CN103758463A - 弧形齿的孕镶金刚石钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弧形齿的孕镶金刚石钻头，属于钻探用钻头技术领域。本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头,包括接头以及连于接头上的钻头体，所述钻头体上的冠部区域内横向布置有弧形孕镶金刚石齿，使所述弧形孕镶金刚石齿覆盖钻头体的冠部轮廓线，所述钻头体上的心部区域内布置有PDC复合片。本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头，采用圆弧形式的孕镶金刚石齿，使钻头与其旋转钻进形成的圆形井底吻合，增加了孕镶齿与井底岩石的接触面积，从而提高钻井的机械钻速；孕镶金刚石齿布置于钻头本体的表面，使钻头本体部分不会参与井底岩石的接触，因此钻头本体不被岩石磨损，提高破岩效率，延长钻头使用寿命。

Description

弧形齿的孕镶金刚石钻头

技术领域

本发明涉及石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等领域使用的钻探用钻头，具体的讲是涉及具有弧形齿的孕镶金刚石钻头。

背景技术

钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。孕镶金刚石钻头现在普遍应用于钻探生产中，具有抗压能力大、抗磨能力强、抗冲击能力较好的特点，适合钻探对PDC钻头和牙轮钻头而言难以钻探的，具有高硬度、高研磨性地层的致密砾岩。

孕镶金刚石钻头就是把较细的金刚石均匀的分布到钻头胎体中，这种钻头配有不同硬度的胎体，可以钻进各种硬度的岩石，特别是钻进中等硬度以上的岩石，钻进效率高、成本低、岩芯采取率高、钻孔弯曲度小，能钻进任何倾角的钻孔。由于孕镶金刚石钻头的金刚石颗粒较细，对于岩层的体积破碎效果很小，实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件，即以唇面上多而小的硬质点（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划、磨削，并随着原有硬质点的逐渐磨损和消失，胎体也在不断磨耗，新的硬质点又裸露出来继续工作。实际上，孕镶金刚石钻头在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的“自磨出刃作用”而常处于锐利状态。

由于孕镶金刚石齿中的金刚石颗粒有着极高的耐磨性，因此孕镶金刚石钻头具有长寿命的优点，可以使钻头获得较高的进尺。但是一般情况下，孕镶金刚石钻头的机械钻速比牙轮钻头和PDC钻头都低，需要配合井下动力工具（高速螺杆钻具或涡轮钻具使用），从而让使用孕镶金刚石钻头的成本过高。如果不使用高速螺杆或涡轮钻具，孕镶金刚石钻头的机械钻速会更慢，破岩效率更低，综合经济效益甚至低于牙轮钻头和PDC钻头。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种弧形齿的孕镶金刚石钻头，采用圆弧形式的孕镶金刚石齿，使钻头与其旋转钻进形成的圆形井底吻合，增加了孕镶齿与井底岩石的接触面积，从而提高钻井的机械钻速；同时孕镶金刚石齿布置于钻头本体的表面，使钻头本体部分不会参与与井底岩石的接触，因此钻头本体不被岩石磨损，提高破岩效率，延长钻头使用寿命。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头,包括接头以及连于接头上的钻头体，所述钻头体上的冠部区域内横向布置有弧形孕镶金刚石齿，使所述弧形孕镶金刚石齿覆盖钻头体的冠部轮廓线，所述钻头体上的心部区域内布置有PDC复合片。

目前，普通孕镶金刚石钻头没有能离开高速螺杆或涡轮钻具单独使用的原因是：钻头上的孕镶齿采用直圆柱形式，孕镶齿与井底的接触面积比较小，从而使其破岩效率较低。本发明正是基于现有技术中普通孕镶金刚石钻头存在的不足，转变思路将孕镶齿采用圆柱形结构的弧形孕镶金刚石齿，并且该弧形孕镶金刚石齿全部横向布置于钻头体的冠部轮廓部分上，当钻头旋转钻进其形成的圆形井底时，弧形孕镶金刚石齿能与圆形井底吻合，增加了孕镶齿与井底岩石的接触面积，从而提高钻井的机械钻速，弧形孕镶金刚石齿与钻头旋转钻进形成的圆形井底一致，增加了钻头的稳定性，且孕镶齿全部横向布置在钻头上，因此孕镶齿不易被砾岩冲击折断，提高了钻头的使用寿命；且整个钻头体的冠部区域全部为弧形孕镶金刚石齿，使钻头本体部分不会参与与井底岩石的接触，使钻头本体不被岩石磨损，延长钻头使用寿命；其中弧形孕镶金刚石齿采用钎焊工艺固结在钻头体上，避免了烧结固齿过程对孕镶齿性能的影响，可以延长钻头的使用寿命。钻头心部采用PDC复合片切削岩石，钻头心部只有PDC复合片的齿尖部分接触岩石，因此可以提高钻头与岩石的接触应力，达到提高破岩效率的目的。

