CN201144641Y - 金刚石钻头的主动保径垫结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种金刚石钻头的主动保径垫结构，设置在金刚石钻头的刀翼上，与刀翼上的切削齿纵向相邻，其中：所述的主动保径垫的工作侧设有耐磨区，而所述的主动保径垫的另一侧加工有一个低于钻头公称直径表面预定距离的表面，所述的表面上沿轴向装配有呈矩阵排列的具有切削能力的硬质合金齿。实施中，金刚石钻头采用主、被动保径垫间隔布置或者全部采用主动保径垫。这种钻头在应用于定向井钻井时，既具有定向时所必须的较强侧向切削能力，又具有在稳斜井段所必须的稳定性，从而提高了定向钻井的效率。

Description

金刚石钻头的主动保径垫结构

技术领域

本实用新型涉及一种金刚石钻头。

背景技术

金刚石钻头是一种在地层钻井工程中得到了广泛应用的钻井工具，由钻头体、切削齿、保径垫和水力结构等组成，它是通过其切削齿与地层岩石的接触对其产生挤压和剪切岩层来破碎岩石的。为了防止钻头在工作时由于地层岩石的磨损而导致钻头直径缩小，即所谓“缩径”，现有技术是在钻头的外侧布置有一定数量的保径垫，所述的保径垫上镶装有耐磨、抗冲击的耐磨材料块，或者敷焊有耐磨硬质合金材料，这些均称为被动保径垫。

近年来，随着钻井工程中定向井的数量越来越大，对于定向井用的金刚石钻头需求也在迅速增加。在常规的定向井用金刚石钻头中，为了在滑动定向时使钻头具有良好的导向性通常将钻头保径设计得比较短，同时采用光滑的保径面设计以减少摩阻，上述被动保径垫对地层没有切削能力、扭矩小，能够对定向初期的工具面控制起到良好的作用。但随着定向技术的不断发展，出现了旋转导向工具，这种工具要求钻头具有较强的侧向切削能力，而上述被动保径垫限制了钻头的侧向切削能力，而如果单纯提高钻头冠部侧向切削能力又会造成钻头扭矩过大的弊端，为了解决这一问题，本实用新型提出了一种主动保径垫结构，它在维持原来定向井钻头布齿设计不变的前提下，既可以使钻头具有较强的侧向切削能力，又能减小保径垫与井壁间的旋转阻力，从而降低钻头的扭矩。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种金刚石钻头的主动保径垫结构，以解决传统的保径垫结构限制了钻头的侧向切削能力的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案包括：

一种金刚石钻头的主动保径垫结构，设置在金刚石钻头的刀翼上，与刀翼上的切削齿纵向相邻，其特征在于：所述的主动保径垫的工作侧设有耐磨区，而所述的主动保径垫的另一侧加工有一个低于钻头公称直径表面预定距离的表面，所述的表面上沿轴向装配有呈矩阵排列的具有切削能力的硬质合金齿。

较佳的实施方式中，所述的耐磨区是由敷焊在主动保径垫上的耐磨硬质合金材料组成，或者由镶装在主动保径垫上的耐磨材料块组成。

较佳的实施方式中，所述的耐磨材料块以及耐磨硬质合金材料的材质是碳化钨或者热稳定聚晶金刚石或者聚晶金刚石。

较佳的实施方式中，所述的耐磨材料块的顶端呈平头形。

较佳的实施方式中，所述的预定距离为5～20mm。

较佳的实施方式中，所述的具有切削能力的硬质合金齿的顶端呈楔形或球形或锥球形。

较佳的实施方式中，所述的硬质合金齿是碳化钨材质。

较佳的实施方式中，在每个主动保径垫的耐磨层下设置一层宽度为10～50mm的缓冲垫。

较佳的实施方式中，所述的金刚石钻头具有偶数个刀翼，所述的偶数个刀翼上间隔设置有主动保径垫与被动保径垫。

较佳的实施方式中，所述的金刚石钻头的所有刀翼上设置有主动保径垫。

与现有技术相比较，采用上述技术方案的本实用新型具有的优点在于：使该钻头具有较强的侧向切削能力，同时能减小保径垫与井壁间的旋转阻力。

附图说明

图1是本实用新型第一个实施例的钻头冠部三维投影图；

图2是本实用新型图1的A向局部结构视图；

图3是本实用新型的第二个实施例的示意图，其钻头的保径布置方式为全部刀翼采用主动保径垫；

图4是本实用新型所采用的被动保径垫上所用的平头耐磨材料块；

图5是本实用新型所采用的主动保径垫上所用的楔形硬质合金齿；

图6是本实用新型所采用的主动保径垫上所用的球形硬质合金齿；

图7是本实用新型所采用的主动保径垫上所用的锥球形硬质合金齿。

附图标记说明：1-刀翼；2-切削齿；3-被动保径垫；4-被动保径垫上的耐磨材料块；5-被动保径垫上的耐磨硬质合金材料；6-主动保径垫；7-主动保径垫上的耐磨硬质合金材料；8-主动保径上的硬质合金齿；9-主动保径垫的较低表面；h-主动保径垫较低面与钻头直径表面的高度差；w-缓冲垫宽度。

