫，以得到更大的钻孔稳定性。
由采用本发明的各种教导的钻头获得的进一步的技术方面的优点还包括：改善井下钻孔的清洁工作，较高的流体流动速率能力，减少钻头绕球问题，并通过消除操纵相关钻头时井孔侧壁的“划痕”或刻痕而使井下钻孔性能更为一致均匀并减少方向性钻孔问题。
在钻头体的下部或拱形部与相关的刀具圆锥组件之间提供的开放区域与一具有一表面耐磨堆焊层的成角度的下摆斜面和一增强的流体流返回区域结合，用于防止钻粉堆积并大大减少钻头各个部件的磨损、磨耗和/摩擦。作为一个结果，大大延长了密封寿命，并增加了对于相关钻头的井下钻孔时间。已经显示，按照本发明教导的钻头具有更长的井下钻孔使用寿命，更高的钻探速率(ROP)以及更低的总钻削成本。
附图简单说明
以下结合附图进行说明，以期对本发明及其优点有更完全的理解，图中以相同的标号表示相同的特征，其中：
图1为装在配置在一钻孔中的钻柱的一端的一具有本发明特征的回转圆锥钻头的局部断开的纵剖面示意图；
图2为示出一具有按照本发明的整体式稳定装置衬垫和斜面的支承臂和刀具圆锥组件的立体图；
图3为一放大的局部断开的纵剖面图，示出图2的支承臂外表面上的整体式稳定装置衬垫和斜面，该支承臂带有额外的镶入件或压制件以减少由井下流体流动的磨损和摩擦；
图4为局部断开的剖面图，示出构成本发明一实施例的一整块钻头体、支承臂和刀具圆锥体组件；
图5为图4所示钻头体的一端面视图；
图6为示出一具有包括两个整体式稳定装置衬垫的本发明又一实施例的支承臂的正视图。
本发明具体描述
对本发明及其优点的理解最好通过参照图1至6，各图中对相应的零件采用同样的标号。
图1为总的以20表示的本发明的回转圆锥钻头的立体示意图。如图所示，钻头20装在被配置在钻孔24中的钻柱22上。钻柱22与钻孔24的侧壁28之间形成有环路26。除回转的钻头20外，钻柱22用来作为一将钻削流体和其它流体从井表面连通到钻孔24的底部处的导管。也可将这些这些流体从钻柱22经钻头体32流动到装在钻头20涉及的各个喷嘴30。在钻孔24的底部处的由钻头20形成的切屑和其它碎石将与从一个或多个喷嘴30流出的钻削流体混合并经环路26回到井表面。
如图1、4和5所示，钻头20最好包括一整块或单一的钻头体32。钻头体32包括一具有适于将钻头20与钻柱22的下端固定的螺纹连接部36。最好将三个支承臂50装在与螺纹连接部36相对的钻头体32上并并由此纵向延伸。图1中仅示出两个支承臂50和刀具圆锥体组件90。
每个支承臂50最好包括连接到相应的支承臂50的内表面并由此延伸的主轴52。刀具圆锥体组件90被可转动地安装在相应的主轴52上，这些主轴通常从每个支承臂50向下和向内延伸。本发明的一个重要特征包括能在将支承臂50装到钻头体32上之前将斜面120和稳定装置衬垫140作为每个支承臂50的外表面54的一整体零件。
题为“具有增强的流体返回区域的凿岩钻头”的美国专利号5439067和题为“组件式回转钻头”的美国专利号5439068提供了满足本发明使用的有关单一式钻头体、支承臂和刀具圆锥体组件的制造和装配的另外的信息。这两个专利通过为所有目的参考而被结合在本申请中。
钻头体32包括具有一形成在其上的总的凸外表面40的下部38。下部38有时可以是一拱形。凸表面40的尺寸和刀具圆锥体组件90相对于下部38的位置可通过调节支承臂50的长度和每个支承臂在钻头体32外部的间隔加以改变。最好将一个或多个喷嘴30形成在钻头体32的下部38内，以将钻削流体从井表面经钻柱22供至钻头20，以移去由钻头20产生的钻粉和其它井下钻孔碎石。喷嘴30的数量及其在钻头体32内的位置可根据所要进行的井下钻孔应用情况改变。
带有碎石的钻削流体通常将在凸表面40与钻孔24的底部之间径向向外流动，然后并通常经环路26向上朝向井表面流动。对于如图1-5所示的本发明的实施例，钻头体32包括三个喷嘴30及其相关的流体流动通道，这些将在下面具体描述。
