CN108487865A - 一种尖脊形切削齿 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尖脊形切削齿，包括圆柱状本体，其特征在于：在本体的上端设有齿端面，上端部外缘处设有齿顶面，侧壁设有齿侧面，所述齿端面包括至少两个呈倾斜相交的过渡面，各过渡面交汇于本体上端表面构成呈外凸的齿端面，相邻两个过渡面交汇处构成一条凸脊，其中一凸脊的外端与齿顶面交汇，所述齿侧面包括在与齿顶面交汇的凸脊的两侧分别设置的两个偏楔面，两个偏楔面的上端延伸至齿端面，与齿顶面及凸脊构成尖脊部位，偏楔面的下端延伸至本体侧壁或本体底面。本发明通过设置尖脊部位，可以有效分散切削齿在破岩时的应力，提高切削齿抗冲击，尖脊部位可以有效楔入地层，效释放地层应力，提高破岩效率。

Description

一种尖脊形切削齿
技术领域
本发明涉及一种尖脊形切削齿，应用于石油和天然气钻井技术领域。
背景技术
在近年来的石油和天然气资源的勘探开发中，深井钻井和超深井成为提高油气资源开发的主力，在这样的油气钻井中，常常会遇到硬地层和夹层地层，而且随着井深增加，钻井成本越来越高，因此提高硬地层和夹层地层的钻井速度，成为缩短钻井周期和降低钻井成本的重要途径和方法。人们知道，在软到中等硬度地层钻井中，首选PDC钻头钻井已成为石油钻井工业的行为标准；然而，在钻井实践，钻头在任何地层钻井都会产生的震动，而钻遇硬地层和夹层地层，钻头发生的震动更为严重，会产生钻头“回旋”，会造成PDC钻头严重的早期磨损，会加速钻头的钝化和钻头失效；更换钻头会增加起、下钻作业时间，会增加钻井成本。
已有的钻头设计方案，常规的圆齿钻头虽然具有一定的抗冲击能力，但是其提速效果已经有限，而往往只能增加钻压来提高机械钻速，但这种方式会加速钻头的磨损和钻头变钝的速度，会增加使用钻头的数量；因此人们已经提出尖形齿来提高钻头的吃入地层的能力，进而提高钻头的破岩效率，但是尖形齿虽然有提高吃入地层的能力，但是其结构不如圆齿抗崩和耐磨。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种抗冲击性能和破岩效率的尖脊形切削齿。
本发明所采用的技术方案为：一种尖脊形切削齿，包括圆柱状本体，其特征在于：在本体的上端设有齿端面，上端部外缘处设有齿顶面，侧壁设有齿侧面，所述齿端面包括至少两个呈倾斜相交的过渡面，各过渡面交汇于本体上端表面构成呈外凸的齿端面，相邻两个过渡面交汇处构成一条凸脊，其中一凸脊的外端与齿顶面交汇，所述齿侧面包括在与齿顶面交汇的凸脊的两侧分别设置的两个偏楔面，两个偏楔面的上端延伸至齿端面，与齿顶面及对应的凸脊构成尖脊部位，偏楔面的下端延伸至本体侧壁或本体底面。
按上述技术方案，所述尖脊部位由两偏楔面、本体侧面、凸脊、过渡面、齿顶面围合而成的。
按上述技术方案，所述过渡面为平面、凸弧面、凹弧面、锯齿面或波浪面，各过渡面可呈对称设置或不对称设置。
按上述技术方案，所述过渡面设有2-10个，构成1-10个凸脊，所述凸脊相对过渡面底面的高度为0～10mm，凸脊顶部倒圆0～5mm。
按上述技术方案，所述偏楔面可以为平面、凸弧面、凹弧面、锯齿面或波浪面，两偏楔面可对称设置或不对称设置。
按上述技术方案，各过渡面交汇处偏离本体上端表面中心位置0～5mm。
按上述技术方案，所述凸脊中至少一条凸脊长度大于或等于所述圆柱本体的半径值。
按上述技术方案，当凸脊为三条以上时，相邻两条凸脊所构成的夹角大于或等于45°，各夹角相等或不相等。
按上述技术方案，各偏楔面均不凸脊相交，两个偏楔面由两个面从本体两侧向内倾斜并偏转延伸至上端与过渡面及齿顶面交汇而成，与所述圆柱本体的轴线所形成的夹角为0～75°。
按上述技术方案，所述齿顶面的宽度为2-6mm。
按上述技术方案，本体包括由基体及连接于基体上方的聚晶金刚石层，聚晶金刚石层的厚度为1-6㎜，尖脊部位位于聚晶金刚石层上或在聚晶金刚石层及硬质合金基体上。
本发明所取得的有益效果为：1、本发明通过设置尖脊部位，可以有效分散切削齿在破岩时的应力，提高切削齿抗冲击，尖脊部位可以有效楔入地层，效释放地层应力，提高破岩效率；2、由于尖脊形切削齿破岩时对地层产生了预破碎，有效切开地层和岩屑，在钻遇硬地层和夹层地层时，有效释放地层应力，降低了钻头破岩的难度，提高钻头对地层的适应性；3、尖脊形切削齿较常规圆形切削齿和尖形切削齿，可以提高钻头的抗研磨的能力，延长钻头的使用寿命。
附图说明
图1为本发明提供的实施例一的立体图。
图2为本发明提供的实施例一的主视图。
图3为本发明提供的实施例二的立体图。
图4为本发明提供的实施例三的立体图。
图5a为本发明提供的实施例四的主视图。
图5b为本发明提供的实施例四的立体图。
图6本发明提供的实施例五的立体图。
图7为本发明提供的实施例6的立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图1、2所示，本实施例提供了一种尖脊形切削齿，包括圆柱状本体1，在本体1的上端设有齿端面3，上端部外缘处5设有齿顶面8，侧壁设有齿侧面4，底部设有本体底面，所述齿端面3包括两个呈倾斜相交的过渡面(3a，3b)，各过渡面交汇于本体上端表面中心位置构成呈外凸的齿端面，两个斜面交汇处构成一条凸脊2，该凸脊的外端与齿顶面8交汇，内端在所述圆柱本体的上端部表面相交汇；所述齿侧面4包括两个偏楔面(4a，4b)，两个偏楔面(4a，4b)的上端延伸至齿端面，与齿顶面及对应的凸脊构成尖脊部位，偏楔面的下端延伸至本体侧壁或本体底面，所述圆柱本体1底边缘有倒斜边6。
所述尖脊部位由两偏楔面、本体侧面、对应的凸脊、过渡面、齿顶面围合而成。
本实施例中，偏楔面的下端延伸至本体侧壁，两个偏楔面(4a，4b)与切削齿圆柱体轴线形成的夹角分别为β和α，α和β值范围分别为0～75°(含0°)；
其中，凸脊2倒圆3mm，凸脊2的高度(凸脊的顶面与所述过渡面底面)为4mm。
其中，本体1包括由硬质合金基体7及连接于基体7上方的聚晶金刚石层9，聚晶金刚石层9的厚度为1-6㎜，尖脊部位位于聚晶金刚石层8上或在聚晶金刚石层8及硬质合金基体7上。
尖脊形切削齿工作时，小钻压下，齿顶面首先接触地层，由于面积小，很容易楔入地层，起到预破碎地层作用，随着钻压增大，齿吃入地层加深，部分过渡面3a，3b和部分偏楔面4a，4b接触地层，共同破岩。
实施例二：
如图3示，实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于：偏楔面的下端延伸至本体底面，即两个偏楔面(4a，4b)与所述圆柱本体的轴线所形成的夹角α和β均为0°，即两偏楔面与本体的中心轴线平行。
实施例三：
实施例三与实施例一基本相同，不同之处在于：过渡面3a和3b呈不对称，过渡面3a为凸弧面，过渡面3b为凹弧面，两偏楔面(4a，4b)为非对称偏楔面，偏楔面4a与所述圆柱本体轴线所形成的夹角β为30°，偏楔面4b与所述圆柱本体轴线所形成的夹角α为45°。
实施例四：
如图5a、5b所示，实施例四与实施例三基本相同，不同之处在于：两个偏楔面(4a，4b)与所述圆柱本体的轴线所形成的夹角α和β均为0°，即两偏楔面与本体的中心轴线平行，两偏楔面(4a，4b)为非对称偏楔面，偏楔面4a为锯齿面或波浪面，偏楔面4b为凹弧面。
实施例五：
如图6所示，实施例五与实施例一基本相同，不同之处在于：所述过渡面有三个，构成3条均匀分布的凸脊，相邻两条凸脊所构成的夹角大于或等于45°，各夹角相等或不相等，本实施例以相等为例进行说明，其中一条凸脊2与尖形齿顶面8交汇。本切削齿通过在本体底面设置的定位槽10进行定位。
实施例六：
如图7所示，实施例六与实施例五基本相同，不同之处在于：两个偏楔面(4a，4b)与所述圆柱本体的轴线所形成的夹角α和β均为0°，即两偏楔面与本体的中心轴线平行。本切削齿通过在本体底面设置的凸起11进行定位。作为安装定位参考依据。

