一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，属于石油天然气钻井、地质勘探、矿山工程、建筑基础工程施工等钻探设备工具领域。包括钻头体、后排齿、主切削齿和宽顶凸棱齿。本实用新型专利技术所述宽顶凸棱齿由顶部和底部组成，顶部由顶面、锥形凸棱面及至少2个斜面组成。所述斜面与锥形凸棱面沿周向围绕顶面间隔布置。宽顶凸棱齿的轴线与PDC钻头冠面的法线形成安装仰角，加强宽顶凸棱齿的辅助切削功能。本实用新型专利技术所述宽顶凸棱齿及PDC钻头能够增强钻头的切削能力、稳定性以及耐磨性，延长钻头寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头
本技术涉及一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，属于石油天然气钻井、地质勘探、矿山工程、建筑基础工程施工等钻探设备工具领域。
技术介绍
聚晶金刚石复合片又称PDC复合片(或PDC齿)，由于其高硬度高耐磨性的特点，被广泛应用于PDC钻头。据统计，如今全球超过90％的石油、天然气钻井进尺由PDC钻头完成。随着油气井逐渐向深井、超深井发展，对PDC钻头提出了更高的要求，设计人员针对PDC钻头的结构、材料、切削齿以及切削参数等方面进行了创新和改造，PDC钻头的性能不断提高。目前，PDC钻头在石油钻探等领域已占据主导地位。常规PDC钻头的切削齿通常固定在钻头主体的固定式刀翼上。在高硬度高研磨性的地层工作时，切削齿的磨损速率较快，导致钻头寿命较短；在非均质地层或软硬夹层中工作时，由于吃深不稳定以及较大的冲击振动，导致切削齿非正常磨损加剧，冲击崩坏现象增加，钻头寿命明显降低。目前虽有辅助切削齿被用于PDC钻头的布齿设计中，但该种常规辅助切削齿与主切削齿的几何特征基本相同，且与岩石接触面积较小，辅助切削能力和限制吃深的作用有限。另外，常规辅助切削齿易磨损和冲击崩坏，提前失去辅助切削的作用，增加主切削齿的破岩负担，从而降低钻头寿命。
技术实现思路
本技术的目的在于解决上述问题而提出一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，增强钻头的切削能力和稳定性，延长钻头寿命。本技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，包括钻头体及钻头体上布置的切削齿，所述钻头体上至少有一颗切削齿为宽顶凸棱齿，所述宽顶凸棱齿由顶部和底部组成并通过底部固结在PDC钻头体上，所述宽顶凸棱齿的顶部由顶面和锥形凸棱面及至少2个斜面组成，所述斜面与锥形凸棱面沿周向间隔布置，所述斜面的锥角大于等于所述锥形凸棱面的锥角，所述宽顶凸棱齿的底部为柱体。作为优选方案，所述宽顶凸棱齿的底部为圆柱。作为优选方案，所述斜面的锥角小于等于170°，所述锥形凸棱面的锥角小于等于160°。作为优选方案，宽顶凸棱齿的顶面为平面。作为优选方案，宽顶凸棱齿的顶面为外凸的曲面。作为优选方案，宽顶凸棱齿的顶面为内凹的曲面。作为优选方案，宽顶凸棱齿的斜面为平面。作为优选方案，宽顶凸棱齿的斜面为外凸曲面。作为优选方案，宽顶凸棱齿的斜面为内凹曲面。作为优选方案，斜面与锥形凸棱面沿周向间隔对称均布。宽顶凸棱齿的顶部表面为聚晶金刚石、孕镶金刚石或立方氮化硼材料，底部为硬质合金或孕镶金刚石材料。宽顶凸棱齿布置在PDC钻头的刀翼的后排上，作为后备齿辅助切削以及限制吃深，宽顶凸棱齿的轴线与PDC钻头冠面的法线的夹角，即安装仰角c范围为0<c<15°。宽顶凸棱齿最靠近前排齿的棱与所在钻头周向布齿位置的半径Rc在轴向上投影形成夹角，即齿旋角d，范围是-15°<d<15°。由上述技术方案可知，本技术的一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头的优点和积极效果在于：当宽顶凸棱齿刚开始工作的时候，由于齿的轴线与PDC钻头冠面的法线存在夹角c，因此在切削方向上最前方的棱可作为切削刃参与破岩，分担主切削齿的破岩负担，减缓主切削齿磨损，增加钻头寿命。当切削方向上最前方的棱工作一段时间后，由于被磨损，吃入岩石的能力下降，参与破岩的作用变小，转而限制主切削齿的吃深，避免主切削齿因吃入岩石深度过大而产生钻头粘滑和切削齿崩坏等不良现象，进而延长钻头的使用寿命。另一方面，当宽顶凸棱齿的一条棱因磨损而无法吃入岩石后，可在维修时旋转一定的角度，让全新的棱作为切削刃再次参与破岩，增强了齿的互换性和利用率，节约成本。附图说明通过结合附图考虑一下对本技术的详细说明，本技术的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本技术的一种示范性图解，并非一定是按照比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：图1为本技术的一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头的立体图。图2为本技术实施例1的宽顶凸棱齿的示意图。