CN104329030B - 一种六点定位内凹三翼pdc不取芯钻头结构及其保径方法 - Google Patents
一种六点定位内凹三翼pdc不取芯钻头结构及其保径方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构及保径方法，所述不取芯钻头包括钻头胎体和钻头钢体，所述钻头胎体上设包括三个刀翼的刀翼部、中心内凹部、钻头体保径部、喷嘴、流道和排泄槽，钻头胎体的三个刀翼由WC粉料通过砂模烧结在钻头钢体上，中间内凹部使钻头钻进时进入凹槽，形成短圆柱圆芯，PDC切削齿固定在刀翼和中心内凹部，保证钻头钻入碎性地层。钻头体保径部采用与钻头直径不同心的圆弧段组成，保径后端与钻头直径重合，钻头喷嘴通过砂芯棒直接在钻头体上成型，中心内凹部与刀翼部间流道连成一体，有利于岩屑的及时排出。因此钻头钻进时稳定性好，机械钻速更快，使用寿命更长。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚晶金刚石(PDC)复合片钻头，尤其涉及一种六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构及其保径方法，属于钻采工具领域。
背景技术
聚晶金刚石复合片钻头是金刚石钻头的一种，聚晶金刚石复合片英文缩写为PDC，聚晶金刚石复合片钻头也称PDC钻头，广泛应用于工程施工、水文、煤田地质勘探与煤矿井下、煤矿井下瓦斯抽放、注水与排水等钻孔的回转及冲击回转钻进等领域。现有技术中，钻进中硬～硬的破碎性地层，用硬质合金齿钻头钻进存在机械钻速慢、寿命短及崩齿的质量问题，导致额外的起下钻作业，增加了钻进的时间和作业费用，钻井成本较高。因此目前钻井、开孔都采用机械钻速较快的内凹PDC钻头，提高钻进和开孔的速度，且不存在掉牙轮的质量问题，大大降低了作业成本。虽然PDC钻头的PDC复合片坚硬，耐磨使用寿命长，但不耐冲击，在中硬～硬的破碎性地层快速钻进时因钻头的振动、冲击，导致PDC复合片过早破碎失效，导致这种钻头没有充分发挥PDC复合片钻头使用寿命长的优势，因而亟需对现有的PDC复合片钻头结构进行改进，以防止PDC复合片过早破碎失效，从而提高PDC钻头的使用寿命。
发明内容
为克服现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种机械钻速快、钻进稳定性高、使用寿命长的六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构及其保径方法，主要通过设置钻头体保径部与钻头直径采用不同心的圆弧环的方式，使钻头的钻头体保径部与井壁的接触由面接触变为线接触，大大减少了钻头与井壁的接触面积，有效降低了钻头的摩擦阻力，使得钻头与井壁摩擦产生的瞬时温度大大降低，从而有效解决现有的PDC复合片钻头易破碎失效、使用寿命较短的技术问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构，包括钻头胎体和钻头钢体，所述钻头胎体设置于钻头钢体的端部，所述钻头胎体上设刀翼部、中心内凹部和钻头体保径部，所述刀翼部包括三个刀翼并沿周向均匀布置在所述钻头胎体的上端面，所述中心内凹部为形成在钻头胎体的中心区域的一个允许钻头钻进时形成短圆柱岩芯的凹槽，各刀翼以及所述凹槽的上端面固定有PDC切削齿，其特征在于，
所述钻头体保径部形成在所述钻头胎体的外侧面，所述保径部与各所述刀翼组成所述钻头结构的保径结构，所述保径部的外表面与所述钻头结构的外旋转面之间形成有六条沿所述钻头结构轴线方向延伸的接触线，所述外旋转面为钻头结构在旋转时所形成的最大外圆柱面，该最大外圆柱面为一假想面，钻头体保径部与每个刀翼对应的部分上各分布两条接触线，所述钻头体保径部上在每条接触线对应的部位上镶圆柱聚晶金刚石。
