CN111577146A - 一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，包括：钻头基体和金刚石复合片；所述钻头基体的冠部环形均匀布置多个刀翼；所述刀翼上设有多组切削元件，沿所述钻头基体的轴线方向布置；每组切削元件包括：依次排列齿形的金刚石复合片和圆形的金刚石复合片。该新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，通过齿形与圆形金刚石复合片交错镶嵌于钻头基体的多个刀翼上，可减少金刚石复合片的磨损，提高钻进效率、增加使用寿命，可有效解决弹塑性地层取心效率低的难题。

Description

一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头

技术领域

本发明属于油气田钻井作业、井下工具钻头技术领域，特别涉及一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头。

背景技术

目前，在油气勘探开发领域中，进行弹塑性地层取心钻进时，使用孕镶金刚石取心钻头，金刚石不易出刃，呈现钻进效率极低甚至不进尺和糊钻现象；使用常规硬质合金取心钻头，则很快被磨钝，钻头寿命短；使用圆形金刚石复合片取心钻头，复合片磨损很少，但进尺缓慢，效率很低；使用常规齿形金刚石复合片取心钻头，在硬夹层钻进中，切削齿的齿尖经常崩坏，过早损坏，造成钻头失效，因此，在非常规油气的勘探开发过程中，如何实现弹塑性地层取心钻进提速，缩短钻进周期，一直是钻探的技术难点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，包括钻头基体和金刚石复合片；所述钻头基体的冠部环形均匀布置多个刀翼；所述刀翼上设有多组切削元件，沿所述钻头基体的轴线方向布置；每组切削元件包括：依次排列齿形的金刚石复合片和圆形的金刚石复合片。

进一步地，所述刀翼上预留齿形和圆形复合片替片及复合片后支撑；所述复合片后支撑与对应的齿形或圆形复合片替片形状相同；

所述齿形的金刚石复合片镶嵌于所述刀翼的齿形替片位置，与齿形的复合片后支撑焊接；

所述圆形的金刚石复合片镶嵌于所述刀翼的圆形替片位置，与圆形的复合片后支撑焊接。

进一步地，所述齿形的金刚石复合片高于所述圆形的金刚石复合片，高度差为0.5～2mm。

进一步地，所述刀翼呈长外锥形，任意相邻的两个所述刀翼之间的沟槽形成水路。

进一步地，所述刀翼的外侧面远离所述金刚石复合片的一端为外保径面；所述刀翼的内侧面为内保径面；

所述外保径面和/或内保径面上设有保径聚晶。

进一步地，所述齿形的金刚石复合片结构形式为：

一齿形、二齿形、三齿形、四齿形、五齿形或六齿形。

进一步地，所述齿形的复合片后支撑结构形式与对应的齿形的金刚石复合片结构形式相同，为一齿形、二齿形、三齿形、四齿形、五齿形或六齿形。

进一步地，所述金刚石复合片倾斜设置，与所述钻头基体上刀翼的切削面之间夹角为5～30°。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、通过齿形与圆形金刚石复合片交错镶嵌于钻头基体的多个刀翼上，可减少金刚石复合片的磨损，钻进效率较高、增加使用寿命，可有效解决弹塑性地层取心效率低的难题。

2、复合片后支撑与齿形或圆形复合片替片结构一致，即：与对应的齿形或圆形复合片形状一致；金刚石复合片与复合片后支撑焊接，可有效增加金刚石复合片的牢固性及稳定性。

3、通过设置齿形金刚石复合片高于圆形金刚石复合片，使得齿形金刚石复合片快速切入地层，圆形金刚石复合片紧随其后切削地层，同时圆形金刚石复合片限制齿形金刚石复合片单次切入深度以保护齿形复合片，在保证不蹦齿的同时，具有高效率、长寿命的特点。

4、刀翼呈长外锥形，可有效增加钻头的攻击性及保径强度；利用相邻刀翼之间形成的水路作为冲洗液循环流道，起到冷却钻头和排屑作用。

5、外保径面上设有保径聚晶可起保护井眼直径大小的作用；内保径面上设有保径聚晶可起保护岩心直径大小，提高岩心采取率的作用。

6、可根据弹塑性地层岩石的具体特性，选择相应数量的齿形结构，以达到攻击性和适应性强的目的。

7、金刚石复合片倾斜设置，可使金刚石复合片具有良好的切入地层的角度，保证钻进速率。

附图说明

图1为本发明提供的新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头立体结构示意图；

图2为本发明提供的新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头底唇面示意图；

图中：1、钻头基体；2、金刚石复合片；3、刀翼；4、复合片后支撑；5、水路；6、外保径面；7、内保径面；8、保径聚晶。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-2所示，一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，本发明的一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，包括钻头基体1和金刚石复合片2，钻头基体1的冠部环形均匀布置多个刀翼；数量可为3～10个，可根据具体的应用环境选择相应数量的刀翼。每个刀翼3上设有多组切削元件，该切削元件镶嵌有高抗冲击韧性和高耐磨性的齿形与圆形金刚石复合片2。其中，齿形的金刚石复合片和圆形的金刚石复合片沿钻头基体轴线方向依次排列，交错布置。

本实施例中，通过齿形与圆形金刚石复合片交错镶嵌于钻头基体的多个刀翼上，可减少金刚石复合片的磨损，钻进效率较高、增加使用寿命，可有效解决弹塑性地层取心效率低的难题。

具体地，如图1所示，钻头基体1的冠部由多个刀翼3、复合片后支撑4、水路5、外保径面6、内保径面7、保径聚晶8组成，每个刀翼3上镶嵌有高抗冲击韧性、高耐磨性的金刚石复合片2。

