一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头，属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域。钻头包括钻头体、刀翼、水眼或喷嘴、切削齿、减振节等。其特征在于：每个刀翼上至少设置一个蝶形布齿的切削齿，且蝶形布齿的1号切削齿切削轮廓线区域与非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线区域共同形成井底切削区域，当蝶形布齿的1号切削齿高于蝶形布齿的2、3号切削齿的出露高度磨损一定量之后，每个刀翼上的所有蝶形布齿的1、2、3号切削齿共同形成二次切削轮廓线。本发明专利技术采用蝶形布齿的方式提高了钻头的布齿密度，蝶形布齿的1号切削齿与2、3号切削齿的切削轮廓线的协调设计增强了钻头的切削能力，延长钻头使用寿命，减少起下钻次数，降低钻井成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头


[0001]本技术属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备
，特别涉及一种用于钻探设备破岩的聚晶金刚石复合片钻头。

技术介绍

[0002]钻头是石油钻井中用来破碎岩石以形成井眼的工具。石油钻井中常用钻头主要为表、孕镶金刚石钻头、刮刀钻头、牙轮钻头和聚晶金刚石复合片钻头。聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石层和基体复合而成，聚晶金刚石复合片(也称PDC齿、复合片、切削齿或齿)因其具有优异的力学和化学性能，如强度高、韧性好及抗腐蚀性能好，而被广泛用来制造超硬刀具、地质深井及太空钻头上。
[0003]聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact Bit，简称PDC钻头) 于上世纪七十年代在石油钻井中得以应用，以切削方式破碎岩石，是钻井工程(特别是石油天然气钻井工程)中使用的主要钻头品种之一。能自锐、高硬度、耐磨的切削齿在钻压的作用下很容易切入地层，在扭矩的作用下向前移动剪切岩石。多个聚晶金刚石复合片切削齿同时工作，井底岩石的自由面多，岩石在剪切作用下也容易破碎，因此破碎效率高，钻进速度快，成本低，这类钻头便大范围地运用在了油气田等领域。
[0004]聚晶金刚石复合片钻头由钻头体、聚晶金刚石复合片和喷嘴等部分组成，按照结构与制造工艺的不同分为刚体和胎体两大类。聚晶金刚石复合片钻头在设计过程中，切削齿的轴面轮廓线、钻头的轴面布齿图、刀翼的轴面布齿图、刀翼本体轮廓线、钻头的切削轮廓线、刀翼的切削轮廓线、出露高度决定着钻头冠型、切削齿的位置、切削齿的吃入能力等。切削齿轴面轮廓线为当钻头只作绕钻头轴线的转动时，各切削齿的齿刃轮廓线与布齿轴面相交形成交线，如图4、9、14、19中每个圆或椭圆，当将钻头上所有刀翼的主切削齿的轴面轮廓线汇集在同一轴面上，就形成了钻头的轴面布齿图，由于轴面布齿图能准确反映钻头上切削齿对井底岩石的径向覆盖情况，故又叫井底覆盖布齿图，简称覆盖布齿图或井底覆盖图，特别地当只给出某一刀翼上所有主切削齿的轴面轮廓线，而将其他刀翼主切削齿的轴面轮廓线隐去则为该刀翼的轴面布齿图。刀翼本体轮廓线为当钻头只做绕钻头轴向的转动时，刀翼的前侧面与刀翼的布齿面的交线在旋转的过程中会形成以钻头轴线为轴线的回转曲面与轴面的交线，亦即刀翼轮廓线。钻头的切削轮廓线为在钻头的轴面布齿图上作所有主切削齿的轴面轮廓线相切的外包络线，特别地，当作某刀翼的轴面布齿图上左右主切削齿的轴面轮廓线的外包络线即为刀翼的切削轮廓线。出露高度为切削齿超出刀翼的切削轮廓线的高度，切削齿的出露高度是决定钻头侵入岩石能力的重要因素。通常除了规径面的切削齿的出露高度不同，其他位于刀翼布齿面上的主切削齿的出露高度是相同或者接近的。
[0005]钻头是井下的重要工具之一，在钻井工程中起着关键作用。
[0006]虽然聚晶金刚石复合片钻头现在已经广泛应用于钻探开发中，但在面对复杂难钻地层 (高硬度、高研磨性乃至含砾石层、夹层等不均质地层)时，使钻进变得更加困难。在钻
探岩层时聚晶金刚石复合片钻头常常会出现许多问题，如当在硬地层钻进时，为使钻头的吃入能力增强，往往采用切削齿直径较小的，但这使得切削齿的出露高度减少、切削齿的磨损速度加快，钻头寿命降低，若采用大直径的切削齿则切削齿难以吃入地层。当钻头在硬地层或不均质地层钻进时，切削齿易受到较强的冲击载荷，部分切削齿易崩齿、聚晶金刚石层脱落、断裂、掉片、齿柱冲蚀等快速失效现象，进而产生环切现象，在该径向工作区域的切削齿的出露部分大部分被磨损掉，从而在钻头刀翼本体磨出环形槽，一旦发生环切现象，其他切削齿在较大的比压降低，钻头的破岩效率会显著下降。钻头转速低、切削齿破岩效果不好会大大增加钻井成本。为减少钻头磨损量、加快钻进速度、提高钻井效率，对高速的聚晶金刚石复合片钻头和钻头布齿方面的研究必不可少。

