CN204024479U - 一种防涡动的pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防涡动的PDC钻头，包括钻头基体，钻头基体包括钻头冠部，钻头冠部上设置有至少两个中心刀翼和至少三个外侧刀翼，中心刀翼和外侧刀翼上均安装有切削齿。中心刀翼位于钻头冠部的中心区域，且中心刀翼呈对称分布。外侧刀翼位于钻头冠部的外侧区域，且外侧刀翼沿钻头冠部的周向均匀分布。实施本实用新型的技术方案，PDC钻头在不改变钻头切削齿最佳破岩空间角度以保证各刀翼切削齿工作负荷相同的前提下，通过调整钻头冠部的中心刀翼和外侧刀翼的结构，即中心刀翼对称布置和外侧刀翼周向均匀布置，使钻头切削齿受力的合力趋于零，达到消除钻头涡动的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油勘探开发钻完井工程领域，尤其是涉及一种防涡动的PDC钻头。
背景技术
目前，刮刀式PDC(Polycrystalline Diamond Compact，聚晶金刚石复合片)钻头已经在石油天然气钻井领域被广泛应用，如图1所示，常规刮刀式PDC钻头主要由钻头体、切削齿、刀翼和水眼构成。然而，因受力不平衡致使常规钻头在工作中存在一些缺陷：钻头切削齿受力合力不为零，在垂直井眼平面内产生不平衡力，推动钻头使钻头旋转中心脱离井眼轴线形成涡动。钻头的涡动使切削齿的瞬间运动速度加快，产生较大的冲击载荷，造成切削齿崩裂而损坏，最终导致整只钻头失效。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种能实现钻头中心区域受力平衡的防涡动的PDC钻头。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种防涡动的PDC钻头，包括钻头基体；所述钻头基体包括钻头冠部；所述钻头冠部上设置有至少两个中心刀翼和至少三个外侧刀翼；所述中心刀翼和所述外侧刀翼上均安装有切削齿；所述中心刀翼位于所述钻头冠部的中心区域，且所述中心刀翼呈对称分布；所述外侧刀翼位于所述钻头冠部的外侧区域，且所述外侧刀翼沿所述钻头冠部的周向均匀分布。
本实用新型的PDC钻头中，所述中心刀翼上均安装有至少两个切削齿。
本实用新型的PDC钻头中，所述外侧刀翼上均安装有至少三个切削齿。
本实用新型的PDC钻头中，相邻的所述外侧刀翼之间形成有岩屑流道。
本实用新型的PDC钻头中，所述PDC钻头还包括沿所述钻头基体的轴向安装的水嘴；所述水嘴的水眼位于所述钻头冠部上。
本实用新型的PDC钻头中，所述PDC钻头包括至少两个长刀翼和至少一个短刀翼；所述长刀翼包括位于所述钻头冠部的中心区域的中心翼体和位于所述钻头冠部的外侧区域的第一外侧翼体；所述短刀翼包括位于所述钻头冠部的外侧区域的第二外侧翼体；所述中心翼体形成所述中心刀翼，所述第一外侧翼体和所述第二外侧翼体形成所述外侧刀翼。
本实用新型的PDC钻头中，所述长刀翼和所述短刀翼的数量之和为偶数时，所述长刀翼和所述短刀翼均呈对称分布。
本实用新型的PDC钻头中，所述长刀翼和所述短刀翼的数量之和为奇数时，所述长刀翼和所述短刀翼间隔地沿所述钻头冠部的周向均匀分布；所述长刀翼还包括设置在所述钻头冠部的翼体连接件；偏离了所述第一外侧翼体所处的圆周位置的所述中心翼体通过所述翼体连接件与所述第一外侧翼体连接。
本实用新型的PDC钻头中，所述PDC钻头还包括沿所述钻头基体的轴向安装的喷嘴；所述喷嘴的喷嘴口位于偏离了所述第一外侧翼体所处的圆周位置的所述中心翼体的一侧。
本实用新型的PDC钻头中，所述长刀翼和所述短刀翼上均安装有一排切削齿；所述切削齿的排布曲线依次包括斜向上的直线段、向外凸起的圆弧段、向下顺延的圆弧段，且所述切削齿的排布密度由斜向上的直线段至向下顺延的圆弧段逐渐变大。
实施本实用新型的技术方案，至少具有以下的有益效果：本实用新型的PDC钻头在不改变钻头切削齿最佳破岩空间角度以保证各刀翼切削齿工作负荷相同的前提下，通过调整钻头冠部的中心刀翼和外侧刀翼的结构，即中心刀翼对称布置和外侧刀翼周向均匀布置，使钻头切削齿受力的合力趋于零，达到消除钻头涡动的目的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型中的防涡动PDC钻头的结构示意图；
图2是本实用新型中的防涡动PDC钻头的俯视图；
图3是本实用新型中的切削齿的排布示意图；
其中，1、钻头冠部；11、中心区域；2、短刀翼；21、第二外侧翼体；3a，3b、长刀翼；3a1，3b1、中心翼体；3a2，3b2、第一外侧翼体；4、切削齿；5、岩屑流道；6、水眼；7、翼体连接件；8、喷嘴口。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
