提高破岩效率的非平面切削齿及金刚石钻头制造技术

本发明专利技术提供了一种屋脊型非平面切削齿及金刚石钻头，该屋脊型非平面切削齿包括圆柱本体，圆柱本体的端部表面设有一条横贯该表面中线的切削脊，切削脊处于圆柱本体的端部表面的最高点，切削脊的两端延伸至圆柱本体的端部表面外缘，切削脊将圆柱本体的端部表面分为两个分别位于切削脊两侧的切削斜面，切削斜面的高度自切削脊向所述圆柱本体的端部表面外缘线性递减。本发明专利技术的屋脊型非平面切削齿及金刚石钻头，具有较高的抗冲击性，针对冲击性较强的地层，将该屋脊型非平面切削齿安装在钻头上，可提高钻头的钻进效率和寿命。

【技术实现步骤摘要】
提高破岩效率的非平面切削齿及金刚石钻头
本专利技术是关于一种切削齿及钻头，具体地说，是关于一种石油勘探钻井钻头
中应用的屋脊型非平面切削齿及金刚石钻头。
技术介绍
目前，石油勘探钻井中金刚石钻头得到了广泛的应用。这类钻头通常是以碳化钨材料烧结或者以金属材料作为基材加工而成的钻头本体部分以及钎焊在钻头刀翼切削面前端的金刚石复合片切削齿组成。在钻进过程中，金刚石复合片与岩石相互作用，在金刚石复合片和岩石接触界面周围产生应力，当应力超过岩石强度时实现破岩。在钻进高砾石含量夹杂地层或者硬质地层时产生的高应力会超过金刚石复合片的强度，造成金刚石复合片损伤，导致切削面被破坏，最终导致机械钻速下降、钻头无进尺等问题。另外，由于钻头抗冲击性差导致的钻头机械钻速下降后起钻更换钻头会带来高昂的经济成本，在钻井过程中的日费成本很高。因此，有效地提高钻头的抗冲击能力，是提高钻井效率、降低钻井成本的有效手段。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种具有较高的抗冲击性的切削齿，将其安装在钻头上可提高钻头的破岩效率和使用寿命。本专利技术的另一目的是提供一种具有较高破岩效率和使用寿命的金刚石钻头。本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：本专利技术提供了一种屋脊型非平面切削齿，其包括圆柱本体，圆柱本体的端部表面设有一条横贯该表面中线的切削脊，切削脊处于圆柱本体的端部表面的最高点，切削脊的两端延伸至圆柱本体的端部表面外缘，切削脊将圆柱本体的端部表面分为两个分别位于切削脊两侧的切削斜面，切削斜面的高度自切削脊向所述圆柱本体的端部表面外缘线性递减。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的屋脊型非平面切削齿中，切削脊的两端延伸至圆柱本体的端部表面外缘形成两个切削点。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的屋脊型非平面切削齿中，所述切削脊的长度与所述圆柱本体直径相等。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的屋脊型非平面切削齿中，圆柱本体包括由碳化钨材料制成的基体及连接于基体上方的聚晶金刚石层，切削脊位于聚晶金刚石层的上表面。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的屋脊型非平面切削齿中，基体的下表面设有焊接定位结构。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的屋脊型非平面切削齿中，聚晶金刚石层是烧结后平均颗粒尺度1μm～50μm的聚晶金刚石层。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的屋脊型非平面切削齿中，聚晶金刚石层是烧结后平均颗粒尺度1μm～25μm的聚晶金刚石层。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的屋脊型非平面切削齿中，两个切削斜面之间具有140°到175°的夹角。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的屋脊型非平面切削齿中，两个切削斜面之间具有半径为0毫米到0.5毫米的相切的内圆角。本专利技术还提供了一种金刚石钻头，其包括：钻头本体，其内设有沿轴向贯通的水道，所述钻头本体的一端形成有连接部，所述钻头本体的另一端设有多个水眼，多个所述水眼与所述水道通孔相连通；多个刀翼，其沿圆周方向连接在所述钻头本体的另一端，所述刀翼的一侧并排设有多个切削齿，多个所述切削齿包括如权利要求1～10中任一项所述的屋脊型非平面切削齿。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的金刚石钻头中，所述刀翼具有内侧面和外侧面，所述内侧面和所述外侧面之间连接有刀翼顶面，多个所述切削齿设置在所述刀翼顶面靠近所述内侧面的外缘上；所述刀翼顶面由所述钻头本体的中心轴径向向外分为依次相连的心部、鼻部、肩部及保径部，所述心部靠近所述钻头本体的中心轴设置，所述保径部位于所述钻头本体的侧壁，所述切削齿分布于所述刀翼的心部、鼻部、肩部及保径部。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的金刚石钻头中，多个所述刀翼上还布置有多个副切削齿，所述副切削齿沿所述钻头本体的旋转切削方向布置在多个所述切削齿的后排，多个所述副切削齿包括所述屋脊型非平面切削齿。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的金刚石钻头中，所述屋脊型非平面切削齿设置在所述刀翼的心部。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的金刚石钻头中，所述屋脊型非平面切削齿设置在所述刀翼的肩部。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的金刚石钻头中，所述屋脊型非平面切削齿与所述切削齿沿所述钻头本体的轴心径向向外方向交错布置。本专利技术的屋脊型非平面切削齿及金刚石钻头的特点及优点是：1、本专利技术的屋脊型非平面切削齿，将传统的平面圆柱型切削齿设计更改为屋脊型非平面切削齿，可通过改变与切削齿周围与其相互作用的岩石及切削齿本身应力条件来大大提高其抗正向冲击能力及破岩效率；2、本专利技术的金刚石钻头，在钻进含砾石等复杂夹杂地层时，将屋脊型非平面切削齿布置于钻头肩部，可提高钻头抗冲击的能力；再有，在钻进高冲击性地层时将屋脊型非平面切削齿布置于鼻部外侧以及肩部，以改善此区域的齿抗冲击的能力，提高钻头寿命。当然，屋脊型非平面切削齿还可设置在金刚石钻头的刀翼的副切削齿位置时，以适应不同地层的钻进需求。附图说明图1为本专利技术的屋脊型非平面切削齿的立体结构示意图。图2为本专利技术的屋脊型非平面切削齿的主视结构示意图。图3为本专利技术的屋脊型非平面切削齿的一实施例结构示意图。图4为本专利技术的具有屋脊型非平面切削齿的金刚石钻头的剖视结构示意图。图5为本专利技术的具有屋脊型非平面切削齿的金刚石钻头的一布齿实施例的立体结构示意图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施方式一请参见图1及图2，示意了根据本专利技术一具体实施方式的屋脊型非平面切削齿的立体结构及主视结构。如图所示，本专利技术提供了一种屋脊型非平面切削齿，其包括圆柱本体1，所述圆柱本体1的端部表面设有一条横贯该表面中线的切削脊11，切削脊11为所述圆柱本体1的端部表面的最高点，切削脊11的两端延伸至所述圆柱本体1的端部表面外缘13，形成两个切削点131，切削脊11两侧的圆柱本体的端部表面为切削斜面14，切削斜面14的高度从切削脊11开始向圆柱本体1的端部表面外缘13逐渐递减。具体是，圆柱主体1包括由碳化钨材料制成的基体15及连接于基体15上方的聚晶金刚石层16，切削脊11位于聚晶金刚石层16的上表面，基体15的下表面设有焊接定位结构151。聚晶金刚石的材料属性主要由其烧结时选择的颗粒尺度决定，烧结后的聚晶金刚石平均颗粒尺度在1μm～50μm之间。颗粒尺度越小，烧结后的聚晶金刚石的耐磨性越高，但对应的抗冲击性则越低。在本专利技术中，通过立车试验测试该屋脊型非平面切削齿的耐磨性时发现，该屋脊型非平面切削齿的磨耗比相对常规平面齿较低，本专利技术在选择颗粒尺度时，选用较小的颗粒尺度进行烧结，优选地，本专利技术的聚晶金刚石层16烧结后平均颗粒尺度在1μm～25μm之间。进一步的，切削脊11位于所述圆柱本体的端部表面的最高点，切削脊11的两端(外端)延伸至聚晶金刚石层16的上表面外缘13。从聚晶金刚石层16的上方观看，切削脊11呈“一”型的图案，且切削脊11将聚晶金刚石层16的上表面分割为两个面，即两个切削斜面14，位于切削脊11两侧的聚晶金刚石层16上表面。切削斜面14自圆柱本体1的中部径向向外向下倾斜设置，换而言之，切削斜面14的高度自所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种屋脊型非平面切削齿，其特征在于，其包括圆柱本体，圆柱本体的端部表面设有一条横贯该表面中线的切削脊，切削脊处于圆柱本体的端部表面的最高点，切削脊的两端延伸至圆柱本体的端部表面外缘，切削脊将圆柱本体的端部表面分为两个分别位于切削脊两侧的切削斜面，切削斜面的高度自切削脊向所述圆柱本体的端部表面外缘线性递减。

