CN208122767U - 一种金刚石钻头的主动保径垫结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金刚石钻头的主动保径垫结构，属于金刚石钻头技术领域，用于解决现有金刚石钻头保径垫效率低导致钻头缩径严重寿命降低等技术问题。主动保径垫结构设置在钻头体上的每个刀翼的上，刀翼上安装数个纵向相邻的切削齿，相邻的刀翼之间形成排削通道，钻头体上端面和排削通道上设置喷水孔，主动保径垫的工作侧面设有耐磨层，耐磨层表面沿轴向设置数列排布的具有切削能力的硬质合金齿，相邻硬质合金齿之间铣加工有第一硬质合金条，硬质合金齿与第一硬质合金条间隔相邻排布，与所述主动保径垫的工作侧面相邻的一侧面上铣加工有第二硬质合金条。本实用新型有效提高保径垫的使用效率，防止钻头缩径，有效减小保径垫与井壁间旋转阻力。

Description

一种金刚石钻头的主动保径垫结构

技术领域

本实用新型涉及金刚石钻头技术领域，具体涉及一种金刚石钻头的主动保径垫结构。

背景技术

金刚石钻头是一种用于地层钻井的钻井工具，近年来，金刚石钻头在地层钻井工程中得到了广泛地应用。金刚石钻头由钻头体、切削齿、保径垫和水力结构等组成，它是通过其切削齿与地层岩石的接触对其产生挤压和剪切岩层来破碎岩石的。

金刚石钻头在钻井工作时，由于与地层岩石不断接触发生磨损，从而导致钻头直径缩小，即所谓“缩径”，为了防止钻头在工作过程中出现“缩径”，减小钻头工作时产生的旋转摩擦阻力，降低钻头的旋转扭矩。现有技术是在钻头的外侧布置有一定数量的保径垫，在保径垫上堆焊有耐磨硬质合金材料，或者镶装有耐磨、抗冲击的耐磨材料块。这种结构的关键在于在钻头的保径垫上平镶耐磨、耐冲击的镶块，例如硬质合金块，然后通过机械加工手段，例如用磨床磨削保径垫，使表面光滑，从而达到减小保径垫与井壁的摩擦的作用。它在维持原来定向井钻头布齿设计不变的前提下，可以使钻头具有较强的侧向切削能力，但只能保证钻头的保径能力，而很难达到减小摩擦从而降低扭矩的作用，因为钻头在井底工作时保径垫表面处于井壁岩石的长期磨蚀作用下，往往使用一段时间后其表面就变得非常粗糙，反面增大了摩擦。或者采用现有技术中的“分段式”保径的方法，即在同一保径垫上设计不同直径的部分，将一个保径分成大小不同的若干段，这样减小了最初时保径垫与井壁的接触面积，能够起到一定的降低旋转摩擦扭矩的作用，但这种方法的缺点一是在于当钻头保径垫磨损到一定程度后，保径垫的各部分直径就变得一样，其与井壁的接触阻力就变得与普通钻头一样高，二是钻头的保径垫长度有限，为了达到“分段”的目的只能减小钻头公称直径段保径垫(即第一级保径)的长度，这样反而降低了钻头最初的保径能力，使“缩径”现象发生的可能性大大提高。

因此，为了提高保径垫的使用效率，有效防止钻头缩径，同时达到减小摩擦、减小保径垫与井壁间的旋转阻力的目的，本实用新型提供一种金刚石钻头的主动保径垫结构。

实用新型内容

为了解决现有金刚石钻头保径垫效率低导致钻头缩径严重寿命降低等技术问题，本实用新型提供一种金刚石钻头的主动保径垫结构。

一种金刚石钻头的主动保径垫结构，该结构设置在钻头体的刀翼上，刀翼上安装有数个纵向相邻的切削齿，相邻的刀翼之间形成排削通道，钻头体上端面和排削通道上设置有喷水孔，所述的主动保径垫的工作侧面设有耐磨层，耐磨层表面沿轴向设置有数列排布的硬质合金齿，所述相邻硬质合金齿之间铣加工有第一硬质合金条，硬质合金齿与第一硬质合金条间隔相邻排布，与所述主动保径垫的工作侧面相邻的一侧面上铣加工有第二硬质合金条。