将喷嘴30及其相关的流体流动通道形成在单一的钻头体32内可免于在钻头体32外部形成带有传统钻头的喷嘴凸起部的需要。按照本发明的教导将喷嘴30形成在单一的钻头体32内的一个结果是钻头20的外部与钻孔24的侧壁之间的流体流动面积大大增大。同时，喷嘴30的位置提供一对于钻头体32的相对光滑的外部表面，从而在操纵钻柱22和钻头20进出钻孔24时使侧壁28的划痕和/或刻痕最小。对于水平或高度偏斜的钻孔，侧壁28的划痕和/或刻痕需特别注意。
如图1、2和4所示，每个刀具圆锥体组件90包括沟槽92和突出的镶入件94，这些镶入件因受钻柱22加到钻头20上的重量和回转动作的影响而对钻孔24的侧面和底面进行刮削和凿挖。沟槽92和镶入件94对于每个刀具圆锥体组件90的位置均可改变以提供所需的井下钻孔动作。可满意地用于本发明的其它类型的刀具圆锥体组件包括但不限于具有轧制齿的刀具圆锥体组件，以替代镶入件94。在每个刀具圆锥体组件90的规准面表面98中配置有多个表面压坯96。镶入件94和表面压坯96可在制造井下钻头的同时由各种类型的硬质材料形成。
斜面120和稳定装置衬垫140作为按照本发明的每个支承臂50的整体部分形成在外表面54上，以将钻头20稳定在钻孔24内，并有助于将带有碎石的钻削流体从钻孔24的底部流动到井表面。斜面120和稳定装置衬垫140最好从每个支承臂50径向伸出一大约等于钻孔24所需半径的距离。
在一个应用例中，斜面120的外表面130和稳定装置衬垫140的外表面142被从钻孔24的侧壁28分开大约0.03英寸的名义距离。因此，根据具体的井下钻孔条件，可出现斜面120和/或稳定装置衬垫140的外部与侧壁28的相邻部分之间的接触。出于示意的目的，在图1中示出的外表面130和142与侧壁28之间的间隙相对较大。斜面120和稳定装置衬垫140均可由镶入件和/或表面耐磨堆焊加以保护，这在下面将具体描述。
稳定装置衬垫140最好与相关的斜面120纵向隔开以在每个支承臂50与钻孔24的侧壁28之间形成流体流动沟槽144。诸流体流动沟槽144相互配合以将紊乱的流体流和钻粉从钻孔24的底部向上引入环路26。将稳定装置衬垫140与斜面120结合的好处之一是使刀具圆锥体组件90附件的紊乱流体在钻孔24的底部处与支承臂50上方的环路26中的通常向上的流体流动增加分离。对于某些井下钻孔应用例而言，在支承臂50的外表面54上只需要稳定装置衬垫140。而对于另一些应用例则只需要斜面120。
如图1、2和3所示，斜面120是通过多个镶入件134和表面耐磨堆焊层136加以保护的。镶入件134配置在靠近顶表面126的斜面120上。表面耐磨堆焊层136则配置在下摆部56的下缘。表面耐磨堆焊层136例如可包括碳化钨或其它用于防止磨损、磨耗和摩擦的适当材料。
如图1、2和3所示，稳定装置衬垫140也可通过多个刀片镶入件和配置在外表面142上的表面压坯146加以保护。除镶入件146外，也可在外表面142上进行各种类型的表面耐磨堆焊。通过一开始就将支承臂50作为一与钻头体32和刀具圆锥体组件90分开的部件来制造，可采用各种结构和制造技术以形成斜面120和/或稳定装置衬垫140，这些技术不适合于在传统的回转圆锥钻头的外部形成相同类型的斜面和/或稳定装置衬垫。
如图2和3所示，每个支承臂50包括前缘122和配置在外表面54的相对侧的后缘124。钻柱22最好将回转圆锥钻头20转到右面以形成钻孔24，而此时钻削流体从喷嘴30朝向刀具圆锥体90喷射。因此，前缘122处的斜面120将从钻孔24的底部拾取钻粉和流体。流体和钻粉在沟槽144内朝向每个支承臂50的后缘124沿顶表面126运动，并朝向井表面向上流入环路26。流体流动沟槽144部分地是由斜面120的顶表面126、稳定装置衬垫140的底表面148以及配置在斜面20与衬垫140之间的外表面部54限定的。
斜面120的顶表面126和稳定装置衬垫140的底表面148一般地最好从前缘122沿支承臂50的外表面54向上倾斜到后缘124。顶表面126和底表面148可包括一平表面、一凹表面或任何有助于将钻粉和其它碎石从钻孔24中移去的其它结构。
