CN105952382A - 一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头 - Google Patents

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李勇
李伟成
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Abstract

本发明公开了一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，属于石油天燃气、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，解决现有技术中单一切削结构的孕镶金刚石钻头在难钻、复杂地层孕镶金刚石钻头寿命短，对于地质勘探造成不利影响的问题。本发明包括API接头、与API接头相连接的钻头体，在钻头体上设置有中心水道、多个刀翼和相邻两刀翼之间的水道，在刀翼的上表面上设置有双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿、孕镶B型齿、孕镶C型齿和双切削结构孕镶A2型齿；在双切削结构孕镶A1型齿和双切削结构孕镶A2型齿切削面表镶大颗粒天然金刚石、内部均匀有序排列有人造小颗粒金刚石，在孕镶A型齿、孕镶B型齿和孕镶C型齿内设置有小颗粒金刚石。本发明用于钻探。

Description

一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头
技术领域
一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，用于钻探，属于石油天燃气、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。
背景技术
孕镶金刚石钻头采用小颗粒金刚石作为切削元件，具有抗压能力大、抗磨能力强、抗冲击能力较好的特点，适合钻探对PDC钻头和牙轮钻头而言难以钻探的地层，具有高硬度、高研磨性等。但是现有设计的孕镶金刚石钻头使用金刚石颗粒较细，对于岩层的体积破碎效率低。由于金刚石与胎体的界面能很高，使得金刚石与胎体间的浸润性和粘结能力很差，结合强度低，胎体强度不够而过早的磨损，使得金刚石颗粒容易过早脱落。采用单一切削结构的孕镶金刚石钻头，在难钻、复杂地层孕镶金刚石钻头寿命短，对于地质勘探造成不利影响。
发明内容
本发明针对上述不足之处提供了一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，解决现有技术中单一切削结构的孕镶金刚石钻头，在难钻、复杂地层孕镶金刚石钻头寿命短，对于地质勘探造成不利影响的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，包括API接头、与API接头相连接的钻头体，其特征在于：在钻头体上设置有中心水道、多个刀翼和相邻两刀翼之间的水道，在刀翼的上表面上设置有双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿、孕镶B型齿、孕镶C型齿和双切削结构孕镶A2型齿；在双切削结构孕镶A1型齿和双切削结构孕镶A2型齿的切削面表镶大颗粒天然金刚石、内部均匀有序排列有小颗粒金刚石，在孕镶A型齿、孕镶B型齿和孕镶C型齿内设置有小颗粒金刚石。
进一步，每间隔一个刀翼上设置有加强保径。
进一步，所述刀翼和加强保径之间构成的水道为辐射式深水道，所述大颗粒天然金刚石20～25目，小颗粒金刚石25～50目。
进一步，所述刀翼包括长刀翼和短刀翼，至少有两组长刀翼在钻头心处相连接，所述长刀翼在钻头心的连接处上设置有PDC复合片。
进一步，在API接头相对应端上，从短刀翼端部开始，至少有一短刀翼上依次设置有孕镶C型齿、孕镶B型齿、双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿和双切削结构孕镶A2型齿。
进一步，在API接头相对应端上，从短刀翼端部开始，至少有一短刀翼上依次设置有孕镶C型齿、双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿和双切削结构孕镶A2型齿。
进一步，在API接头相对应端上，从短刀翼端部开始，至少有一短刀翼上依次设置有孕镶C型齿、双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿、双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿和双切削结构孕镶A2型齿。
进一步，从钻头心相连接处开始，至少有一长刀翼上依次设置有PDC复合片、双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿、双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿和双切削结构孕镶A2型齿。
进一步，从钻头心相连接处开始，至少有一长刀翼上依次设置有PDC复合片、孕镶A型齿、双切削结构孕镶A1型齿、孕镶A型齿和双切削结构孕镶A2型齿。
进一步，所述刀翼上设置有非连续布齿间隔槽，所述非连续布齿间隔槽将双切削结构孕镶A1型齿、PDC复合片、孕镶A型齿、孕镶B型齿、孕镶C型齿和双切削结构孕镶A2型齿相隔离开。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
一、本发明具有双切削结构，采用表镶大颗粒天然金刚石和孕镶小颗粒金刚石作为切削元件，采用大颗粒天然金刚石做为切削元件可以提高岩石破碎效率，等表镶的大颗粒天然金刚石切削过程中脱落完后，孕镶的小颗粒金刚石开始切削破碎岩石，可以提高钻头的机械钻速和钻头寿命；
二、本发明采用非连续性间断布齿设计，且每颗切削齿之间都有间隙，易于高转速下，岩屑的排除，防止因水力效果不好造成钻头烧心的事情发生，提高机械钻速；
三、本发明采用多种形状结构的孕镶齿混合布齿设计，提高钻头金刚石含量，提高孕镶金刚石钻头寿命；
四、本发明钻头心部设计PDC切削齿结构，避免高速钻进过程中出现钻头心部薄弱出现掏心现象，提高钻头寿命；
五、本发明采用中心水道和辐射式深水道设计，提高钻头在高钻速下，岩屑的运移能力。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的立体示意图；
图3为本发明中孕镶A型齿示意图；
图4为本发明中孕镶B型齿示意图；
图5为本发明中双切削结构孕镶A2型齿示意图；
图6为本发明中双切削结构孕镶A1型齿示意图；