Claims (11)

1.一种尖脊形切削齿，包括圆柱状本体，其特征在于：在本体的上端设有齿端面，上端部外缘处设有齿顶面，侧壁设有齿侧面，所述齿端面包括至少两个呈倾斜相交的过渡面，各过渡面交汇于本体上端表面构成呈外凸的齿端面，相邻两个过渡面交汇处构成一条凸脊，其中一凸脊的外端与齿顶面交汇，所述齿侧面包括在与齿顶面交汇的凸脊的两侧分别设置的两个偏楔面，两个偏楔面的上端延伸至齿端面，与齿顶面及对应的凸脊构成尖脊部位，偏楔面的下端延伸至本体侧壁或本体底面。
2.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于：所述尖脊部位由两偏楔面、本体侧面、凸脊、过渡面、齿顶面围合而成的。
3.根据权利要求1所述的尖脊形切削齿，其特征在于：所述过渡面为平面、凸弧面、凹弧面、锯齿面或波浪面，各过渡面可呈对称设置或不对称设置。
4.根据权利要求1所述的尖脊形切削齿，其特征在于：所述过渡面设有2-10个，构成1-10个凸脊，所述凸脊相对过渡面底面的高度为0～10mm，凸脊顶部倒圆0～5mm。
5.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于：所述偏楔面可以为平面、凸弧面、凹弧面、锯齿面或波浪面，两偏楔面可对称设置或不对称设置。
6.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于：各过渡面交汇处偏离本体上端表面中心位置0～5mm。
7.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于：所述凸脊中至少一条凸脊长度大于或等于所述圆柱本体的半径值。
8.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于：当凸脊为三条以上时，相邻两条凸脊所构成的夹角大于或等于45°，各夹角相等或不相等。
9.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于：各偏楔面均不凸脊相交，两个偏楔面由两个面从本体两侧向内倾斜并偏转延伸至上端与过渡面及齿顶面交汇而成，与所述圆柱本体的轴线所形成的夹角为0～75°。
10.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于：所述齿顶面的宽度为2-6mm。
11.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于：本体包括由基体及连接于基体上方的聚晶金刚石层，聚晶金刚石层的厚度为1-6㎜，尖脊部位位于聚晶金刚石层上或在聚晶金刚石层及硬质合金基体上。
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