图1至图3示出了本实用新型中的防涡动PDC钻头，该PDC钻头通过调整钻头的结构，使得切削齿4受力的合力趋于零，能达到消除钻头涡动的目的。该PDC钻头包括钻头基体，该钻头基体包括钻头冠部1，该钻头冠部1上设置有刀翼，该刀翼上安装有切削齿4。
参阅图2，在一些实施例中，刀翼包括至少两个长刀翼3a、3b和至少一个短刀翼2。该长刀翼3a、3b包括位于该钻头冠部1的中心区域11的中心翼体3a1、3b1和位于该钻头冠部1的外侧区域的第一外侧翼体3a2、3b2。该短刀翼2包括位于该钻头冠部1的外侧区域的第二外侧翼体21。则该中心翼体3a1、3b1形成中心刀翼，该第一外侧翼体3a2、3b2和第二外侧翼体21形成外侧刀翼。
可以理解地，该钻头冠部1上设置有至少两个中心刀翼和至少三个外侧刀翼，该中心刀翼和该外侧刀翼上均安装有切削齿4。该中心刀翼位于该钻头冠部1的中心区域11，且该中心刀翼呈对称分布。当钻头冠部上设置有两个中心刀翼时，该两个中心刀翼既可以采用呈中心对称的方式分布，也可以采用呈中心轴对称的方式分布。而当钻头冠部上设置有两个以上的中心刀翼时，一般地该两个以上的中心刀翼采用呈中心对称的方式分布。该外侧刀翼位于该钻头冠部1的外侧区域，且该外侧刀翼沿该钻头冠部1的周向均匀分布。
这种设计方法通过调整外侧刀翼间的周向夹角，使外侧刀翼周向均匀布置来实现各外侧刀翼受力合力为零和使中心刀翼在钻头冠部1的中心区域11对称布置来实现中心刀翼受力合力为零，从而导致各刀翼上处于同一圆周位置的切削齿4的破岩体积相同，导致各刀翼切削齿4的工作负荷相同，切削齿4磨损均匀，造成钻头切削能力加强。因此，本实用新型中的PCD钻头设计方案，在有效消除钻头涡的同时，还克服了降低涡动的同时带来的弊端。
进一步地，该中心刀翼上均安装有至少两个切削齿4，该外侧刀翼上均安装有至少三个切削齿4。可以理解地，中心刀翼上有两个切削齿4即可覆盖井底的区域，外侧刀翼上有两个以上切削齿4才可覆盖井底的区域。当然，可覆盖井底的区域的切削齿4的布置方式均在本实用新型的保护范围内。
更进一步地，该中心刀翼和该外侧刀翼除了由长刀翼3a、3b和短刀翼2的部件形成外，还可以在该钻头冠部1上设置独立形成的该中心刀翼和该外侧刀翼，则独立形成的中心刀翼在钻头冠部1的中心区域11对称布置，其数量可以根据具体的产品设计来确定，就不会限定为长刀翼3a、3b的数量，而独立形成的外侧刀翼沿钻头冠部1的周向均匀分布，其数量也可以进行独立设计的，不会特地通过计算来得到最合理的长刀翼3a、3b和短刀翼2的数量之和。
一般地，上述的长刀翼3a、3b和短刀翼2的数量之和有奇数和偶数之分，当然为了最佳的破岩效果，长刀翼3a、3b和短刀翼2的数量之和不论是奇数还是偶数，都需采用最合理的方案。
当长刀翼3a、3b和短刀翼2的数量之和为偶数时，该长刀翼3a、3b和该短刀翼2均呈对称分布。则这样的分布方式使得由长刀翼3a、3b形成的中心刀翼以钻头冠部1的中心呈中心对称，且由长刀翼3a、3b和短刀翼2的形成的外侧刀翼自然地就沿钻头冠部1的周向均匀分布，即不需要进行进一步地形变就可以使得钻头切削齿4受力的合力趋于零，实现消除钻头涡动的目的。
当长刀翼3a、3b和短刀翼2的数量之和为奇数时，该长刀翼3a、3b和该短刀翼2间隔地沿钻头冠部1的周向均匀布置。则这样的分布方式使得由长刀翼3a、3b和短刀翼2形成的外侧刀翼沿钻头冠部1周向均匀分布，但由长刀翼3a、3b形成的中心刀翼无法实现对称布置，则需将其中一长刀翼3a的中心翼体3a1以钻头冠部1的中心为圆心旋转到另一长刀翼3b的中心翼体3b1的180°对称位置。长刀翼3a的中心翼体3a1与第一外侧翼体3a2通过翼体连接件7连接，该翼体连接件7在钻头冠部1上，其主要的作用在于保证长刀翼3a的中心翼体3a1有足够的强度。
可以理解地，中心翼体3a1与第一外侧翼体3a2不是一体成型的结构的时候，可以采用常见的连接方式或常见的连接件连接。当然，采用翼体连接件7的方式连接为本实用新型中的优选的实施方式，在能保证长刀翼3a的中心翼体3a1有足够的强度的同时，还能使得整个钻头冠部1保持一体成型的方式加工而成，保证了整个钻头的整体性，并提高了生产效率，节省了人力。
长刀翼3a、3b和短刀翼2的布置方式需要经过设计后得到合理的方案，同样的切削齿4的排布方式也需要经过设计后得到合理的方案。
参阅图1和图3，在一些实施例中，该长刀翼3a、3b和短刀翼2上均安装有一排切削齿4，该切削齿4的排布曲线依次包括斜向上的直线段、向外凸起的圆弧段、向下顺延的圆弧段，且该切削齿4的排布密度由斜向上的直线段至向下顺延的圆弧段逐渐变大。