图7为本发明中孕镶C型齿示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，包括API接头12、与API接头12相连接的钻头体11，在钻头体11上设置有中心水道2、多个刀翼13和相邻两刀翼13之间的水道，在刀翼13的上表面上设置有双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、孕镶B型齿5、孕镶C型齿6和双切削结构孕镶A2型齿8；将双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、孕镶B型齿5、孕镶C型齿6和双切削结构孕镶A2型齿8混合设计在刀翼13上，在双切削结构孕镶A1型齿1和双切削结构孕镶A2型齿8的切削面表镶大颗粒天然金刚石、内部均匀有序排列有小颗粒金刚石，在孕镶A型齿4、孕镶B型齿5和孕镶C型齿6内设置有小颗粒金刚石。采用表镶大颗粒天然金刚石和孕镶小颗粒金刚石作为切削元件，采用大颗粒天然金刚石做为切削元件可以提高岩石破碎效率，等表镶的大颗粒天然金刚石切削过程中脱落完后，孕镶的小颗粒金刚石开始切削破碎岩石，可以提高钻头的机械钻速和钻头寿命。
实施例2
一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，包括API接头12、与API接头12相连接的钻头体11，在钻头体11上设置有中心水道2、多个刀翼13和相邻两刀翼13之间的水道，在刀翼13的上表面上设置有双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、孕镶B型齿5、孕镶C型齿6和双切削结构孕镶A2型齿8；将双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、孕镶B型齿5、孕镶C型齿6和双切削结构孕镶A2型齿8混合设计在刀翼13上，在双切削结构孕镶A1型齿1和双切削结构孕镶A2型齿8的切削面表镶大颗粒天然金刚石、内部均匀有序排列有小颗粒金刚石，在孕镶A型齿4、孕镶B型齿5和孕镶C型齿6内设置有小颗粒金刚石。采用表镶大颗粒天然金刚石和孕镶小颗粒金刚石作为切削元件，采用大颗粒天然金刚石做为切削元件可以提高岩石破碎效率，等表镶的大颗粒天然金刚石切削过程中脱落完后，孕镶的小颗粒金刚石开始切削破碎岩石，可以提高钻头的机械钻速和钻头寿命。所述刀翼13包括长刀翼14和短刀翼15，至少有两组长刀翼14在钻头心处相连接，所述长刀翼14在钻头心的连接处上设置有PDC复合片3。在API接头12相对应端上，从短刀翼15端部开始，至少有一短刀翼15上依次设置有孕镶C型齿6、孕镶B型齿5、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8；在API接头12相对应端上，从短刀翼15端部开始，至少有一短刀翼15上依次设置有孕镶C型齿6、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8；在API接头12相对应端上，从短刀翼15端部开始，至少有一短刀翼15上依次设置有孕镶C型齿6、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8；从钻头心相连接处开始，至少有一长刀翼14上依次设置有PDC复合片3、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8；从钻头心相连接处开始，至少有一长刀翼14上依次设置有PDC复合片3、孕镶A型齿4、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8。采用多种形状结构的孕镶齿混合布齿设计，提高钻头金刚石含量，提高孕镶金刚石钻头寿命，钻头心部设计PDC切削齿结构，避免高速钻进过程中出现钻头心部薄弱出现掏心现象，提高钻头寿命。
实施例3
一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，包括API接头12、与API接头12相连接的钻头体11，在钻头体11上设置有中心水道2、多个刀翼13和相邻两刀翼13之间的水道，在刀翼13的上表面上设置有双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、孕镶B型齿5、孕镶C型齿6和双切削结构孕镶A2型齿8；将双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、孕镶B型齿5、孕镶C型齿6和双切削结构孕镶A2型齿8混合设计在刀翼13上，在双切削结构孕镶A1型齿1和双切削结构孕镶A2型齿8的切削面表镶大颗粒天然金刚石、内部均匀有序排列有小颗粒金刚石，在孕镶A型齿4、孕镶B型齿5和孕镶C型齿6内设置有小颗粒金刚石。采用表镶大颗粒天然金刚石和孕镶小颗粒金刚石作为切削元件，采用大颗粒天然金刚石做为切削元件可以提高岩石破碎效率，等表镶的大颗粒天然金刚石切削过程中脱落完后，孕镶的小颗粒金刚石开始切削破碎岩石，可以提高钻头的机械钻速和钻头寿命。所述刀翼13包括长刀翼14和短刀翼15，至少有两组长刀翼14在钻头心处相连接，所述长刀翼14在钻头心的连接处上设置有PDC复合片3。在API接头12相对应端上，从短刀翼15端部开始，至少有一短刀翼15上依次设置有孕镶C型齿6、孕镶B型齿5、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8；在API接头12相对应端上，从短刀翼15端部开始，至少有一短刀翼15上依次设置有孕镶C型齿6、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8；在API接头12相对应端上，从短刀翼15端部开始，至少有一短刀翼15上依次设置有孕镶C型齿6、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8；从钻头心相连接处开始，至少有一长刀翼14上依次设置有PDC复合片3、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8；从钻头心相连接处开始，至少有一长刀翼14上依次设置有PDC复合片3、孕镶A型齿4、双切削结构孕镶A1型齿1、孕镶A型齿4和双切削结构孕镶A2型齿8。采用多种形状结构的孕镶齿混合布齿设计，提高钻头金刚石含量，提高孕镶金刚石钻头寿命，钻头心部设计PDC切削齿结构，避免高速钻进过程中出现钻头心部薄弱出现掏心现象，提高钻头寿命。所述刀翼13上设置有非连续布齿间隔槽7将双切削结构孕镶A1型齿1、PDC复合片3、孕镶A型齿4、孕镶B型齿5、孕镶C型齿6和双切削结构孕镶A2型齿8相隔离开。采用非连续性间断布齿设计，且每颗切削齿之间都有间隙，易于高转速下，岩屑的排除，防止因水力效果不好造成钻头烧心的事情发生，提高机械钻速。
本发明中所述刀翼13在API接头12一端，每间隔一个刀翼13上设置有加强保径10；所述刀翼13和加强保径10之间构成的水道为辐射式s深水道9；所述大颗粒天然金刚石20～25目，小颗粒金刚石25～50目，所述PDC复合片3的尺寸为φ13.44*8.0，还可以是别的尺寸。

