CN208122768U - 一种大口径钻进施工用金刚石钻头 - Google Patents

一种大口径钻进施工用金刚石钻头 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种大口径钻进施工用金刚石钻头,属于金刚石钻头技术领域,用于解决现有金刚石钻头单一碎岩方式对地层的适应性差,从而影响钻井施工效率等技术问题。包括数个环形排列的切削块和数个环形排列的尖锯齿状切削齿,相邻所述的尖锯齿状切削齿之间由钻头水口分隔,尖锯齿状切削齿环布在切削块内,与切削块同心圆排列分布,所述每个切削块由数层扇形金刚石钻头切削单元层构成,扇形金刚石钻头切削单元层沿钻头径向竖直排列,所述扇形金刚石钻头切削单元层外侧面上沿轴向设置有数列排布的具有切削能力的硬质合金齿。本实用新型可增加钻头的使用寿命,提高钻头的钻进效率和提高钻头对钻进不同岩石的适应性,钻进性能提高。

Description

一种大口径钻进施工用金刚石钻头
技术领域
本实用新型涉及金刚石钻头技术领域,具体涉及一种大口径钻进施工用金刚石钻头。
背景技术
金刚石钻头是一种用于地层钻井的钻井工具,近年来,金刚石钻头在地层钻井工程中得到了广泛地应用。金刚石钻头由钻头体、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。
在大口径卵砾石、基岩环境中的钻孔施工中,由于施工钻孔直径大、施工的地层复杂,单一的钻头碎岩方式对地层的适应性差,也不能取得最佳的破岩效果,从而影响施工效率、增大施工成本。所以这种施工往往钻进速度慢,不能满足工程整体施工效率的需要。
实用新型内容
为了解决现有金刚石钻头单一碎岩方式对地层的适应性差,从而影响钻井施工效率等技术问题,本实用新型提供一种大口径钻进施工用金刚石钻头。
一种大口径钻进施工用金刚石钻头,包括数个环形排列的切削块和数个环形排列的尖锯齿状切削齿,相邻所述的尖锯齿状切削齿之间由钻头水口分隔,尖锯齿状切削齿环布在切削块内,与切削块同心圆排列分布,所述每个切削块由数层扇形金刚石钻头切削单元层构成,扇形金刚石钻头切削单元层沿钻头径向竖直排列,所述切削块外侧面上沿轴向设置有数列排布的具有切削能力的硬质合金齿。内层尖锯齿状切削齿对破碎的岩石进行初步切削、破碎,使岩石发生裂痕达到破岩目的,外层切削块对地层岩石进行进一步侵削、研磨,产生的岩石碎屑随钻井液泥浆循环上返到井口。根据钻进施工地层岩石的硬度、岩石可钻性和地层破碎情况,设置内外两层破碎刀具保证金刚石钻头的钻井效率,通过试验确定金刚石胎块的唇面形状为尖锯齿状,其唇面可以造成较多的自由面,有利于提高钻进效率。切削块上的硬质合金齿将岩体切开,使钻头具有较强的侧向切削能力,同时起到支撑钻头体防止钻头“缩径”,同时具有切削井壁的功能。
优选地,所述扇形金刚石钻头切削单元层内钎焊聚合粗颗粒金刚石。
优选地,所述聚合粗颗粒金刚石的粒径为1.6-1.8mm。
优选地,所述硬质合金齿顶部呈球形或锥球形。硬质合金齿的顶端呈球形或锥球形,能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力。
优选地,所述尖锯齿状切削齿的锯齿间隙为1.0-1.1cm,尖锯齿高度为1.7-1.9cm。
优选地,所述扇形金刚石钻头切削单元层在钻头的底唇面上形成同心圆排列分布。
优选地,所述尖锯齿状切削齿的锯齿状齿表面高度高于切削块表面高度。钻井时,尖锯齿状切削齿首先与地层岩石接触,对地层岩石进行侵削、研磨使岩石发生裂痕达到破岩目的,先钻出小井眼,起到领眼钻头的目的;此时切削块对尖锯齿状切削齿破碎的岩石进行进一步切削破碎,不断扩眼钻进;在钻头高速旋转工作情况下,尖锯齿状切削齿不断磨损、磨平,破碎的岩石碎屑就可随钻井液泥浆循环上返到井口,由此设置可增加钻头的使用寿命,同时提高钻进速率。
优选地,所述扇形金刚石钻头切削单元层每层的厚度为2.0-2.2mm。
优选地,所述扇形金刚石钻头切削单元层的层数至少为5层。