最好如放大的图3所示，顶表面126和底表面148包括具有如128和150所示的相应预定曲率半径的凹表面。顶表面126和底表面148由外表面54径向延伸。如将喷嘴30配置在靠近钻头体32的中心，则顶表面126和底表面148也可在支承臂50上更低地配置。最好在支承臂50上具有尽可能低的到沟槽144的入口，以有助于移去钻粉和其它碎石。斜面120和稳定装置衬垫140的厚度可加以选择，以将相应的外表面130和142设置在与钻孔24的侧壁28一所需距离处。
斜面120和稳定装置衬垫140最好被形成为每个支承臂50的外表面54的整体部分。对于某些应用例，可通过对一块适当大小的原料进行加工将斜面120和稳定装置衬垫150形成为支承臂50的一个整体部分。也可在支承臂50的锻制过程中将斜面120和稳定装置衬垫140形成为支承臂50的一个整体部分。支承臂50锻制后，可进一步对斜面120和稳定装置衬垫140进行加工，以限定其所需尺寸和形状，包括顶表面126和底表面148的坡度。
斜面120和稳定装置衬垫140的坡度和结构可在不脱离本发明教导的情况下加以改变。例如，斜面120和稳定装置衬垫140从前缘122沿外表面54到后缘124可具有直线坡度。此外，斜面120和稳定装置衬垫140可具有横跨外表面54的非单一的坡度。
对于某些应用例而言，最好是在靠近用于沟槽144的开口的前缘122上安装一个或多个镶入件146。如图3所示，镶入件146也可装在顶表面126和底表面148内。因此，镶入件146相互配合，以使与靠近前缘122和流动沟槽144的表面126和148的磨损、磨耗和摩擦为最小。各种类型的镶入件或压坯均可满意地用作镶入件146。这些镶入件包括但并不限定于碳化钨镶入件、多晶体金刚石镶入件或能与井下钻孔环境适应的其它适当的硬质材料。
如图1和4所示，钻头体32包括配置在上部34与下部38之间的中间部42。纵向轴线或中心轴线44穿过钻头体32并通常与用于转动钻头20的伸出轴线相对应。中间部42最好具有一通常为圆柱形的结构。其外部形成有凹坑46并相互沿径向隔开。凹坑46的数目选择为与装在其上的支承臂50的数目相当。中间部42外部的凹坑46之间的间隔选择为与支承臂50与其相关的刀具圆锥体组件90之间所需的间隔相当。也可改变凹坑46的位置以相对于中心轴线44和用于转动钻头20的伸出轴线提供用于刀具圆锥体组件90的任何所需的偏置量。
每个支承臂50具有一在其中穿过延伸的纵向轴线72。支承臂50最好被安装在其凹坑46中，而其相应的纵向轴线72则相互对准平行，并与相关钻头体32的纵向轴线44对准平行。对于一个应用例而言，每个支承臂50的一部分最好通过形成在每个凹坑46的外部或周边与相关的支承臂50的邻近部分之间的一系列焊接点(未明确示出)被焊接在其相关的凹坑内。靠近钻头体32外部的每个凹坑46的周边可加以修改，以提供焊接表面和/或焊接沟槽，而有助于将每个支承臂50装在其相关的凹坑46中。
图4是示出钻头体32、一个支承臂50及其相关的刀具圆锥体组件90之间关系的一分解图。最好以一大致相同的方式将每个刀具圆锥体组件90设计并可回转地安装在其相关的主轴52上。最好以一大致相同的方式将每个支承臂50设计并可回转地安装在其相关的凹坑46中。因此，将仅对一个支承臂50及其相关的刀具圆锥体组件90进行说明，而这些说明适用于其它的支承臂50及其相关的刀具圆锥体组件90。
支承臂50相对于纵向轴线72具有一大致成直角的结构。根据沿可装入按照本发明教导的支承臂50的其它特征的相关凹坑46、斜面120和稳定装置衬垫140的结构，支承臂50在垂直于纵向轴线72方向可具有各种横截面。支承臂50包括顶表面74、内表面76、底缘78和外表面54。支承臂50还包括最好与纵向轴线72大致平行延伸的侧面84和86。
本发明的各种特征可结合为部分内表面76、外表面54以及侧面84和86。每个支承臂50的各种尺寸被选择为与相关的凹坑46一致。如图1和4所示，每个支承臂50的一部分包括有顶端或顶表面74和与侧面84和86一起延伸的内表面76的相邻部分的尺寸为可装入相关的凹坑46内。