Claims (10)

1.一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，包括API接头(12)、与API接头(12)相连接的钻头体(11)，其特征在于：在钻头体(11)上设置有中心水道(2)、多个刀翼(13)和相邻两刀翼(13)之间的水道，在刀翼(13)的上表面上设置有双切削结构孕镶A1型齿(1)、孕镶A型齿(4)、孕镶B型齿(5)、孕镶C型齿(6)和双切削结构孕镶A2型齿(8)；在双切削结构孕镶A1型齿(1)和双切削结构孕镶A2型齿(8)的切削面表镶大颗粒天然金刚石、内部均匀有序排列有小颗粒金刚石，在孕镶A型齿(4)、孕镶B型齿(5)和孕镶C型齿(6)内设置有小颗粒金刚石。
2.根据权利要求1所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：每间隔一个刀翼(13)上设置有加强保径(10)。
3.根据权利要求2所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：所述刀翼(13)和加强保径(10)之间构成的水道为辐射式深水道(9)，所述大颗粒天然金刚石20～25目，小颗粒金刚石25～50目。
4.根据权利要求1所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：所述刀翼(13)包括长刀翼(14)和短刀翼(15)，至少有两组长刀翼(14)在钻头心处相连接，所述长刀翼(14)在钻头心的连接处上设置有PDC复合片(3)。
5.根据权利要求4所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：在API接头(12)相对应端上，从短刀翼(15)端部开始，至少有一短刀翼(15)上依次设置有孕镶C型齿(6)、孕镶B型齿(5)、双切削结构孕镶A1型齿(1)、孕镶A型齿(4)和双切削结构孕镶A2型齿(8)。
6.根据权利要求4所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：在API接头(12)相对应端上，从短刀翼(15)端部开始，至少有一短刀翼(15)上依次设置有孕镶C型齿(6)、双切削结构孕镶A1型齿(1)、孕镶A型齿(4)和双切削结构孕镶A2型齿(8)。
7.根据权利要求4所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：在API接头(12)相对应端上，从短刀翼(15)端部开始，至少有一短刀翼(15)上依次设置有孕镶C型齿(6)、双切削结构孕镶A1型齿(1)、孕镶A型齿(4)、双切削结构孕镶A1型齿(1)、孕镶A型齿(4)和双切削结构孕镶A2型齿(8)。
8.根据权利要求4所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：从钻头心相连接处开始，至少有一长刀翼(14)上依次设置有PDC复合片(3)、双切削结构孕镶A1型齿(1)、孕镶A型齿(4)、双切削结构孕镶A1型齿(1)、孕镶A型齿(4)和双切削结构孕镶A2型齿(8)。
9.根据权利要求4所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：从钻头心相连接处开始，至少有一长刀翼(14)上依次设置有PDC复合片(3)、孕镶A型齿(4)、双切削结构孕镶A1型齿(1)、孕镶A型齿(4)和双切削结构孕镶A2型齿(8)。
10.根据权利要求4所述的一种具有双切削结构孕镶金刚石钻头，其特征在于：所述刀翼(13)上设置有非连续布齿间隔槽(7)，所述非连续布齿间隔槽(7)将双切削结构孕镶A1型齿(1)、PDC复合片(3)、孕镶A型齿(4)、孕镶B型齿(5)、孕镶C型齿(6)和双切削结构孕镶A2型齿(8)相隔离开。
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