【技术特征摘要】
1.一种屋脊型非平面切削齿，其特征在于，其包括圆柱本体，圆柱本体的端部表面设有一条横贯该表面中线的切削脊，切削脊处于圆柱本体的端部表面的最高点，切削脊的两端延伸至圆柱本体的端部表面外缘，切削脊将圆柱本体的端部表面分为两个分别位于切削脊两侧的切削斜面，切削斜面的高度自切削脊向所述圆柱本体的端部表面外缘线性递减。2.根据权利要求1所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，切削脊的两端延伸至圆柱本体的端部表面外缘形成两个切削点。3.根据权利要求1所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，圆柱本体包括由碳化钨材料制成的基体及连接于基体上方的聚晶金刚石层，切削脊位于聚晶金刚石层的上表面。4.根据权利要求3所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，基体的下表面设有焊接定位结构。5.根据权利要求3所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，聚晶金刚石层是烧结后平均颗粒尺度1μm～50μm的聚晶金刚石层。6.根据权利要求5所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，聚晶金刚石层是烧结后平均颗粒尺度1μm～25μm的聚晶金刚石层。7.根据权利要求1所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，两个切削斜面之间具有140°到175°的夹角。8.根据权利要求7所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，所述两个切削斜面之间的夹角为160°或170°～175°。9.根据权利要求1所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，两个切削斜面之间具有半径为0毫米到0.5毫米的相切的内圆角。10.根据权利要求9所述的屋脊型非平面切削齿，其特征在于，两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓敏，陈德民，白登相，杨雄文，王永红，刘宇，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，北京华美世纪国际技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11