可根据需要修改内表面76，以提供本发明的各种特征。内表面76的结构大致可在顶表面74与底缘78之间改变。同样，相对于侧面84和86内表面76的结构也可根据相关的凹坑的结构改变。内表面76和外表面54在支承臂50的底缘78处邻接。靠近底缘78形成的外表面54部分常常被称为下摆部56。斜面120也被称为下摆斜面。
对于本发明的一个实施例，系在每个支承臂50的内表面76中形成第一开口75和第二开口77。在每个凹坑46的背壁64上可形成第一柱桩53和第二柱桩55。柱桩53和55从每个背壁64径向延伸以分别与第一开口75和第二开口77配合而将每个支承臂50定位于与其相关的凹坑46内。对于一些应用例来说，第一开口75最好包括一从顶表面74延伸且尺寸制成将第一柱桩53容置在内的纵向槽。第二开口77最好具有一圆形结构以将第二柱桩55容置在内。柱桩53和55以及开口75和77可利用来在焊接前将每个支承臂50定位在其相关的凹坑46内。
主轴52最好相对于支承臂50的纵向轴线72和钻头体20的伸出的旋转轴线向下和向内成角度。主轴52的这个朝向使刀具圆锥体组件90的外部在钻削过程中与钻孔24的侧面和底面接合。对于某些应用例来说，将每个支承臂50及其带有刀具圆锥体组件90的相关的主轴52设置成与钻头20的伸出的旋转轴线成一偏置量。通过在钻头体32的外部以与钻头体32的纵向轴线44成相应偏置量形成相关的凹坑46，可容易地获得所需的偏置量。该偏置量可从零到5或6度(6°)或沿钻头20回转方向0-1.5英寸范围内变化。
每个刀具圆锥体组件90包括带有一由此伸出的一圆锥形外壳或刀尖106的基底部108。对于某些应用例来说，基底部108包括沿与外壳106的角度相反方向最好成角度的截头圆锥状规准表面98。基底部108还包括可配置在邻近相关支承臂50的内侧76的部分的背面112。基底部108最好还包括带有由此延伸有腔114的开口110。腔114延伸通过基底部108并进入刀尖部106。选择开口110和腔114的尺寸，以能将每个刀具圆锥体组件90安装到其相应的主轴52上。可将一个或多个轴承组件116安装在主轴52上并配置在腔114内的轴承比与主轴52的环形轴承表面81之间。可采用一传统的轴承保持系统118将刀具圆锥体组件90安装到主轴52上。
如图4所示，钻头体32的上部34内可形成放大的空穴57。顶部34设置有开口58以连接钻柱22与空穴57之间的流体。空穴57最好具有一从开口58延伸到钻头体32的中间部42的中间位置的通常为均匀的内径。对于某些应用例来说，空穴57可相对于钻头体32的纵向轴线44同心地形成。空穴57和开口58提供一相对大的流体腔，该流体腔对于从钻柱22进入钻头20的流体流动的阻力极小。
在空穴57与钻头体32的下部38上的凸表面40之间延伸的钻头体32中可形成一个或多个流体通道62。在每个靠近凸表面40的流体通道62中均设置有开口61。每个开口61内最好设置多个凹槽63，以能在每个流体通道62内安装各种类型的喷嘴或喷嘴镶入件30。并可设置另外的部件(未示)如一扣环和/或O形环密封件，以将每个喷嘴镶件30装入凹槽63内。空穴57与通道62相互配合以在刀具圆锥体组件90处提供改善的流体流动和增强的清洁效率。
各种技术已可供货，用于令人满意地将每个喷嘴30安装在其相关的开口61内。对于某些应用例来说，喷嘴30可由碳化钨或其它合适材料形成，以阻止与穿过流动的流体的磨损。在靠近开口61的钻头体32中还可设置一个或多个通路口(未示)，以使锁紧螺丝或销和/或塞焊(未示)能将喷嘴30固定在凹槽63内。
喷嘴30最好包括一个或多个出口小孔59。喷嘴30可配置在每个流体通道62中，以对从空穴57穿过相应的流体通道62和相关的喷嘴30到钻头体32的外部的流体流动进行调节。对于一些应用例来说，可选择每个流体通道62的长度和直径，以在空穴57与相应的喷嘴30之间提供层流。本发明能形成直径具有大于以往传统回转圆锥钻头的流体通道62。从钻柱22经空穴57和通道62的大内径的直线通道减少了紊流和涡流，从而大大减少了喷嘴30的磨损或冲蚀，同时对于高流体流动速率阻力很小。