本实用新型工作原理：当金刚石钻头进行钻井工作时，钻头高速旋转时，切削齿对地层岩石进行研磨、切削，破碎地层，钻头主动保径垫工作侧面与井壁接触，在不断钻进的过程中，主动保径垫工作侧面上的耐磨层与岩体接触，承受岩体压力，耐磨层上的硬质合金齿将岩体切开，使钻头具有较强的侧向切削能力，同时起到支撑钻头体防止钻头“缩径”，同时具有切削井壁的功能，但是主动保径垫工作侧面上的硬质合金齿由于长期与井壁接触，磨损严重，最终会与主动保径垫工作侧面磨平，容易产生“缩径”，因此，在相邻硬质合金齿之间铣加工了第一硬质合金条，使得硬质合金齿与第一硬质合金条间隔相邻排布，由此设置，使主动保径垫工作侧面上的第一硬质合金条率先与井壁接触，支撑钻头体和切削井壁，当第一硬质合金条被磨损后，硬质合金齿还可以继续起到切削井壁的作用，由此，增加了金刚石钻头的使用寿命，避免“缩径”现象过早发生。在金刚石钻头刀翼转动切削地层岩石的同时，第二硬质合金条可以对切削破碎的地层岩石进行二次破碎，减少破碎岩石对主动保径垫工作面的磨损。

优选地，与所述主动保径垫的工作侧面相邻的另一侧面上敷焊有缓冲垫。缓冲垫设置在主动保径垫工作侧面相邻的一侧面，是与金刚石钻头刀翼旋转方向相背的一侧面，第二硬质合金条则设置在与所述主动保径垫的工作侧面相邻的一侧面，即与金刚石钻头刀翼旋转方向相一致的一侧面。当金刚石钻头工作时，切削齿破岩产生大量岩石碎块，与主动保径垫上的硬质合金齿和第一硬质合金条对井壁进行切削产生的岩石碎块一起撞击钻头体的刀翼，缓冲垫的设置可以在一定程度上减轻岩石碎块对刀翼及保径垫的撞击，增加保径垫及金刚石钻头的使用寿命，降低钻头工作时由于岩石撞击导致钻头产生振动，影响钻进。

优选地，所述耐磨层由敷焊在主动保径垫上的耐磨硬质合金材料组成。

优选地，所述硬质合金齿顶部呈球形或锥球形。硬质合金齿的顶端呈球形或锥球形，能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力。

优选地，所述第一硬质合金条和第二硬质合金条表面呈光滑球面或多棱柱面。第一硬质合金条和第二硬质合金条表面呈光滑球面或多棱柱面，能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力

优选地，所述第一硬质合金条和第二硬质合金条的宽度为5-10mm。

优选地，所述第一硬质合金条表面高于硬质合金齿表面。

优选地，所述第二硬质合金条至少为2条。

优选地，所述刀翼上还设置有与切削齿平行排列的减振节。

优选地，所述金刚石钻头的刀翼为5个。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

1、本实用新型钻头在工作时，切削齿对地层岩石进行研磨、切削，破碎地层，钻头主动保径垫工作侧面与井壁接触，在不断钻进的过程中，主动保径垫工作侧面上的耐磨层与岩体接触，承受岩体压力，耐磨层上的硬质合金齿将岩体切开，使钻头具有较强的侧向切削能力，同时起到支撑钻头体防止钻头“缩径”，同时具有切削井壁的功能。由于主动保径垫工作侧面上的硬质合金齿由于长期与井壁接触，磨损严重，最终会与主动保径垫工作侧面磨平，容易产生“缩径”，因此，在相邻硬质合金齿之间铣加工了第一硬质合金条，使得硬质合金齿与第一硬质合金条间隔相邻排布，由此设置，使主动保径垫工作侧面上的第一硬质合金条率先与井壁接触，支撑钻头体和切削井壁，当第一硬质合金条被磨损后，硬质合金齿还可以继续起到切削井壁的作用，由此，增加了金刚石钻头的使用寿命，避免“缩径”现象过早发生。在金刚石钻头刀翼转动切削地层岩石的同时，第二硬质合金条可以对切削破碎的地层岩石进行二次破碎，减少破碎岩石对主动保径垫工作面的磨损。