本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头,所述弧形孕镶金刚石齿为圆弧形的柱状结构，若干的弧形孕镶金刚石齿依次横向排列并钎焊于钻头体的冠部轮廓线上，所述弧形孕镶金刚石齿的中心线为圆弧形，该圆弧形的中心与钻头体的旋转轴线重合。

由于采用了上述结构，其中的弧形孕镶金刚石齿为圆弧形的柱状结构，并且若干的弧形孕镶金刚石齿依次横向排列并钎焊于钻头体的冠部轮廓线上，使得整个钻头体的冠部轮廓部分上均为弧形孕镶金刚石齿，使钻头在钻进过程中，钻头本体部分不会参与与井底岩石的接触，使钻头本体不被岩石磨损，延长钻头使用寿命；另外弧形孕镶金刚石齿的中心线为圆弧形，该圆弧形的中心与钻头体的旋转轴线重合，使弧形孕镶金刚石齿均匀地分布于钻头体的冠部区域上，且以钻头体的旋转轴线为中心均匀排列，当钻头在钻进过程中，使弧形孕镶金刚石齿能够充分地与圆形井底吻合，不会出现偏心等现象，从而增加了孕镶齿与井底岩石的接触面积，从而提高钻井的机械钻速，孕镶齿不易被砾岩冲击折断，提高了钻头的使用寿命。

本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头,所述弧形孕镶金刚石齿两端的端面形状分别为圆形、椭圆形、和/或直线段与圆弧线段结合组成的形状。

由于采用了上述结构，该弧形孕镶金刚石齿为了增大表面接触面积，采用柱状结构，同时该弧形孕镶金刚石齿可以采用多种结构，其中弧形孕镶金刚石齿的截面和端面可以为圆形、椭圆形、或直线段与圆弧线段结合组成的形状，其中弧形孕镶金刚石齿的两端可以相同也可以不同，当其两端的截面形状不同时，可以是一端面为圆形，另一端面为椭圆形；或者一端面为椭圆形，另一端面为直线段与圆弧线段结合组成的形状；或者一端面为圆形，另一端面为直线段与圆弧线段结合组成的形状。

本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头,所述弧形孕镶金刚石齿两端的端面形状相同或者不同。

由于采用了上述结构，根据钻头的不同，选择不同结构的孕镶齿，其中可选择柱状体两端的端面形状和面积不同，可以是柱状体一端面为圆形，另一端面为椭圆形；或者一端面为椭圆形，另一端面为直线段与圆弧线段结合组成的形状；或者一端面为圆形，另一端面为直线段与圆弧线段结合组成的形状；当然也可以是柱状体的一端大一端小的结构；另外，为了使钻头在使用过程中，表面受力均衡，可将弧形孕镶金刚石齿两端的端面形状制成相同，从而便于生产制造。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、    本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头，采用圆弧形式的孕镶金刚石齿，使钻头与其旋转钻进形成的圆形井底吻合，增加了孕镶齿与井底岩石的接触面积，从而提高钻井的机械钻速；

2、    本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头，孕镶金刚石齿布置于钻头本体的表面，使钻头本体部分不会参与与井底岩石的接触，因此钻头本体不被岩石磨损，提高破岩效率，延长钻头使用寿命。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明中钻头的结构示意图；

图2是本发明中钻头的主视图；

图3是图2的俯视图。

图中标记：1-钻头体、2-弧形孕镶金刚石齿、3-PDC复合片、4-接头、5-喷嘴。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1至图3所示，本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头,包括接头4以及连于接头4上的钻头体1，所述钻头体1上的冠部区域内横向布置有弧形孕镶金刚石齿2，使所述弧形孕镶金刚石齿2覆盖钻头体1的冠部轮廓线，其中弧形孕镶金刚石齿2为圆弧形的柱状结构，若干的弧形孕镶金刚石齿2依次横向排列并钎焊于钻头体1的冠部轮廓线上，所述弧形孕镶金刚石齿2的中心线为圆弧形，该圆弧形的中心与钻头体1的旋转轴线重合；所述钻头体1上的外锥部分上布置有若干的孔，所述钻头体1上设有开设有若干的沟槽；所述钻头体1上的心部区域内布置有PDC复合片3，所述钻头体1上的心部区域内设有与接头4连通的喷嘴5。