可以理解地，该切削齿4的形状可以采用常见的切削齿4的形状，且排布曲线中的不同分布段上的切削齿4的形状也可以各不相同，只要能得到最佳的破岩效果的切削齿4的排布方式和形状均在本实用新型中的保护范围内。
除了上述的设置在钻头冠部1的刀翼，该PDC钻头还包括岩屑流道5、水嘴和喷嘴。
在一些实施例中，相邻的所述外侧刀翼之间形成有该岩屑流道5，该岩屑流道5的主要作用在于将破岩产生的岩屑通过该岩屑流道5排出，避免出现岩屑堆积影响破岩的情况。
在一些实施例中，该水嘴沿钻头基体的轴向安装；该水嘴的水眼6位于该钻头冠部1上。可以理解地，该水嘴的数量为多个，则位于钻头冠部1的水眼6的排布也可以通过设计来实现合理的分布。
在一些实施例中，该喷嘴沿钻头基体的轴向安装，该喷嘴的喷嘴口8位于偏离了第一外侧翼体3a2所处的圆周位置的中心翼体3a1的一侧。该喷嘴口8的主要作用在于当长刀翼3a的中心翼体3a1位置调整后，在曲率变化较大的地方增加一个喷嘴可以强化该区域的清洗和携岩效果。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种防涡动的PDC钻头，包括钻头基体；
所述钻头基体包括钻头冠部（1）；
所述钻头冠部（1）上设置有至少两个中心刀翼和至少三个外侧刀翼；所述中心刀翼和所述外侧刀翼上均安装有切削齿（4）；
其特征在于，
所述中心刀翼位于所述钻头冠部（1）的中心区域（11），且所述中心刀翼呈对称分布；
所述外侧刀翼位于所述钻头冠部（1）的外侧区域，且所述外侧刀翼沿所述钻头冠部（1）的周向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述中心刀翼上均安装有至少两个切削齿（4）。
3.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述外侧刀翼上均安装有至少三个切削齿（4）。
4.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，相邻的所述外侧刀翼之间形成有岩屑流道（5）。
5.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头还包括沿所述钻头基体的轴向安装的水嘴；所述水嘴的水眼（6）位于所述钻头冠部（1）上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头包括至少两个长刀翼（3a，3b）和至少一个短刀翼（2）；
所述长刀翼（3a，3b）包括位于所述钻头冠部（1）的中心区域（11）的中心翼体（3a1，3b1）和位于所述钻头冠部（1）的外侧区域的第一外侧翼体（3a2，3b2）；所述短刀翼（2）包括位于所述钻头冠部（1）的外侧区域的第二外侧翼体（21）；
所述中心翼体（3a1，3b1）形成所述中心刀翼，所述第一外侧翼体（3a2，3b2）和所述第二外侧翼体（21）形成所述外侧刀翼。
7.根据权利要求6所述的PDC钻头，其特征在于，所述长刀翼（3a，3b）和所述短刀翼（2）的数量之和为偶数时，所述长刀翼（3a，3b）和所述短刀翼（2）均呈对称分布。
8.根据权利要求6所述的PDC钻头，其特征在于，所述长刀翼（3a，3b）和所述短刀翼（2）的数量之和为奇数时，所述长刀翼（3a，3b）和所述短刀翼（2）间隔地沿所述钻头冠部（1）的周向均匀分布；
所述钻头冠部（1）上还设置有翼体连接件（7）；
偏离了所述第一外侧翼体（3a2）所处的圆周位置的所述中心翼体（3a1）通过所述翼体连接件（7）与所述第一外侧翼体（3a2）连接。
9.根据权利要求8所述的PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头还包括沿所述钻头基体的轴向安装的喷嘴；
所述喷嘴的喷嘴口（8）位于偏离了所述第一外侧翼体（3a2）所处的圆周位置的所述中心翼体（3a1）的一侧。
10.根据权利要求6所述的PDC钻头，其特征在于，所述长刀翼（3a，3b）和所述短刀翼（2）上均安装有一排切削齿（4）；
所述切削齿（4）的排布曲线依次包括斜向上的直线段、向外凸起的圆弧段、向下顺延的圆弧段，且所述切削齿（4）的排布密度由斜向上的直线段至向下顺延的圆弧段逐渐变大。
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| CN116427855A (zh) * | 2023-02-01 | 2023-07-14 | 西南石油大学 | 一种防环切的pdc钻头 |
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