技术实现思路

[0007]本技术的目的在于：提出一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头，该方案能够使蝶形布齿的1号切削齿与非蝶形布齿切削齿轴向轮廓线形成钻头的切削轮廓线对井底进行切削磨损掉出露高度高于蝶形布齿的2、3号切削齿的1号齿后露出蝶形布齿的2、3号齿，蝶形布齿的1、2、3号切削齿再与非蝶形布齿的切削齿形成钻头的切削轮廓线对井底进行刮切，能有限避免环切现象，增强钻头的使用寿命，使钻头能够持续高效钻进，降低成本。
[0008]本技术目的通过下述技术方案来实现：
[0009]一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头，包括钻头体、刀翼、水眼或喷嘴、切削齿、减振节等。其特征在于：每个刀翼上至少设置一个蝶形布齿的切削齿，且蝶形布齿的1号切削齿切削轮廓线区域与非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线区域共同形成井底切削区域，当蝶形布齿的1号切削齿高于蝶形布齿的2、3号切削齿的出露高度磨损一定量之后，每个刀翼上的所有蝶形布齿的1、2、3号切削齿共同形成二次切削轮廓线。
[0010]对于本技术所涉及的钻头体、刀翼、水眼或喷嘴、切削齿、减振节、刀翼本体轮廓线、切削轮廓线、出露高度为本领域公知的概念，在此不做赘述，可以参考如图1、图6、图11、图16所示，为本技术钻头的结构示意图，其中，1为连接螺纹、2为接头、21 和24为非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线、22为蝶形布齿的1号切削齿的切削轮廓线、23 为蝶形布齿的2、3号切削齿的切削轮廓线、3为刀翼、32为刀翼本体轮廓线、4为非蝶形布齿的切削齿、5为水眼或者喷嘴、6为蝶形布齿的圆弧月牙形
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圆形
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圆弧月牙形切削齿具体形态图、61为蝶形布齿的圆弧月牙形
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圆形
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圆弧月牙形切削齿中的圆形1号切削齿、62 为蝶形布齿的圆弧月牙形
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圆形
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圆弧月牙形切削齿中靠近回转轴的圆弧月牙形2号切削齿、 63为蝶形布齿的圆弧月牙形
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圆形
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圆弧月牙形切削齿中远离回转轴的圆弧月牙形3号切削齿、7为减振节、8为钻头体、9为蝶形布齿的圆弧月牙形
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椭圆形
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圆弧月牙形切削齿具体形态图、91为蝶形布齿的圆弧月牙形
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椭圆形
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圆弧月牙形切削齿中的椭圆形1号切削齿、 92为蝶形布齿的圆弧月牙形
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椭圆形
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圆弧月牙形切削齿中靠近回转轴的圆弧月牙形2号切削齿、93为蝶形布齿的圆弧月牙形
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椭圆形
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圆弧月牙形切削齿中远离回转轴的圆弧月牙形3 号切削齿、10为蝶形布齿的椭圆弧月牙形
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圆形
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椭圆弧月牙形切削齿具体形态图、101为蝶形布齿的椭圆弧月牙形
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圆形
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椭圆弧月牙形切削齿中的圆形1号切削齿、102为蝶形布齿的椭圆弧月牙形
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圆形
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椭圆弧月牙形切削齿中靠近回转轴的椭圆弧月牙形2号切削齿、1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头，包括钻头体、刀翼、水眼或喷嘴、切削齿、减振节等；其特征在于：每个刀翼上至少设置一个蝶形布齿的切削齿，且蝶形布齿的1号切削齿切削轮廓线区域与非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线区域共同形成井底切削区域，当蝶形布齿的1号切削齿高于蝶形布齿的2、3号切削齿的出露高度磨损一定量之后，每个刀翼上的所有蝶形布齿的1、2、3号切削齿共同形成二次切削轮廓线。2.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：钻头冠部形状为直线
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圆弧
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圆弧
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倒角，内锥角为浅锥，冠顶高度G的取值范围与钻头直径之间的关系如下：1/8D≤G≤3/8D。3.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：刀翼为阿基米德螺旋线，刀翼跨度角为10
°
，切削齿的布齿为逆向布齿，钻头每个刀翼上使用减振节，蝶形布齿的切削齿的分布在每个刀翼的冠顶或外锥。4.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：何灵，刘伟吉，祝效华，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：