优选地，各所述接触线均匀分布在所述钻头体保径部上。
进一步地，每一刀翼对应的保径环上分布有两条接触线。
优选地，所述钻头结构还设置有喷嘴、流道和排屑槽，所述喷嘴固定在所述钻头胎体上，所述钻头胎体和钻头钢体中形成有所述流道，所述排屑槽形成在所述钻头胎体上，所述喷嘴、流道和排屑槽构成所述钻头的水力系统。
根据本发明的另一方面，还提供了一种六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头的保径方法，所述不取芯钻头包括钻头胎体和钻头钢体，所述钻头胎体设置于钻头钢体的端部，所述钻头胎体上设刀翼部、中心内凹部和钻头体保径部，所述刀翼部包括三个刀翼并沿周向均匀布置在所述钻头胎体的上端面，所述中心内凹部为形成在钻头胎体的中心区域的一个允许钻头钻进时形成短圆柱岩芯的凹槽，各刀翼以及所述凹槽的上端面固定有PDC切削齿，其特征在于，
所述钻头体保径部形成在所述钻头胎体的外侧面，所述保径部与各所述刀翼组成所述钻头结构的保径结构，所述保径部的外表面与所述钻头结构的外旋转面之间形成有六条沿所述钻头结构轴线方向延伸的接触线，所述外旋转面为钻头结构在旋转时所形成的最大外圆柱面，该最大外圆柱面为一假想面，钻头体保径部与每个刀翼对应的部分上各分布两条接触线，所述钻头体保径部上在每条接触线对应的部位上镶圆柱聚晶金刚石。
同现有技术相比，本发明的六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构及其保径方法具有显著的技术效果：本发明的钻头结构，其钻头体保径部与井壁的接触由面接触变为线接触，大大减少了与井壁的接触面积，钻进时摩擦阻力小，攻击性更强，使得机械钻速更快，同时与井壁摩擦产生的瞬时温度也大大降低，有利于保护圆柱聚晶金刚石，保径效果更好。因采用六点定位，避免了面接触的自由度冗余的情况，达到了动态的力平衡调整，钻进时稳定性更好，有利于平稳钻进，避免了钻进时的横向摆动冲击PDC复合片，提高了钻头的使用寿命，稳定了钻头的使用质量。
附图说明
图1为本发明的六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构的俯视图；
图2示出了本发明的六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构的剖视图；
图3为本发明的六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的具体实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参照图1和图2，本发明的六点定位内凹三翼人造金刚石不取芯钻头主要由钻头胎体1，钻头钢体2，三个刀翼3，刀翼人造金刚石切削齿4，内凹人造金刚石切削齿5，六点定位保径部6，喷嘴7、流道8和排屑槽9组成。刀翼3固定在钻头钢体2组成钻头胎体1，钻头胎体1中心区域有一个允许钻头钻进时形成短圆柱岩芯的凹槽，刀翼人造金刚石切削齿4固定在刀翼3，内凹人造金刚石切削齿5固定在钻头胎体1中心，喷嘴7固定在胎体1和钻头钢体2上，与流道8及排屑槽9组成了钻头的水力系统。六点定位保径环7其保径环采用了与钻头直径不同心的圆弧环，内镶圆柱聚晶金刚石，与刀翼3组成了保径结构。
钻头胎体1设置于钻头钢体2的端部，钻头胎体1的上端面靠近外圆周沿周向均匀设置有三个刀翼3，各刀翼上固定设置有PDC切削齿，钻头胎体1的中心区域形成为一个允许钻头钻进时形成短圆柱岩芯的凹槽，凹槽的上端面固定有内凹PDC切削齿5，钻头胎体1的外侧面形成为钻头结构的保径环，保径环上镶圆柱聚晶金刚石，保径环与各刀翼组成钻头结构的保径结构，保径部的外表面与钻头结构的外旋转面之间形成有六条沿钻头结构轴线方向延伸的接触线，外旋转面为钻头结构在旋转时所形成的最大外圆柱面，该最大外圆柱面为一假想面。各接触线均匀分布在保径部上。每一刀翼对应的保径部上分布有两条接触线。