本发明的一个重要特征包括在钻头体32内改变流体通道62和相关的喷嘴30的位置而不影响凹坑46和相关的支承臂50的位置的能力。对于一些应用例来说，喷嘴30在井孔24的直径内侧的一位置处最好设置成在相关的刀具圆锥体组件90之间引导钻削流体流。现有技术的回转圆锥钻头往往在钻孔的规准直径处引导钻削流体流动，其结果是迫使大量的钻粉从外侧直径径向向内流到钻孔中心。这种不希望的钻粉的向内流动轨迹需要相关的刀具圆锥体组件重新钻削相同的钻粉，故效率大大降低。由设置喷嘴30以在从井孔24的外径向内的一径向间隔位置处引导流体流动而产生的流体流动图形使每个刀具圆锥体组件90上的驱动排的刀片镶入件94更好地清洁，并引导更多的钻粉由刀具圆锥体组件90径向向外及向上流动。将喷嘴30的位置向内朝钻头体32的中心线44移动将更好地从孔24的底部冲洗钻粉和其它碎石。其结果是改善钻粉的移去和使井孔24的底部处更好的清洁。回转圆锥钻头20的效率和穿通速率(ROP)将大大改善。
图5示出钻头体32的底部38，该钻头体具有三个凹坑46和三个用于围绕钻头体32的周边彼此径向隔开的相关流体通道62的开口61。对于图5所示的具体例子，流体通道62和相关开口61大致为相互隔开120°。以相似的方式将每个轴承凹坑46从相邻的凹坑54径向大致相互隔开120°。
图6为示出按照本发明教导设计的支承臂250的部分断开的放大图。支承臂250比前述的支承臂50长，以容置作为外表面254的一整体部分形成的第一稳定装置衬垫240和第二稳定装置衬垫260。可将多个镶入件或表面压制件146安装在相应的外表面242和262上。
如前所述，稳定装置衬垫50、240和260最好作为相应的支承臂50和250的一整体部分制造。对于某些应用例来说，可将稳定装置衬垫50、240和260制造成仅具有开口以容置相应的镶入件146，而镶入件146在最初制造和装配相关的回转圆周钻头过程中并不安装。由于在最初制造过程中并不安装镶入件146，可在使用相关的回转圆锥钻头之前磨去或改变一钻井位置处的一个或多个衬垫的结构形状。也可将由各种类型的材料制成的镶入件146安装在该钻井现场位置处以适应于采用相关的回转圆锥钻头的具体井下钻孔环境。
斜面222最好被形成为靠近下摆部256的支承臂220的外表面254的一整体部分。斜面220包括从前缘222延伸到后缘224以有助于从孔的底部冲洗钻粉和其它碎石的顶表面226。槽或沟槽228可作为前缘222的一部分形成，以有助于将钻粉、碎石和其它流体从下摆部56的下缘向上引导到斜面220的顶表面226。
除第一稳定装置衬垫240和第二稳定装置衬垫260外，在外表面254的一比支承臂50的表面耐磨堆焊层136大得多的部分形成表面耐磨堆焊层232。如图6所示，表面耐磨堆焊层236遍布与下摆部256相应的大部分外表面254。表面耐磨堆焊层236最好罩复斜面220的顶表面226。同时。表面耐磨堆焊层236延伸到斜面220的顶表面226与第一稳定装置衬垫240的底表面248之间的流体流动沟槽244内。
第一稳定装置衬垫240最好与斜面220纵向隔开，以在其间形成流体流动沟槽224。流体流动沟槽244的两侧面部分地由斜面220的顶表面226与第一稳定装置衬垫240的底表面268限定。如前所述，配置在底表面268与顶表面226之间的外表面254部最好用表面耐磨堆焊层236罩复。
第二稳定装置衬垫260最好与第一稳定装置衬垫240斜面220纵向隔开，以在支承臂250的外表面254上形成第二流体流动沟槽264。流体流动沟槽264的两侧面部分地由稳定装置衬垫240的顶表面241与稳定装置衬垫260的低表面268限定。如前所述，将稳定装置衬垫240和260作为支承臂250的整体部分形成的一个重要优点包括对这些部件的尺寸和结构加以改变以使相关的回转圆锥钻头的井下钻孔性能最优化的能力。
尽管已对本发明及其优点作了具体描述，应当理解，可在不脱离如权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种变化、替代和更改。例如，斜面可不沿一支承臂的整个宽度延伸。