具有減振和定心功能的pdc復(fù)合片鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，包括鉆頭本體，所述鉆頭本體上設(shè)置有若干個(gè)刀翼，每一個(gè)刀翼上均設(shè)置有若干顆主切削齒，所述刀翼上均設(shè)置有若干顆R齒，R齒設(shè)置在兩個(gè)相鄰刀翼上的主切削齒之間，每一顆R齒與其同一刀翼上靠近該R齒的主切削齒設(shè)置在同一圓周運(yùn)動(dòng)軌跡上，每一顆R齒的中心線與其對(duì)應(yīng)的刀翼上的插入孔處的鉆頭表面呈15°至25°的后傾角，且該R齒的頂面朝向該主切削齒；所述鉆頭本體的頂端中心處設(shè)置有定心錐，定心錐的中心線和鉆頭本體的中心線重合，定心錐設(shè)置在刀翼構(gòu)成的區(qū)域中心處。該鉆頭能夠同時(shí)降低鉆頭的軸向、周向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)鉆進(jìn)，提高鉆進(jìn)效率。
【專利說明】具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油鉆探領(lǐng)域，具體地，涉及具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]將聚晶金剛石薄層附著粘結(jié)在硬質(zhì)合金襯底上的復(fù)合材料稱金剛石復(fù)合片，代號(hào)為roc。金剛石復(fù)合片兼有金剛石聚晶的極高耐磨性和硬質(zhì)合金的高抗沖擊，并且金剛石層能始終保持銳利的切削刃，因而在石油和地質(zhì)鉆探中的軟至中硬地層使用，效果非常好。石油鉆探工程中，鉆井的深度一般是在2千米至4千米，由于井深、鉆桿長、鉆桿的剛性很低，當(dāng)?shù)刭|(zhì)巖性不均勻時(shí)，鉆具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)會(huì)造成很大的軸向振動(dòng)、周向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，這種振動(dòng)對(duì)鉆探工程影響很大:其一，鉆具的機(jī)械振動(dòng)很容易造成鉆頭、鉆桿等機(jī)具的破壞；其二，由于機(jī)械振動(dòng)，鉆頭的定心性差，會(huì)造成井孔擴(kuò)大，失圓，為后期工程增加難度；其三，由于機(jī)械振動(dòng)會(huì)降低鉆進(jìn)速度，影響進(jìn)尺，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鉆井失敗；其四，由于鉆具的機(jī)械振動(dòng)，井孔擴(kuò)大，增加能量消耗，因此減少鉆具振動(dòng)是鉆探工程中一個(gè)重要的問題。
[0003]專利號(hào)為“ 201320519785.4”的中國專利公開了 一種強(qiáng)錐PDC減振提速鉆頭，主要包括鉆頭體、噴嘴、PDC切削齒、強(qiáng)錐、主刀翼和副刀翼，主刀翼為2-4個(gè)均布，副刀翼為3-4個(gè)均布，強(qiáng)錐為獨(dú)立一個(gè)切削齒，位于鉆頭體中心或者是中心無齒區(qū)域內(nèi)的其它位置，PDC切削齒為單排或者雙排布置，該鉆頭通過設(shè)置強(qiáng)錐齒能夠在井眼中心產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，提聞井眼中心區(qū)域的破巖效率，大大提聞了鉆頭的機(jī)械鉆速；此外強(qiáng)維F1DC鉆頭能夠減少鉆頭振動(dòng)，尤其能夠大幅減少其橫向振動(dòng)，從而可大幅延長鉆頭壽命，對(duì)井下工具也有保護(hù)作用。在該技術(shù)中，僅僅是通過強(qiáng)錐來進(jìn)行定位，這種結(jié)構(gòu)具有一定的減少鉆頭振動(dòng)功能，但是鉆頭的鉆探過程其受到的振動(dòng)很大，僅僅是設(shè)置了強(qiáng)錐來作用，其減振效果不是很好，尤其是軸向振動(dòng)和周向振動(dòng)，強(qiáng)錐幾乎沒有起到作用。
[0004]專利號(hào)為“200920286357.5”的中國專利公開了一種新型PDC鉆頭，包括鉆頭體、噴嘴、若干燒結(jié)在鉆頭體上的刀翼、在刀翼上焊接有復(fù)合片，復(fù)合片由三種切削齒=PDC切削齒、規(guī)徑切削齒和保徑切削齒組成，所述PDC鉆頭還包括減振節(jié)，減振節(jié)焊接于每個(gè)刀翼上面，所述減振節(jié)位于規(guī)徑切削齒之后。本鉆頭能夠抵抗軸向的振動(dòng)與沖擊，保護(hù)鉆頭I3DC切削齒。但這種鉆頭在對(duì)鉆探過程中對(duì)于橫向振動(dòng)和周向振動(dòng)幾乎沒有起到約束作用，使得鉆頭在鉆探時(shí)井孔會(huì)擴(kuò)大，增加能量消耗。