2、本实用新型的金刚石钻头工作时，切削齿破岩产生大量岩石碎块，与主动保径垫上的硬质合金齿和第一硬质合金条对井壁进行切削产生的岩石碎块一起撞击钻头体的刀翼，缓冲垫的设置可以在一定程度上减轻岩石碎块对刀翼及保径垫的撞击，增加保径垫及金刚石钻头的使用寿命，降低钻头工作时由于岩石撞击导致钻头产生振动，影响钻进。

3、本实用新型硬质合金齿的顶端呈球形或锥球形，能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力。

4、本实用新型第一硬质合金条和第二硬质合金条表面呈光滑球面或多棱柱面，能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力。

5、本实用新型能够有效提高保径垫的使用效率，有效防止钻头缩径，同时达到减小摩擦、减小保径垫与井壁间的旋转阻力的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的主动保径垫结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的主动保径垫结构示意图；

图3为本实用新型第一硬质合金条和第二硬质合金条光滑球面结构示意图；

图4为本实用新型第一硬质合金条和第二硬质合金条多棱柱面结构示意图；

图5为本实用新型硬质合金齿顶部锥球形结构示意图；

图6为本实用新型硬质合金齿顶部球形结构示意图。

图中标记：1-刀翼，2-切削齿，3-耐磨层，4-减振节，5-喷水孔，6-硬质合金齿，7-第一硬质合金条，8-第二硬质合金条，9-缓冲垫。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种金刚石钻头的主动保径垫结构，该结构设置在钻头体的刀翼1上，金刚石钻头的刀翼1为5个，每个刀翼1上安装有数个纵向相邻的切削齿2，相邻的刀翼1之间形成排削通道，钻头体上端面和排削通道上设置有喷水孔5，所述的主动保径垫的工作侧面设有耐磨层3，耐磨层3由敷焊在主动保径垫上的耐磨硬质合金材料组成，耐磨层3表面沿轴向设置有数列排布的硬质合金齿6，所述相邻硬质合金齿6之间铣加工有第一硬质合金条7，硬质合金齿6与第一硬质合金条7间隔相邻排布，与所述主动保径垫的工作侧面相邻的一侧面上铣加工有第二硬质合金条8。主动保径垫具有在井眼中支撑钻头以保证钻头的稳定和防止钻头因地下岩石的磨损而导致钻头“缩径”的作用。

所述第一硬质合金条7表面高于硬质合金齿6表面。

所述刀翼1上还设置有与切削齿2平行排列的减振节4。

本实施例工作原理：当金刚石钻头进行钻井工作时，钻头高速旋转时，切削齿2对地层岩石进行研磨、切削，破碎地层，钻头主动保径垫工作侧面与井壁接触，在不断钻进的过程中，主动保径垫工作侧面上的耐磨层3与岩体接触，承受岩体压力，耐磨层3上的硬质合金齿6将岩体切开，使钻头具有较强的侧向切削能力，同时起到支撑钻头体防止钻头“缩径”，同时具有切削井壁的功能，但是主动保径垫工作侧面上的硬质合金齿6由于长期与井壁接触，磨损严重，最终会与主动保径垫工作侧面磨平，容易产生“缩径”，因此，在相邻硬质合金齿6之间铣加工了第一硬质合金条7，使得硬质合金齿6与第一硬质合金条7间隔相邻排布，由此设置，使主动保径垫工作侧面上的第一硬质合金条7率先与井壁接触，支撑钻头体和切削井壁，当第一硬质合金条7被磨损后，硬质合金齿6还可以继续起到切削井壁的作用，由此，增加了金刚石钻头的使用寿命，避免“缩径”现象过早发生。在金刚石钻头刀翼转动切削地层岩石的同时，第二硬质合金条8可以对切削破碎的地层岩石进行二次破碎，减少破碎岩石对主动保径垫工作面的磨损。

