CN111520079A - 一种冠部轮廓偏移的pdc钻头刀翼 - Google Patents

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黄安龙
陈科
张家彧
刘建平
刘瑜
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Abstract

本发明公开一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼，钻头刀翼轮廓曲线主要包括：内锥、圆弧修正段、内凹偏移段、外锥、肩部、保径段。所述内锥与圆弧修正段相切，所述圆弧修正段为向下凸的圆弧段，所述内凹偏移段为向上凸的圆弧段与圆弧修正段外切，所述圆弧修正段与外锥内切，所述外锥与肩部内切，所述肩部与保径段相切。本发明涉及的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼能降低常规的PDC钻头刀翼冠部主切削段所受的冲击载荷、改善刀翼冠部的切削齿的磨损和崩碎、提升钻头的稳定性、延长PDC钻头使用寿命、提升破岩效率。

Description

一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼
技术领域
本发明属于油气钻井技术领域，涉及石油天然气、地质勘探用的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼。
背景技术
随着钻井深度增加，钻井难度越来越大，对钻头也提出了更高的要求，在高硬度、高研磨性地层中，钻头的刀翼冠顶处易发生磨损损坏、切削齿易发生磨损和冲击损坏，钻头寿命低。
研究表明，由于横向振动的存在导致目前常规的PDC钻头刀翼冠顶处切削齿易受较大的冲击而崩碎，由于冠顶处承受较大的载荷而导致钻头提前磨损失效。若改善PDC钻头刀翼冠部的轮廓设计，可以有效的降低钻头刀翼冠部切削齿所受的冲击和载荷而提高PDC钻头寿命、提升钻进效率。因此设计一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼，能够解决上述问题。
发明内容
为避免以上问题本发明提出了一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼：这种刀翼可以分散钻头刀翼冠部轮廓的应力集中，降低PDC钻头刀翼冠部和冠部的切削齿的磨损，延长钻头寿命，提升钻进效率。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼，结构主要由内锥、圆弧修正段、内凹偏移段、外锥、肩部、保径段组成，所述内锥与圆弧修正段相切，所述内凹偏移段与圆弧修正段外切，所述圆弧修正段与外锥内切，所述外锥与肩部外切，所述肩部与保径段相切。
进一步的技术方案是，所述圆弧修正段为向下凸的圆弧段。
进一步的技术方案是，所述内凹偏移段为向上凸的圆弧段。
进一步的技术方案是，所述外锥与肩部为向外凸的圆弧段。
进一步的技术方案是，所述PDC钻头刀翼的轮廓曲线的设计步骤为：
步骤一、基于直线—圆弧—圆弧—直线的PDC钻头刀翼冠部轮廓形状，确定PDC钻头刀翼冠部圆弧主切削圆弧段，确定PDC钻头刀翼冠顶圆弧主切削段轮廓向内偏移量的范围和偏移量；
步骤二、选取偏移镜像线，对偏移后的主切削圆弧段进行镜像；
步骤三、选取修正圆弧参考点，对左侧偏移前刀翼冠部主切削段与偏移后刀翼冠部主切削段之间的距离差用圆弧段进行修正；
步骤四、确定修正镜像直线，对左侧圆弧修正段进行镜像得右侧圆弧修正段。
进一步的技术方案是，所述的偏移量的范围为1.3～5.7mm。
本发明具有以下优点：
本发明的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼可以优化钻头冠部的轮廓设计，分散钻头刀翼冠部轮廓上的应力集中，降低钻头刀翼冠部和主切削齿的磨损，延长钻头寿命，提升钻进效率，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明的轮廓曲线示意图；
图2是本发明的轮廓曲线设计步骤结构示意图。
图中所示：1-内锥、2-圆弧修正段、3-内凹偏移段、4-圆弧修正段、5-外锥、6-肩部、7-保径段、8-主切削圆弧段、9-偏移量、10-偏移后主切削圆弧段。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下参照附图及具体实施例对本发明的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼做进一步说明。下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼，包括1-内锥、2-圆弧修正段、3-内凹偏移段、4-圆弧修正段、5-外锥、6-肩部、7-保径段，所述1-内锥为直线段，所述1-内锥与2-圆弧修正段相切，所述2-圆弧修正段为向下凸的圆弧段，所述3-内凹偏移段为向上凸的圆弧段与2-圆弧修正段和4-圆弧修正段外切，所述4-圆弧修正段为向下凸的圆弧段与2-圆弧修正段弧度相等方向相同与5-外锥内切，且圆心在同一水平线上，所述5-外锥为向外凸的圆弧段与6-肩部外切，所述6-肩部为向外凸的圆弧段与7-保径段相切，所述7-保径段为直线段。
如图2所示，本发明的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼的轮廓曲线的设计步骤为：
步骤一、基于直线—圆弧—圆弧—直线的PDC钻头刀翼冠部轮廓形状，确定PDC钻头刀翼冠部圆弧8-主切削圆弧段，确定PDC钻头刀翼冠顶8-主切削圆弧段向内9-偏移量的范围和9-偏移量；
步骤二、选取偏移镜像线ab，对10-偏移后主切削圆弧段进行镜像；
步骤三、选取修正圆弧参考点a、c，对左侧偏移前刀翼冠部8-主切削圆弧段与10-偏移后主切削圆弧段之间的距离差用2-圆弧修正段进行修正；
步骤四、确定修正镜像直线df，对左侧2-圆弧修正段进行镜像得右侧4-圆弧修正段。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼，包括1-内锥、2-圆弧修正段、3-内凹偏移段、4-圆弧修正段、5-外锥、6-肩部、7-保径段，所述1-内锥与2-圆弧修正段相切，所述3-内凹偏移段与所述2-圆弧修正段和所述4-圆弧修正段外切，所述4-圆弧修正段与5-外锥内切，所述5-外锥与6-肩部内切，所述6-肩部与7-保径段相切。
2.根据权利要求书1所述的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼，其特征在于，所述2-圆弧修正段与4-圆弧修正段为向下凸的圆弧段，弧度相等方向相同，且圆心在同一水平直线上。
3.根据权利要求书1所述的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼，其特征在于，所述3-内凹偏移段为向上凸的圆弧段，向上偏移的偏移量的范围为1.3～5.7mm。
4.根据权利要求书1所述的一种冠部轮廓偏移的PDC钻头刀翼，其特征在于，所述5-外锥和所述6-肩部为向外凸的圆弧段。
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