CN109538127A - 一种尖脊形切削齿 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尖脊形切削齿，包括有齿柱和设置在齿柱上端的齿冠，其特征在于所述的齿冠由至少三个过渡面向上前斜交汇而成，呈近似的棱锥形，形成有至少三条向上凸起的棱或凸脊，所述的棱或凸脊上端交汇于齿冠顶部，下端至齿冠外周边缘，在齿冠边缘至少一条棱或凸脊的两侧对应设置两个偏楔面，两个偏楔面与两个过渡面相交形成两条侧棱，两条侧棱的前端交汇于棱或凸脊下端边缘的两侧，形成尖脊形切削刃。本发明通过设置多棱尖脊形切削刃，尖脊部位可以有效楔入地层，有效释放地层应力，提高破岩效率；尖脊部位至齿顶平面可以有效分散切削齿在破岩时的承受应力，提高切削齿抗冲击性能；本发明可以提高钻头的抗研磨的能力，延长钻头的使用寿命。
Description
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。目前，采用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，井下工况复杂，PDC钻头崩齿是主要的失效形式，也是材料和结构攻克的难点；而现场更换钻头会增加起、下钻作业时间，会增加钻井成本。
现有的PDC钻头中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尖脊形切削齿，它不仅破岩效率高，而且抗冲击性能强，使用寿命长。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有齿柱和设置在齿柱上端的齿冠，其特征在于所述的齿冠由至少三个过渡面向上前斜交汇而成，呈近似的棱锥形，形成有至少三条向上凸起的棱或凸脊，所述的棱或凸脊上端交汇于齿冠顶部，下端至齿冠外周边缘，在齿冠边缘至少一条棱或凸脊的两侧对应设置两个偏楔面，两个偏楔面与两个过渡面相交形成两条侧棱，两条侧棱的前端交汇于棱或凸脊下端边缘的两侧，形成尖脊形切削刃。
按上述方案，所述的过渡面为3~4个，3~4个三个过渡面为相同或不相同的面。
按上述方案，所述的过渡面为3个或4个平斜面、凹面或凸面，形成的棱或凸脊为直线型的棱或凸脊。
按上述方案，所述的齿冠顶部为三角形，三角形的三条边分别与三个过渡面相邻接，三角形的三个角分别与三条棱或凸脊相衔接。
按上述方案，所述的齿冠顶部为四边形，四边形的四条边分别与四个过渡面相邻接，四边形的四个角分别与四条棱或凸脊相衔接。
按上述方案，所述的棱或凸脊与齿柱轴线形成的夹角为45～87°。
按上述方案，所述的偏楔面与齿柱轴线的夹角为0～75°。
按上述方案，所述的侧棱在齿冠底面上的垂直投影线与棱或凸脊在齿冠底面上的垂直投影线所形成的夹角为30～75°。
按上述方案，所述的齿柱由硬质合金构成，所述的齿冠或齿冠面由聚晶金刚石层构成；。
按上述方案，所述的凸脊横截面为圆弧面，宽度为1~5 mm。
按上述方案，所述的齿柱为圆柱形；所述的偏楔面可以为平面、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。
本发明的有益效果为：1、通过设置多棱尖脊形切削刃，尖脊部位可以有效楔入地层，有效释放地层应力，提高破岩效率；2、尖脊部位至齿顶平面可以有效分散切削齿在破岩时的承受应力，提高切削齿抗冲击性能；3、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、较常规圆形切削齿和尖形切削齿，本发明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为本发明实施例一的立体图。
图2为本发明实施例一的主视图。
图3为本发明实施例一的俯视图。
图4为本发明实施例二的立体图。
图5为本发明实施例三的主视图。
图6为本发明实施例四的主视图。
图7为本发明实施例四的立体图。
图8本发明实施例五的立体图。
图9本发明实施例六的立体图。
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。
实施例一：如图1、2、3所示，包括圆柱状齿柱1和设置在齿柱上端的齿冠9，齿柱为硬质合金，齿冠或齿冠面由聚晶金刚石层构成，聚晶金刚石层的厚度为1-6mm，齿柱和齿冠烧结成一体。所述的齿冠由三个相同的过渡面3a、3b、3c向上前斜交汇而成，呈近似的三棱锥形，形成有三条向上凸起的凸脊2，所述的三条凸脊上端交汇于齿冠顶部，下端至齿冠外周边缘5，所述的三个过渡面为三个平斜面，形成的棱或凸脊为直线型凸脊。所述的凸脊横截面为圆弧面，宽度为3 mm。所述的齿冠顶部10为平面三角形，三角形的三条边分别与三个过渡面相邻接，三角形的三个角分别与三条凸脊相衔接。在齿冠边缘一条凸脊的两侧对应设置两个偏楔面4a、4b，两个偏楔面与两个过渡面3a、3b相交形成两条侧棱7，两条侧棱的前端交汇于凸脊下端边缘的两侧，形成尖脊形切削刃8，在凸脊下端和与其相连的两条侧棱均可倒角。本实施例的凸脊与齿柱轴线形成的夹角ω为80°；所述的两个偏楔面与齿柱轴线的夹角α和β均为30°；所述的两条侧棱在齿冠底面上的垂直投影线与凸脊在齿冠底面上的垂直投影线所形成的夹角γ和θ均为42°。齿冠底面与齿柱底面6平行。