实施例2

如图2所示，本实施例基于实施例1做进一步优化，具体实施方案如下：

所述的主动保径垫的工作侧面设有耐磨层3，耐磨层3表面沿轴向设置有数列排布的具有切削能力的硬质合金齿6，所述耐磨层3由敷焊在主动保径垫上的耐磨硬质合金材料组成。

在本实施例中，与实施例1的区别在于硬质合金齿6为数列排布设置，当钻头在旋转工作时，主动保径垫上的耐磨层3先与岩体接触，以承受岩体的压力，然后所述的具有切削能力的硬质合金齿6将岩体切开，使钻头具有较强的侧向切削能力。这种设置方式可以使钻头的侧向切削能力得到进一步增强，而钻头与井壁间的旋转阻力也进一步减小。

实施例3

如图3、图4所示，本实施例基于实施例1和实施例2做进一步优化，具体实施方案如下：

所述第一硬质合金条7和第二硬质合金条8表面呈光滑球面或多棱柱面。

本实施例中，第一硬质合金条7和第二硬质合金条8表面呈光滑球面或多棱柱面，能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力。

实施例4

本实施例基于实施例3做进一步优化，具体实施方案如下：

所述第一硬质合金条7和第二硬质合金条8的宽度为8mm。

所述第二硬质合金条8至少为2条。

本实施例中，第一硬质合金条7和第二硬质合金条8宽度优选为8mm，增加保径垫的使用寿命，延长第一硬质合金条7和第二硬质合金条8切削破岩的时间。

实施例5

如图5和图6所示，本实施例基于实施例1和实施例2做进一步优化，具体实施方案如下：

所述硬质合金齿6顶部呈球形或锥球形。

本实施例中，硬质合金齿6的顶端呈球形或锥球形，能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力。

实施例6

如图1、图2所示，本实施例基于实施例1和实施例2做进一步优化，具体实施方案如下：

与所述主动保径垫的工作侧面相邻的另一侧面上敷焊有缓冲垫9。

本实施例中，缓冲垫9设置在主动保径垫工作侧面相邻的一侧面，是与金刚石钻头刀翼旋转方向相背的一侧面，第二硬质合金条8则设置在与所述主动保径垫的工作侧面相邻的一侧面，即与金刚石钻头刀翼旋转方向相一致的一侧面。当金刚石钻头工作时，切削齿破岩产生大量岩石碎块，与主动保径垫上的硬质合金齿6和第一硬质合金条7对井壁进行切削产生的岩石碎块一起撞击钻头体的刀翼，缓冲垫9的设置可以在一定程度上减轻岩石碎块对刀翼及保径垫的撞击，增加保径垫及金刚石钻头的使用寿命，降低钻头工作时由于岩石撞击导致钻头产生振动，影响钻进。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金刚石钻头的主动保径垫结构，该结构设置在钻头体的刀翼(1)上，刀翼(1)上安装有数个纵向相邻的切削齿(2)，相邻的刀翼(1)之间形成排削通道，钻头体上端面和排削通道上设置有喷水孔(5)，其特征在于：所述的主动保径垫的工作侧面设有耐磨层(3)，耐磨层(3)表面沿轴向设置有数列排布的硬质合金齿(6)，所述相邻硬质合金齿(6)之间铣加工有第一硬质合金条(7)，硬质合金齿(6)与第一硬质合金条(7)间隔相邻排布，与所述主动保径垫的工作侧面相邻的一侧面上铣加工有第二硬质合金条(8)。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：与所述主动保径垫的工作侧面相邻的另一侧面上敷焊有缓冲垫(9)。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述耐磨层(3)由敷焊在主动保径垫上的耐磨硬质合金材料组成。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述硬质合金齿(6)顶部呈球形或锥球形。

5.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述第一硬质合金条(7)和第二硬质合金条(8)表面呈光滑球面或多棱柱面。

6.根据权利要求5所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述第一硬质合金条(7)和第二硬质合金条(8)的宽度为5-10mm。

7.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述第一硬质合金条(7)表面高于硬质合金齿(6)表面。

8.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述第二硬质合金条(8)至少为2条。

9.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述刀翼(1)上还设置有与切削齿(2)平行排列的减振节(4)。

10.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述金刚石钻头的刀翼(1)为5个。