CN205314922U - 一种刀翼式复合钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刀翼式复合钻头，在钻头的钻头体上分布有若干刀翼，在刀翼上钎焊有成为一体的金刚石复合齿，所述金刚石复合齿包括聚晶金刚石层，硬质合金中间体以及孕镶金刚石块，所述金刚石复合齿的外形由两段圆柱体组成，聚晶金刚石层和硬质合金中间体构成一段圆柱体，孕镶金刚石块单独构成一段圆柱体，所述两段圆柱体的回转中心线相交且夹角为α为5°-25°。本实用新型的钻头该钻头采用成为一体的金刚石复合齿，能够克服孕镶金刚石齿使刀翼宽度增加的缺点，不仅钻头具有较高的机械钻速和长寿命，还具有良好的排屑能力，综合破岩效率高的特点。

Description

一种刀翼式复合钻头

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻探中的破岩工程技术，特别是一种刀翼式复合钻头。

背景技术

钻头作为石油、天然气开采行业中一种常用的井下工具。现今钻井工程中所使用

的钻头主要有牙轮钻头、PDC钻头、孕镶钻头。目前，牙轮钻头在适应地层中最为广泛、但因为牙轮是非固定结构钻头，具有轴承结构、寿命较短，难以获得较高的机械钻速和进尺。

PDC钻头在适应地层中具有机械钻速快、进尺高、钻压较小特点，在钻井工程中得到了广泛应用，但因为PDC钻头的PDC复合片中金刚石层只有2mm左右，金刚石含量较低，因此对于硬研磨性地层来说，PDC钻头的PDC复合片容易脆裂并磨损失效，使其寿命小，进尺低。PDC钻头在硬研磨性地层钻进时，往往会因为钻头失效而起钻。所以PDC钻头在硬研磨性地层中具有一定的局限性。孕镶金刚钻头是一种依靠孕镶金刚石齿中的金刚石颗粒作为磨削原件，获得进尺；但其工作原理是磨削岩石，具有机械钻速低、寿命长、进尺多的特点。

为了解决在硬研磨性地层钻进的机械钻速低，钻头寿命短的特点，中国实用新型专利CN203701990U一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头，该钻头的金刚石复合片（PDC复合片）和金刚石孕镶块联合破碎岩石，但是装配在钻头上的金刚石孕镶块高于金刚石复合片，金刚石孕镶块先接触岩石，以缓慢的速度磨削破岩，金刚石孕镶块磨损一定程度后金刚石复合片开始切削破岩。由于金刚石孕镶块始终与岩石接触，限制了金刚石复合片吃入岩石的深度，因此该钻头具有速度慢，寿命长的特点。

为了解决上述一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头速度慢，寿命长的特点，中国实用新型专利CN203716856U孕镶PDC跨界钻头，该钻头设置的孕镶金刚石齿的高度低于PDC复合片，PDC复合片以较高的机械钻速切削破碎岩石，知道PDC复合片磨损到一定程度后孕镶金刚石齿才开始磨削破岩，因此该钻头不仅有较高的机械钻速，同时寿命也能提高。

但是上述两种同时使用的PDC复合片和孕镶金刚石齿混合的钻头，其PDC复合片与孕镶金刚石齿是独立的，为了保证钎焊强度，PDC复合片和孕镶金刚石齿都不可能设计得太短。另一方面孕镶金刚石齿是通过齿内的金刚石颗粒磨损岩石，孕镶金刚石齿的长度约长，其接触岩石的面积越大，其磨削地层的能力越大。因此要加长孕镶金刚石齿的长度，必须加宽刀翼的厚度，刀翼厚度加宽自然是刀翼之间的排屑槽变窄，使钻头的排屑能力降低，钻井中遇到泥岩段，容易使钻头泥包，降低破岩效率或甚至使钻头报废。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本实用新型的目的是提供一种刀翼式复合钻头,该钻头采用成为一体的金刚石复合齿，能够克服孕镶金刚石齿使刀翼宽度增加的缺点，不仅钻头具有较高的机械钻速和长寿命，还具有良好的排屑能力，综合破岩效率高的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种刀翼式复合钻头，包括钻头体，其特征在于：所述钻头体上分布有若干刀翼，在刀翼上钎焊有成为一体的金刚石复合齿，所述金刚石复合齿包括聚晶金刚石层，硬质合金中间体以及孕镶金刚石块，所述金刚石复合齿的外形由两段圆柱体组成，聚晶金刚石层和硬质合金中间体构成一段圆柱体，孕镶金刚石块单独构成一段圆柱体，所述两段圆柱体的回转中心线相交且夹角为α为5°-25°。