目前，普通孕镶金刚石钻头没有能离开高速螺杆或涡轮钻具单独使用的原因是：钻头上的孕镶齿采用直圆柱形式，孕镶齿与井底的接触面积比较小，从而使其破岩效率较低。本发明正是基于现有技术中普通孕镶金刚石钻头存在的不足，转变思路将孕镶齿采用圆柱形结构的圆弧形孕镶金刚石齿，并且该弧形孕镶金刚石齿全部横向布置于钻头体的冠部轮廓部分上，当钻头旋转钻进其形成的圆形井底时，弧形孕镶金刚石齿能与圆形井底吻合，增加了孕镶齿与井底岩石的接触面积，从而提高钻井的机械钻速，弧形孕镶金刚石齿与钻头旋转钻进形成的圆形井底一致，增加了钻头的稳定性，且孕镶齿全部横向布置在钻头上，因此孕镶齿不易被砾岩冲击折断，提高了钻头的使用寿命；且整个钻头体的冠部区域全部为弧形孕镶金刚石齿，使钻头本体部分不会参与与井底岩石的接触，使钻头本体不被岩石磨损，延长钻头使用寿命；其中弧形孕镶金刚石齿采用钎焊工艺固结在钻头体上，避免了烧结固齿过程对孕镶齿性能的影响，可以延长钻头的使用寿命。钻头心部采用PDC复合片切削岩石，钻头心部只有PDC复合片的齿尖部分接触岩石，因此可以提高钻头与岩石的接触应力，达到提高破岩效率的目的。

为了增大弧形孕镶金刚石齿表面接触面积，因此该弧形孕镶金刚石齿采用柱状结构，该弧形孕镶金刚石齿可以采用多种结构，其中弧形孕镶金刚石齿2两端的端面形状可以为多种结构，根据实际生产使用的需要，可选择为圆形、椭圆形、和/或直线段与圆弧线段结合组成的形状，其中弧形孕镶金刚石齿的两端可以相同也可以不同，当其两端的截面形状不同时，可以是一端面为圆形，另一端面为椭圆形；或者一端面为椭圆形，另一端面为直线段与圆弧线段结合组成的形状；或者一端面为圆形，另一端面为直线段与圆弧线段结合组成的形状。

本发明的弧形齿的孕镶金刚石钻头，采用圆弧形式的孕镶金刚石齿，使钻头与其旋转钻进形成的圆形井底吻合，增加了孕镶齿与井底岩石的接触面积，从而提高钻井的机械钻速；孕镶金刚石齿布置于钻头本体的表面，使钻头本体部分不会参与与井底岩石的接触，因此钻头本体不被岩石磨损，提高破岩效率，延长钻头使用寿命。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (4)

1.弧形齿的孕镶金刚石钻头,其特征在于：它包括接头（4）以及连于接头（4）上的钻头体（1），所述钻头体（1）上的冠部区域内横向布置有弧形孕镶金刚石齿（2），使所述弧形孕镶金刚石齿（2）覆盖钻头体（1）的冠部轮廓线，所述钻头体（1）上的心部区域内布置有PDC复合片（3）。

2.如权利要求1所述的弧形齿的孕镶金刚石钻头,其特征在于：所述弧形孕镶金刚石齿（2）为圆弧形的柱状结构，若干的弧形孕镶金刚石齿（2）依次横向排列并钎焊于钻头体（1）的冠部轮廓线上，所述弧形孕镶金刚石齿（2）的中心线为圆弧形，该圆弧形的中心与钻头体（1）的旋转轴线重合。

3.如权利要求1或2所述的弧形齿的孕镶金刚石钻头,其特征在于：所述弧形孕镶金刚石齿（2）两端的端面形状分别为圆形、椭圆形、和/或直线段与圆弧线段结合组成的形状。

4.如权利要求3所述的弧形齿的孕镶金刚石钻头,其特征在于：所述弧形孕镶金刚石齿（2）两端的端面形状相同或者不同。

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