[0005]專利號(hào)為“200320104368.X”的中國專利公開了一種多功能金剛石孕鑲齒保護(hù)復(fù)合片鉆頭，包括刀翼、水眼、水道，刀翼上設(shè)置有聚金剛石復(fù)合片，在刀翼上還設(shè)置有多功能孕鑲齒，該多功能孕鑲齒與鉆頭成一體結(jié)構(gòu)。這種鉆頭減振充分、耐磨損，使用壽命長。這種鉆頭在鉆探過程中對(duì)于受到的橫向振動(dòng)和周向振動(dòng)不能進(jìn)行減振，導(dǎo)致鉆探時(shí)產(chǎn)生晃動(dòng)，使得井孔的尺寸會(huì)擴(kuò)大，增加能量消耗。
實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型克服現(xiàn)有鉆頭存在鉆頭產(chǎn)生一種或者多種軸向振動(dòng)、周向振動(dòng)或橫向振動(dòng)情況的問題，設(shè)計(jì)了一種具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，該鉆頭能夠同時(shí)降低鉆頭的軸向、周向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)鉆進(jìn)，提高鉆進(jìn)效率。
[0007]本實(shí)用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，包括鉆頭本體，所述鉆頭本體上設(shè)置有若干個(gè)刀翼，每一個(gè)刀翼上均設(shè)置有若干顆主切削齒，所述刀翼上均設(shè)置有若干顆R齒，R齒設(shè)置在兩個(gè)相鄰刀翼上的主切削齒之間，每一顆R齒與其同一刀翼上靠近該R齒的主切削齒設(shè)置在同一圓周運(yùn)動(dòng)軌跡上，每一顆R齒的中心線與其對(duì)應(yīng)的刀翼上的插入孔處的鉆頭表面呈15°至25°的夾角，且該R齒的頂面朝向該主切削齒；所述鉆頭本體的頂端中心處設(shè)置有定心錐，定心錐的中心線和鉆頭本體的中心線重合，定心錐設(shè)置在刀翼構(gòu)成的區(qū)域中心處。通常主切削齒在同一個(gè)刀翼上呈與刀翼弧度一致的軌跡安裝，同樣的，同一個(gè)刀翼上的R齒之間的連線也是呈相同的弧度安裝，這樣當(dāng)主切削齒在巖層中切出溝槽時(shí)，R齒正好處在溝槽之內(nèi)運(yùn)動(dòng)，一方面R齒可加深溝槽的切削，另一方面R齒受到溝槽的約束，可以起扶持作用，減少了鉆頭的軸向和橫向振動(dòng)。定心錐在鉆進(jìn)過程中，錐形復(fù)合片齒頂住后吃入巖層，對(duì)鉆頭起到良好的定位作用，以此減少了鉆頭的橫向振動(dòng)，通過以上結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了周邊約束和中心約束，大大降低了鉆頭在鉆進(jìn)過程中的多向橫向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)鉆進(jìn)。通過R齒和定心錐的共同作用，能夠同時(shí)降低鉆頭的軸向、周向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)鉆進(jìn)，提高鉆進(jìn)效率。
[0008]R齒的頂端比設(shè)置在同一圓周運(yùn)動(dòng)軌跡中的主切削齒的頂端低0.5mm至1.5mm。由于切削時(shí)主切削齒是作為主要與巖層進(jìn)行切削的部件，R齒是作為可加深溝槽的切削，另一方面R齒受到溝槽的約束，可以起扶持作用，減少了鉆頭的軸向和橫向振動(dòng)，因此R齒的頂端比設(shè)置在同一圓周運(yùn)動(dòng)軌跡中的主切削齒的頂端低，一般高度差控制在0.5mm至1.5mm內(nèi)，既不損傷R齒，同時(shí)也能滿足其加深切削的需要。
[0009]R齒包括呈圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的切削臺(tái)和圓柱體結(jié)構(gòu)的連接柱，連接柱的軸線和切削臺(tái)的軸線重合，切削臺(tái)中直徑較大的一端的端面尺寸和連接柱的端面尺寸相同，連接柱的遠(yuǎn)離切削臺(tái)的一端與鉆頭本體固定。本實(shí)用新型的所稱的R齒，實(shí)際上是圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的切削臺(tái)和圓柱體結(jié)構(gòu)的連接柱連接構(gòu)成的切削齒，在R齒的圓錐臺(tái)頂端燒結(jié)覆蓋有聚金剛石復(fù)合片，以此增加在鉆進(jìn)過程中對(duì)巖層的切削，R齒的軸線與其在鉆頭本體上的安裝表面法線呈15°至25°的后傾角，這樣在與巖層進(jìn)行切削時(shí)，有一個(gè)弧形切削刃，切削的效果更好。
[0010]定心錐包括呈圓錐體結(jié)構(gòu)的定位錐和圓柱體結(jié)構(gòu)的定位柱，定位錐的軸線和定位柱的軸線重合，且定位柱的端面尺寸和定位錐的底面尺寸相同，定位柱遠(yuǎn)離定位錐的端面和鉆頭本體固定。定位錐要與巖層進(jìn)行接觸，所以在定位錐的外壁上都覆蓋有聚金剛石層，在與巖層的接觸定位時(shí)，能夠承受巖層的磨削，而定位柱是作為定位連接功能，其外壁不覆蓋有聚金剛石層。