图3为本技术的宽顶凸棱齿锥形凸棱面锥角示意图。图4为本技术的宽顶凸棱齿斜面锥角示意图。图5为本技术实施例2的宽顶凸棱齿的示意图。图6为本技术的一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头安装仰角示意图。图7为本技术的一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头齿旋角示意图。其中1为钻头体、2为后排齿、3为主切削齿、4为宽顶凸棱齿、5为底部、6为斜面、7为顶面、8为锥形凸棱面，9为钻头冠面。a表示锥形凸棱面锥角，b表示斜面锥角，c表示安装仰角，d表示齿旋角,Rc表示以钻头轴线为圆心宽顶凸棱齿所在位置的半径。具体实施方式如下面将结合本技术的附图，对本技术实施案例中的技术方案进行清楚完整地描述，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或者更多的实施方式中。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员再没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1、图2，一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，包括钻头体1、后排齿2、主切削齿3、宽顶凸棱齿4。宽顶凸棱齿4的特征如图2，由顶部和底部5组成，宽顶凸棱齿4的顶部由顶面7和锥形凸棱面8及至少两个斜面6组成，斜面6与锥形凸棱面8沿周向间隔布置，宽顶凸棱齿4的底部5为圆柱，通过底部5固结在钻头体1上。顶面7在轴向上的投影面积不宜过小，至少大于0.2倍底部5截面面积。宽顶凸棱齿4的顶部表面为聚晶金刚石、孕镶金刚石或立方氮化硼材料，底部为硬质合金或孕镶金刚石材料。如图3所示，宽顶凸棱齿4的锥形凸棱面8在径向方向投影的轮廓线形成的夹角即为锥形凸棱面锥角a，且范围为0<a<160°。如图4所示，斜面6在径向方向投影的轮廓线的切面形成的锥角b,范围为0<b<170°,斜面锥角b大于等于锥形凸棱面的锥角a。宽顶凸棱齿4的顶面7为平面、外凸的曲面或内凹的曲面。宽顶凸棱齿4的斜面6为平面、外凸的曲面或内凹的曲面。斜面6与锥形凸棱面8沿周向间隔对称均布。如图6，宽顶凸棱齿4布置在钻头刀翼的后排上。在钻进岩石时，由前排的主切削齿3接触并破碎岩石，宽顶凸棱齿4作为后备齿进行辅助切削，从而减小主切削齿3的磨损。当宽顶凸棱齿4辅助切削工作一段时间后，切削刃被磨损，吃入岩石逐渐困难，则可作为缓冲齿限制吃深。宽顶凸棱齿4的轴线与PDC钻头冠面的法线具有一定的夹角，即安装仰角c，范围为0～15°。宽顶凸棱齿4最靠近前排齿3的棱与所在钻头周向布齿位置的半径Rc在轴向上投影形成夹角，即齿旋角d，范围是-15°<d<15°，如图7。实施例1如图1、图2、图6、图7所示，一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，钻头由钻头体1、后排齿2、主切削齿3、宽顶凸棱齿4组成。所述宽顶凸棱齿4的顶部具有两个斜面6、一个顶面7、锥形凸棱面8。两个斜面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，包括钻头体及钻头体上布置的切削齿，其特征在于：所述钻头体上至少有一颗切削齿为宽顶凸棱齿，所述宽顶凸棱齿由顶部和底部组成并通过底部固结在PDC钻头体上，所述宽顶凸棱齿的顶部由顶面和锥形凸棱面及至少2个斜面组成，所述斜面与锥形凸棱面沿周向间隔布置，所述斜面的锥角大于等于所述锥形凸棱面的锥角，所述宽顶凸棱齿的底部为柱体。/n

【技术特征摘要】
1.一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，包括钻头体及钻头体上布置的切削齿，其特征在于：所述钻头体上至少有一颗切削齿为宽顶凸棱齿，所述宽顶凸棱齿由顶部和底部组成并通过底部固结在PDC钻头体上，所述宽顶凸棱齿的顶部由顶面和锥形凸棱面及至少2个斜面组成，所述斜面与锥形凸棱面沿周向间隔布置，所述斜面的锥角大于等于所述锥形凸棱面的锥角，所述宽顶凸棱齿的底部为柱体。


2.根据权利要求1所述的一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，其特征在于：所述宽顶凸棱齿的底部为圆柱。


3.根据权利要求1所述的一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，其特征在于：所述斜面的锥角小于等于170°，所述锥形凸棱面的锥角小于等于160°。


4.根据权利要求1所述的一种带有宽顶凸棱齿的PDC钻头，其特征在于：所述宽顶凸棱齿的顶面为平面。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：况雨春，杨博，秦超，王勤，
申请(专利权)人：成都海锐能源科技有限公司，西南石油大学，
类型：新型
国别省市：四川;51