其中，刀翼3上预留齿形和圆形复合片替片及复合片后支撑4；复合片后支撑4与对应的齿形或圆形复合片替片形状相同，即：与对应的齿形或圆形复合片形状相同。

该齿形的金刚石复合片2镶嵌于刀翼3的齿形替片位置，与齿形的复合片后支撑4用银铜钎焊的方法焊接牢固；圆形的金刚石复合片2镶嵌于刀翼3的圆形替片位置，与圆形的复合片后支撑4用银铜钎焊的方法焊接牢固焊接；可有效增加金刚石复合片的牢固性及稳定性。

进一步地，上述齿形的金刚石复合片高于圆形的金刚石复合片，即：齿形金刚石复合片出露高度比圆形金刚石复合片稍高，比如高度差为0.5～2mm。如此设置，使得齿形金刚石复合片快速切入地层，圆形金刚石复合片紧随其后切削地层，同时圆形金刚石复合片限制齿形金刚石复合片单次切入深度以保护齿形复合片，在保证不蹦齿的同时，具有高效率、长寿命的特点。

具体地，上述钻头基体1冠部的多个刀翼3为长外锥形设计，可有效增加钻头的攻击性及保径强度；任意相邻两个刀翼3之间的沟槽形成水路5，与钻头内水路构成冲洗液循环通道，起到冷却钻头和排屑作用。如图2所示，多个刀翼3的数量为六个，可根据地层特性和钻头规格，来调整钻头刀翼的数量。

具体地，如图1所示，刀翼3的外侧面远离金刚石复合片2的一端为外保径面6；刀翼3的内侧面为内保径面7；该外保径面6设有保径聚晶8可起保护井眼直径大小的作用；同时内保径面7上也可以设有保径聚晶8可起保护岩心直径大小，提高岩心采取率的作用。外保径面6或内保径面7也可以单独设置保径聚晶8。本公开实施例中，外保径面或内保径面任一单独设置或同时设置保径聚晶，均在本发明的保护范围之内。

具体地，如图1-2所示，齿形金刚石复合片的齿形结构是3齿形，其还可为一齿形、二齿形、三齿形、四齿形、五齿形或六齿形金刚石复合片，与圆形金刚石复合片交错镶嵌于钻头基体1冠部各个刀翼3。

其中，齿形复合片后支撑4与齿形金刚石复合片2的齿形一致，其结构为一齿形、二齿形、三齿形、四齿形、五齿形或六齿形。

具体地，上述金刚石复合片2倾斜设置，呈一定后倾角设置，与钻头基体1上刀翼3的切削面夹角为5～30°，可使金刚石复合片具有良好的切入地层的角度，保证钻进速率。

如图1-2所示，本发明的工作原理如下：本发明采用长外锥形冠部曲线设计，通过齿形与圆形金刚石复合片交错镶嵌于钻头基体的多个刀翼上，在钻进过程中，金刚石复合片倾斜设置，可使金刚石复合片具有良好的切入地层的角度，保证钻进速率。镶嵌于多个刀翼上出露稍高齿形金刚石复合片快速切入地层，圆形金刚石复合片紧随其后切削地层，同时圆形金刚石复合片限制齿形金刚石复合片单次切入深度以保护齿形复合片，进而提高钻进效率和寿命。外保径面上的保径聚晶起保护井眼直径大小的作用。内保径面上的保径聚晶起保护岩心直径大小，提高岩心采取率的作用。利用相邻刀翼之间形成的水路作为冲洗液循环流道，起到冷却钻头和排屑作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，其特征在于：包括钻头基体(1)和金刚石复合片(2)；所述钻头基体(1)的冠部环形均匀布置多个刀翼(3)；所述刀翼(3)上设有多组切削元件，沿所述钻头基体(1)的轴线方向布置；每组切削元件包括：依次排列齿形的金刚石复合片(2)和圆形的金刚石复合片(2)。

2.根据权利要求1所述的一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，其特征在于：所述刀翼(3)上预留齿形和圆形复合片替片及复合片后支撑(4)；所述复合片后支撑(4)与对应的齿形或圆形复合片替片形状相同；

所述齿形的金刚石复合片(2)镶嵌于所述刀翼(3)的齿形替片位置，与齿形的复合片后支撑(4)焊接；

所述圆形的金刚石复合片(2)镶嵌于所述刀翼(3)的圆形替片位置，与圆形的复合片后支撑(4)焊接。

3.根据权利要求1所述的一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，其特征在于：所述齿形的金刚石复合片(2)高于所述圆形的金刚石复合片(2)，高度差为0.5～2mm。

4.根据权利要求1所述的一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，其特征在于：所述刀翼(3)呈长外锥形，任意相邻的两个所述刀翼(3)之间的沟槽形成水路(5)。

5.根据权利要求1所述的一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，其特征在于：所述刀翼(3)的外侧面远离所述金刚石复合片(2)的一端为外保径面(6)；所述刀翼(3)的内侧面为内保径面(7)；

所述外保径面(6)和/或内保径面(7)上设有保径聚晶(8)。

6.根据权利要求2所述的一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，其特征在于：所述齿形的金刚石复合片(2)结构形式为：

一齿形、二齿形、三齿形、四齿形、五齿形或六齿形。

7.根据权利要求6所述的一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，其特征在于：所述齿形的复合片后支撑(4)结构形式与对应的齿形的金刚石复合片(2)结构形式相同，为一齿形、二齿形、三齿形、四齿形、五齿形或六齿形。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种新型高效耐冲击金刚石复合片取心钻头，其特征在于：所述金刚石复合片(2)倾斜设置，与所述钻头基体(1)上刀翼(3)的切削面之间夹角为5～30°。

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