在上述技术方案中,金刚石复合齿的聚晶金刚石层和硬质合金中间体实质上是PDC齿，PDC齿的切削岩石部分为聚晶金刚石层，基体是硬质合金。所述金刚石复合齿的孕镶金刚石块的使用硬质合金粉末和金刚石微粒烧结而成，因此孕镶金刚石块能够与硬质合金基体粘接在一起，这就使金刚石复合齿具有切削破岩和磨削破岩两种功能，且结构紧凑，刀翼宽度得到有效控制，使钻头具有更好的排屑系统，能够有效防止钻头泥包。

另一方面，PDC齿切削岩石时，为了达到最佳的破岩效率，更具地层硬度不同。PDC齿的轴线与井底平面的倾角为5°-25°。因此所述金刚石复合齿由聚晶金刚石层和硬质合金中间体构成一段圆柱体的回转中心线与井底平面的夹角为5°-25°，当聚晶金刚石层磨损后，为了使孕镶金刚石块接触岩石的面积最大，需让构成孕镶金刚石块的圆柱体的回转中心线与聚晶金刚石层和硬质合金中间体构成一段圆柱体的回转中心线成的夹角α为5°-25°。

因此，在上述技术方案中，本实用新型的一种刀翼式复合钻头有益效果是：

1．金刚石复合齿的聚晶金刚石层首先切削破岩，孕镶金刚石块磨削破岩，聚晶金刚石层磨损后，孕镶金刚石块开始工作。不仅能保证钻头应有的机械钻速，还是延长钻头的寿命；

2．成为一体的金刚石复合齿结构紧凑，明显短于PDC齿与孕镶块单独使用的综合长度，因此本实用新型钻头的刀翼厚度得到有效控制，使钻头具有更好的排屑系统，有效防止钻头泥包，提高钻头破岩效率。

附图说明

图1是本实用新型的钻头的示意图。

图2是本实用新型的金刚石复合齿的结构图。

图中标记：1-钻头体、2-刀翼、31-聚晶金刚石层、32-硬质合金中间体、33-孕镶金刚石块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出本实用新型的一种刀翼式复合钻头的结构。它包括钻头体1，所述钻头体1上分布有若干刀翼2，在刀翼2上钎焊有成为一体的金刚石复合齿3。为了视图说明方面，图1显示的钻头只装配了一个金刚石复合齿3。

如图2所示，所述金刚石复合齿3包括聚晶金刚石层31，硬质合金中间体32以及孕镶金刚石块33，所述金刚石复合齿3的外形由两段圆柱体组成，聚晶金刚石层31和硬质合金中间体32构成一段圆柱体，孕镶金刚石块33单独构成一段圆柱体，所述两段圆柱体的回转中心线相交且夹角为α为5°-25°。

钻头在井底工作时，作为切削破岩结构的聚晶金刚石层31和硬质合金中间体32所构成圆柱体与井底平面的夹角为5°-25。当聚晶金刚石层31磨损到一定程度后，孕镶金刚石块33开始参与磨削岩石的工作，为了镶金刚石块33的磨削功能更强，使其接触岩石的面积最大，需要让构成孕镶金刚石块33的圆柱体的回转中心线与井底平行或接近平行，因此构成镶金刚石块33的圆柱体的回转中心线与聚晶金刚石层31和硬质合金中间体32所构成圆柱体的回转中心线的夹角α为5°-25°。

对于常规PDC钻头而言，聚晶金刚石层磨损后钻头应机械钻速慢，很快得以报废。但是本实用新型的钻头使用金刚石复合齿3作为破岩元件，聚晶金刚石层31磨损后，孕镶金刚石块33才开始工作。因此本实用新型的钻头前期能够以聚晶金刚石层31较高的机械钻钻速切削破岩，后期能够以孕镶金刚石块33磨削破岩，钻头的寿命得以提高。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种刀翼式复合钻头，包括钻头体（1），其特征在于：所述钻头体（1）上分布有若干刀翼（2），在刀翼（2）上钎焊有成为一体的金刚石复合齿（3），所述金刚石复合齿（3）包括聚晶金刚石层（31），硬质合金中间体（32）以及孕镶金刚石块（33），所述金刚石复合齿（3）的外形由两段圆柱体组成，聚晶金刚石层（31）和硬质合金中间体（32）构成一段圆柱体，孕镶金刚石块（33）单独构成一段圆柱体，所述两段圆柱体的回转中心线相交且夹角为α为5°-25°。