本实施例切削齿工作时，较小钻压下，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。因在齿冠顶部为平面结构，可以有效抵抗和分散切削齿工作时所承受的应力，起到抗崩效果。
实施例二：如图4示，实施例二与实施例一的不同之处在于：偏楔面的下端延伸至本体底面，即两个偏楔面（4a，4b）与所述齿柱轴线所形成的夹角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：如图5示，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与所述齿柱轴线所形成的夹角β为25°，偏楔面4b与所述圆柱本体轴线所形成的夹角α为30°。
实施例四：如图6、7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）与所述齿柱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8所示两个偏楔面（4a，4b）与所述齿柱的轴线所形成的夹角α和β均为30°。本切削齿通过在本体底面设置的凹槽11进行定位。作为安装定位参考依据。
实施例六：如图9示，实施例六与实施例五不同之处在于：实施例六是由四条凸脊形成的尖脊齿，有四个相同的过渡面，齿冠顶部为四边形，四边形的四条边分别与四个过渡面相邻接，四边形的四个角分别与四条凸脊相衔接。过渡面3a和3b对称布置，夹角ω为80°，两个偏楔面（4a，4b）与所述齿柱的轴线所形成的夹角α和β均为30°。
Claims (10)
1.一种尖脊形切削齿，包括有齿柱和设置在齿柱上端的齿冠，其特征在于所述的齿冠由至少三个过渡面向上前斜交汇而成，呈近似的棱锥形，形成有至少三条向上凸起的棱或凸脊，所述的棱或凸脊上端交汇于齿冠顶部，下端至齿冠外周边缘，在齿冠边缘至少一条棱或凸脊的两侧对应设置两个偏楔面，两个偏楔面与两个过渡面相交形成两条侧棱，两条侧棱的前端交汇于棱或凸脊下端边缘的两侧，形成尖脊形切削刃。
2.根据权利要求1所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的过渡面为3~4个，3~4个三个过渡面为相同或不相同的面。
3.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的过渡面为3个或4个平斜面、凹面或凸面，形成的棱或凸脊为直线型的棱或凸脊。
4.根据权利要求2所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的齿冠顶部为三角形，三角形的三条边分别与三个过渡面相邻接，三角形的三个角分别与三条棱或凸脊相衔接。
5.根据权利要求2所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的齿冠顶部为四边形，四边形的四条边分别与四个过渡面相邻接，四边形的四个角分别与四条棱或凸脊相衔接。
6.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的棱或凸脊与齿柱轴线形成的夹角为45～87°。
7.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的偏楔面与齿柱轴线的夹角为0～75°。
8.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的侧棱在齿冠底面上的垂直投影线与棱或凸脊在齿冠底面上的垂直投影线所形成的夹角为30～75°。
9.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的齿柱为圆柱形；所述的偏楔面为平面、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。
10.根据权利要求1或2所述的尖脊形切削齿，其特征在于所述的齿柱由硬质合金构成，所述的齿冠或齿冠面由聚晶金刚石层构成；所述的凸脊横截面为圆弧面，宽度为1~5 mm。
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