[0011]鉆頭本體上設(shè)置有若干個(gè)噴嘴，每一個(gè)噴嘴對(duì)應(yīng)設(shè)置在兩個(gè)相鄰刀翼之間。噴嘴是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，常用的噴嘴本實(shí)用新型都能通用。
[0012]綜上，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0013]1、該鉆頭能夠同時(shí)降低鉆頭的軸向、周向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)鉆進(jìn)；
[0014]2、鉆頭機(jī)械振動(dòng)明顯降低，能量消耗減少，明顯提高了鉆井效率?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的主視圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型的俯視圖；
[0017]圖3是R齒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是定心錐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5是R齒的安裝示意圖。
[0020]附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱:1一鉆頭本體；2—噴嘴；3—刀翼；4一R齒；5—定心錐；6—主切削齒；7—定位錐；8—定位柱；9—切削臺(tái)；10—連接柱；11—R齒的中心線；12—插入孔的表面法線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]如圖1、圖2所示，具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，包括鉆頭本體1，所述鉆頭本體I上設(shè)置有若干個(gè)刀翼3，每一個(gè)刀翼3上均設(shè)置有若干顆主切削齒6，所述刀翼3上均設(shè)置有若干顆R齒4，R齒4設(shè)置在兩個(gè)相鄰刀翼3上的主切削齒6之間，每一顆R齒4與其同一刀翼3上靠近該R齒4的主切削齒6設(shè)置在同一圓周運(yùn)動(dòng)軌跡上，每一顆R齒4的中心線與其對(duì)應(yīng)的刀翼3上的插入孔處的鉆頭表面呈15°至25°的夾角，且該R齒4的頂面朝向該主切削齒6 ;所述鉆頭本體I的頂端中心處設(shè)置有定心錐5，定心錐5的中心線和鉆頭本體I的中心線重合,定心錐5設(shè)置在刀翼3構(gòu)成的區(qū)域中心處。R齒4的頂端比設(shè)置在同一圓周運(yùn)動(dòng)軌跡中的主切削齒6的頂端低1mm。高度差H為Imm為最佳的高度，這樣切削效率最高，也不會(huì)對(duì)R齒4的齒面造成破壞。通常將R齒4在刀翼上安裝的位置稱為刀翼肩部，如果從鉆頭的切削轉(zhuǎn)動(dòng)方向，也可以理解為R齒4設(shè)置在同一刀翼3中的主切削齒6的后部，并且該R齒4是處于同一刀翼3上靠近該R齒4的主切削齒6的運(yùn)動(dòng)軌跡上，在進(jìn)行鉆探過程中，主切削齒6先對(duì)巖層進(jìn)行切削，然后是R齒4的頂面向后傾斜，當(dāng)主切削齒6在巖層中切出溝槽時(shí)，R齒4正好處在溝槽之內(nèi)運(yùn)動(dòng)，一方面R齒4可加深溝槽的切削，另一方面R齒4受到溝槽的約束，可以起扶持作用，減少了鉆頭的軸向和橫向振動(dòng)。再加上定心錐5對(duì)鉆頭起到良好的定位作用，以此減少了鉆頭的橫向振動(dòng)，通過以上結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了周邊約束和中心約束，大大降低了鉆頭在鉆進(jìn)過程中的多向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)降低鉆頭的軸向、周向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)鉆進(jìn)，提高鉆進(jìn)效率。
[0024]實(shí)施例2:
[0025]如圖3、圖5所示，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，R齒4包括呈圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的切削臺(tái)9和圓柱體結(jié)構(gòu)的連接柱10，連接柱10的軸線和切削臺(tái)9的軸線重合，切削臺(tái)9中直徑較大的一端的端面尺寸和連接柱10的端面尺寸相同，連接柱10的遠(yuǎn)離切削臺(tái)9的一端與鉆頭本體I固定。并且將連接柱10的軸線和刀翼上插入孔處鉆頭表面法線呈25°斜角布置，并且保證切削臺(tái)9的頂面向后傾斜，即圖5所示中R齒的中心線11和插入孔的表面法線12構(gòu)成的α夾角，這樣在鉆頭進(jìn)行切削時(shí)，才能夠保證切削臺(tái)9與巖層的接觸有一個(gè)合理的位置，既保護(hù)齒面，也增加切削效率。[0026]實(shí)施例3:
[0027]如圖4所示，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，定心錐5包括呈圓錐體結(jié)構(gòu)的定位錐7和圓柱體結(jié)構(gòu)的定位柱8,定位錐7的軸線和定位柱8的軸線重合,且定位柱8的端面尺寸和定位錐7的底面尺寸相同，。定位錐7和定位柱8采用連接為整體結(jié)構(gòu)，定位柱8是與鉆頭本體I的頂端中心固定，在與巖層接觸時(shí)，能夠保持鉆頭I的定心功能，在鉆進(jìn)過程中，定心錐5頂住后吃入巖層，對(duì)鉆頭起到良好的定位作用，以此減少了鉆頭的橫向振動(dòng)，通過以上結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了周邊約束和中心約束，大大降低了鉆頭在鉆進(jìn)過程中的多向橫向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)鉆進(jìn)。與R齒4配合使用，減少鉆頭在多個(gè)方向上的振動(dòng)，效果更加明顯。
[0028]實(shí)施例4:
[0029]如圖1、圖2所示，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，鉆頭本體I上設(shè)置有若干個(gè)噴嘴2，每一個(gè)噴嘴2對(duì)應(yīng)設(shè)置在兩個(gè)相鄰刀翼3之間。噴嘴2是現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，指鉆井液從鉆桿內(nèi)腔鉆頭外的那個(gè)通道，用于輸送鉆井液，與鉆頭本體上的泥漿通道配合使用，泥漿通道便于排泄磨屑以及沖洗主切削齒6和定心錐5，使得其能夠快速降溫。
[0030]本鉆頭的設(shè)計(jì)，經(jīng)過試鉆和鉆井臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，鉆頭機(jī)械振動(dòng)明顯降低，能量消耗減少，明顯提聞了鉆井效率。
[0031]如上所述，可較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
【權(quán)利要求】
1.具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，包括鉆頭本體(1)，所述鉆頭本體(I)上設(shè)置有若干個(gè)刀翼(3)，每一個(gè)刀翼(3)上均設(shè)置有若干顆主切削齒(6)，其特征在于，所述刀翼(3)上均設(shè)置有若干顆R齒(4)，R齒(4)設(shè)置在兩個(gè)相鄰刀翼(3)上的主切削齒(6)之間，每一顆R齒(4)與其同一刀翼(3)上靠近該R齒(4)的主切削齒(6)設(shè)置在同一圓周運(yùn)動(dòng)軌跡上，每一顆R齒(4)的中心線與其對(duì)應(yīng)的刀翼(3)上的插入孔處的鉆頭表面呈15°至25°的夾角，且該R齒(4)的頂面朝向該主切削齒(6);所述鉆頭本體(I)的頂端中心處設(shè)置有定心錐(5 )，定心錐(5 )的中心線和鉆頭本體(I)的中心線重合，定心錐(5 )設(shè)置在刀翼(3)構(gòu)成的區(qū)域中心處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于，所述R齒(4)的頂端比設(shè)置在同一圓周運(yùn)動(dòng)軌跡中的主切削齒(6)的頂端低0.5mm至1.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于，所述R齒(4)包括呈圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的切削臺(tái)(9)和圓柱體結(jié)構(gòu)的連接柱(10)，連接柱(10)的軸線和切削臺(tái)(9)的軸線重合，切削臺(tái)(9)中直徑較大的一端的端面尺寸和連接柱(10)的端面尺寸相同，連接柱(10)的遠(yuǎn)離切削臺(tái)(9)的一端與鉆頭本體(I)固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于，所述定心錐(5)包括呈圓錐體結(jié)構(gòu)的定位錐(7)和圓柱體結(jié)構(gòu)的定位柱(8)，定位錐(7)的軸線和定位柱(8)的軸線重合，且定位柱(8)的端面尺寸和定位錐(7)的底面尺寸相同，定位柱(8)遠(yuǎn)離定位錐(7)的端面和鉆頭本體(I)固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的具有減振和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于，所述鉆頭本體(I)上設(shè)置有若干個(gè)噴嘴(2)，每一個(gè)噴嘴(2)對(duì)應(yīng)設(shè)置在兩個(gè)相鄰刀翼(3)之間。
【文檔編號(hào)】E21B10/60GK203822166SQ201420274393
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】蘇益仁, 毛忠仁, 程興發(fā), 劉鵬 申請(qǐng)人:成都惠靈豐金剛石鉆頭有限公司