具体实施方式

为了使本实用新型的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将结合两个较佳实施例并结合附图进行详细说明。

如图1所示，是本实用新型的第一个较佳实施例，其是一种用于地层钻井的金刚石钻头，其具有四个刀翼1，每个刀翼1上纵向设有数个切削齿2，且每个刀翼1上还设有一个与切削齿2纵向相邻的保径垫3、6，所述的保径垫3、6具有在井眼中支撑钻头以保证钻头的稳定和防止钻头因地下岩石的磨损而导致钻头直径缩小的作用。

在本实施例中，所述的保径垫3、6根据其结构和功能分为主动保径垫6和被动保径垫3两种，所述的被动保径垫3则仅有支撑钻头体和防止“缩径”的功能，对井壁没有切削能力；而主动保径垫6除具有上述功能外，还具有切削井壁的功能。在本实施例中，主动保径垫6与被动保径垫3间隔设置在所述的四个刀翼1上，即钻头的第一个保径垫是“主动保径垫”，则第二个保径垫是“被动保径垫”，第三个保径垫又是“主动保径垫”，依次类推。

在本实施例中，所述的被动保径垫3的结构由敷焊在被动保径垫3上的耐磨硬质合金材料5和镶装在被动保径垫3上的耐磨材料块4组合而成，两者在同一个半径的圆柱面上，所述的耐磨材料块4的形状可以如图4所示，是平头的。

再请结合参考图2，是图1的A向局部结构视图，表示主动保径垫结构的剖视图，由图可知，所述的主动保径垫6的工作侧敷焊有耐磨硬质合金材料7组成耐磨区，所述的耐磨区也可以是由镶装在主动保径垫6上的耐磨材料块组成，而所述的主动保径垫6的另一侧加工有一个低于钻头公称直径表面预定距离h的表面9，所述的表面9上沿轴向装配有1～6列具有切削能力的硬质合金齿8，所述的具有切削能力的硬质合金齿8的顶端呈楔形或球形或锥球形(如图5、图6、图7所示)，也可以是其它形状的切削齿。

在本实施例中，硬质合金齿8优选采用碳化钨材质，而耐磨材料块4和耐磨硬质合金材料5、7除可采用碳化钨材质外还可优选采用聚晶金刚石复合片或热稳定聚晶金刚石材料；而所述的预定距离h均优选为5～20mm。为了使主动保径垫6的耐冲击性、耐磨性进一步增强，还可以在每个主动保径垫6的耐磨层7下设置一层宽度w为10～50mm的缓冲垫10。缓冲垫10的成型方式属于现有技术，在此不予赘述。

本实用新型的钻头在旋转工作时，主动保径垫6上的耐磨区先与岩体接触，以承受岩体的压力，然后所述的具有切削能力的硬质合金齿8将岩体切开，使钻头具有较强的侧向切削能力，同时由于所述的硬质合金齿8的顶端呈楔形或球形或锥球形，能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力。

如图3所示，是本实用新型的第二个实施例的示意图，其与第一个实施例的差别仅在于：钻头的保径布置方式为全部刀翼均采用主动保径垫。这种设置方式可以使钻头的侧向切削能力得到进一步增强，而钻头与井壁间的旋转阻力也进一步减小。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种金刚石钻头的主动保径垫结构，设置在金刚石钻头的刀翼上，与刀翼上的切削齿纵向相邻，其特征在于：

所述的主动保径垫的工作侧设有耐磨区，而所述的主动保径垫的另一侧加工有一个低于钻头公称直径表面预定距离的表面，所述的表面上沿轴向装配有呈矩阵排列的具有切削能力的硬质合金齿。

2、根据权利要求1所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述的耐磨区是由敷焊在主动保径垫上的耐磨硬质合金材料组成，或者由镶装在主动保径垫上的耐磨材料块组成。

3、根据权利要求2所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述的耐磨材料块以及耐磨硬质合金材料的材质是碳化钨或者热稳定聚晶金刚石或者聚晶金刚石。

4、根据权利要求2所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述的耐磨材料块的顶端呈平头形。

5、根据权利要求1所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述的预定距离为5～20mm。

6、根据权利要求1所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述的具有切削能力的硬质合金齿的顶端呈楔形或球形或锥球形。

7、根据权利要求6所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述的硬质合金齿是碳化钨材质。

8、根据权利要求1所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：在每个主动保径垫的耐磨层下设置一层宽度为10～50mm的缓冲垫。

9、根据权利要求1所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述的金刚石钻头具有偶数个刀翼，所述的偶数个刀翼上间隔设置有主动保径垫与被动保径垫。

10、根据权利要求1所述的金刚石钻头的主动保径垫结构，其特征在于：所述的金刚石钻头的所有刀翼上设置有主动保径垫。

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