由于本发明在保径环部位采用了与钻头直径不同心过渡圆弧结构，三个保径切削齿与保径环后角与井壁共六点同时接触，这样钻头的保径环与井壁的接触由面接触变为线接触，大大减少了与井壁的接触面积，钻进时摩擦阻力小，攻击性更强，使得机械钻速更快。因保径环采用不同心的圆弧结构，保径齿、内镶圆柱聚晶金刚石的保径环交替磨损，井壁摩擦产生的瞬时温度也大大降低，有利于保护圆柱聚晶金刚石，保径效果更好。采用六点定位，避免了面接触的自由度冗余的情况，达到了动态的力平衡调整，钻进时稳定性更好，有利于平稳钻进，避免了钻进时的横向摆动冲击人造金刚石复合片避免了早期破损，提高了钻头的使用寿命，稳定了钻头的质量。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的范围内可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构，包括钻头胎体和钻头钢体，所述钻头胎体设置于钻头钢体的端部，所述钻头胎体上设刀翼部、中心内凹部和钻头体保径部，所述刀翼部包括三个刀翼并沿周向均匀布置在所述钻头胎体的上端面，所述中心内凹部为形成在钻头胎体的中心区域的一个允许钻头钻进时形成短圆柱岩芯的凹槽，各刀翼以及所述凹槽的上端面固定有PDC切削齿，其特征在于，
所述钻头体保径部形成在所述钻头胎体的外侧面，所述保径部与各所述刀翼组成所述钻头结构的保径结构，所述保径部的外表面与所述钻头结构的外旋转面之间形成有六条沿所述钻头结构轴线方向延伸的接触线，所述外旋转面为钻头结构在旋转时所形成的最大外圆柱面，该最大外圆柱面为一假想面，钻头体保径部与每个刀翼对应的部分上各分布两条接触线，所述钻头体保径部上在每条接触线对应的部位上镶圆柱聚晶金刚石。
2.根据权利要求1所述的六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构，其特征在于，各所述接触线均匀分布在所述钻头体保径部上。
3.根据权利要求1或2所述的六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构，其特征在于，每一刀翼对应的保径环上分布有两条接触线。
4.根据权利要求1所述的六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头结构，其特征在于，所述钻头结构还设置有喷嘴、流道和排屑槽，所述喷嘴固定在所述钻头胎体上，所述钻头胎体和钻头钢体中形成有所述流道，所述排屑槽形成在所述钻头胎体上，所述喷嘴、流道和排屑槽构成所述钻头的水力系统。
5.一种六点定位内凹三翼PDC不取芯钻头的保径方法，所述不取芯钻头包括钻头胎体和钻头钢体，所述钻头胎体设置于钻头钢体的端部，所述钻头胎体上设刀翼部、中心内凹部和钻头体保径部，所述刀翼部包括三个刀翼并沿周向均匀布置在所述钻头胎体的上端面，所述中心内凹部为形成在钻头胎体的中心区域的一个允许钻头钻进时形成短圆柱岩芯的凹槽，各刀翼以及所述凹槽的上端面固定有PDC切削齿，其特征在于，
所述钻头体保径部形成在所述钻头胎体的外侧面，所述保径部与各所述刀翼组成所述钻头结构的保径结构，所述保径部的外表面与所述钻头结构的外旋转面之间形成有六条沿所述钻头结构轴线方向延伸的接触线，所述外旋转面为钻头结构在旋转时所形成的最大外圆柱面，该最大外圆柱面为一假想面，钻头体保径部与每个刀翼对应的部分上各分布两条接触线，所述钻头体保径部上在每条接触线对应的部位上镶圆柱聚晶金刚石。
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