本实用新型主要采用焊接式、热压成型工艺制作而成,内层尖锯齿状切削齿事先由金属粉末和金刚石颗粒混合均匀后经热压烧结成型的尖锯齿状切削齿,尖锯齿状刀头的总数依据钻头的类型、规格与岩性而设计,尖锯齿状切削齿的制造采用现有技术中的热压成型法,本文不再赘述。将钎焊聚合粗颗粒金刚石(聚合粗颗粒金刚石的粒径优选为1.6-1.8mm范围)按照设计好的规格排列分布在模板的孔内,然后用胶粘纸移入冷压钢模中,通过冷压机的压制而成型,成为聚合粗颗粒金刚石钻头切削单元层。此时,钎焊聚合粗颗粒金刚石均匀分布在扇形金刚石钻头切削单元层内。该聚合粗颗粒扇形金刚石钻头切削单元层的厚度依聚合粗颗粒金刚石的粒径而定,一般在1.6-1.8mm范围,其内外径弧度规格尺寸依据钻头的类型、规格而各异。然后将压制成型的规格不同的聚合粗颗粒金刚石钻头切削单元层叠加后装入石墨模具内,构成钻头的一个扇形金刚石切削块,扇形聚合粗颗粒金刚石钻头切削单元层的层数可依据钻头的类型、规格与岩性而设计(一般至少为五层)。一个钻头依据其规格可以有10、12、16等数个扇形金刚石切削块,每个切削块之间是聚合粗颗粒金刚石钻头水口。将外层切削块焊接在尖锯齿状切削齿外围,使两者形成同心圆排列分布,尖锯齿状切削齿依据钻头规格也可以有10、12、16等数个,或者多于切削块的数量。待整个钻头组装完成后,加上聚合粗颗粒金刚石钻头焊接层,压上聚合粗颗粒金刚石钻头钢基体,送入中频电炉中热压成型。出炉后的钻头置于保温条件下缓冷至室温,即制造完成。
本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是:
1、本实用新型钻井时,尖锯齿状切削齿首先与地层岩石接触,对地层岩石进行侵削、研磨使岩石发生裂痕达到破岩目的,先钻出小井眼,起到领眼钻头的目的;此时切削块对尖锯齿状切削齿破碎的岩石进行进一步切削破碎,不断扩眼钻进;在钻头高速旋转工作情况下,尖锯齿状切削齿不断磨损、磨平,破碎的岩石碎屑就可随钻井液泥浆循环上返到井口,由此设置可增加钻头的使用寿命,同时提高钻进速率。
2、本实用新型根据钻进施工地层岩石的硬度、岩石可钻性和地层破碎情况,设置内外两层破碎刀具保证金刚石钻头的钻井效率,通过试验确定金刚石胎块的唇面形状为尖锯齿状,其唇面可以造成较多的自由面,有利于提高钻进效率。切削块上的硬质合金齿将岩体切开,使钻头具有较强的侧向切削能力,同时起到支撑钻头体防止钻头“缩径”,同时具有切削井壁的功能。
3、本实用新型能够有效防止钻头缩径,同时达到减小摩擦、减小保径垫与井壁间的旋转阻力的目的。
4、本实用新型的结构能体现钻头破碎岩石的基本原理,能够充分发挥岩石破碎穴效应,因此,有利于提高钻头的钻进效率和提高钻头对钻进不同岩石的适应性。
附图说明
图1为本实用新型的大口径钻进施工用金刚石钻头结构示意图;
图2为本实用新型的大口径钻进施工用金刚石钻头结构俯视图;
图3为本实用新型扇形金刚石钻头切削单元层结构示意图;
图4为本实用新型硬质合金齿顶部锥球形结构示意图;
图5为本实用新型尖锯齿状切削齿结构示意图。
图中标记:1-切削块,2-尖锯齿状切削齿,3-钻头水口,4-聚合粗颗粒金刚石,5-连接螺纹,6-硬质合金齿,7-扇形金刚石钻头切削单元层。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例,都属于本实用新型的保护范围。
如图1、图2、图3、图4、图5所示,一种大口径钻进施工用金刚石钻头,包括数个环形排列的切削块1和数个环形排列的尖锯齿状切削齿2,相邻所述的尖锯齿状切削齿2之间由钻头水口3分隔,尖锯齿状切削齿2环布在切削块1内,与切削块1同心圆排列分布,所述每个切削块1由数层扇形金刚石钻头切削单元层7构成,扇形金刚石钻头切削单元层7沿钻头径向竖直排列,所述切削块1外侧面上沿轴向设置有数列排布的具有切削能力的硬质合金齿6。
所述扇形金刚石钻头切削单元层7内钎焊聚合粗颗粒金刚石4。
所述聚合粗颗粒金刚石4的粒径优选为1.7mm。
所述硬质合金齿6顶部呈球形或锥球形。硬质合金齿6的顶端呈球形或锥球形,能够减小保径垫与井壁间的旋转阻力。
所述尖锯齿状切削齿2的锯齿间隙为1.1cm,尖锯齿高度为1.8cm。
所述扇形金刚石钻头切削单元层7在钻头的底唇面上形成同心圆排列分布。
所述尖锯齿状切削齿2的锯齿状齿表面高度高于切削块1表面高度。
所述扇形金刚石钻头切削单元层7每层的厚度为2.1mm。
所述扇形金刚石钻头切削单元层7的层数至少为5层。
本钻头采用焊接式、热压成型工艺制作而成,内层尖锯齿状切削齿2事先由金属粉末和金刚石颗粒混合均匀后经热压烧结成型的尖锯齿状切削齿2,尖锯齿状刀头的总数依据钻头的类型、规格与岩性而设计,尖锯齿状切削齿2的制造采用现有技术中的热压成型法,本文不再赘述。将钎焊聚合粗颗粒金刚石4(聚合粗颗粒金刚石的粒径优选为1.6-1.8mm范围)按照设计好的规格排列分布在模板的孔内,然后用胶粘纸移入冷压钢模中,通过冷压机的压制而成型,成为聚合粗颗粒金刚石钻头切削单元层。此时,钎焊聚合粗颗粒金刚石4均匀分布在扇形金刚石钻头切削单元层7内。该聚合粗颗粒扇形金刚石钻头切削单元层的厚度依聚合粗颗粒金刚石4的粒径而定,一般在1.6-1.8mm范围,其内外径弧度规格尺寸依据钻头的类型、规格而各异。然后将压制成型的规格不同的聚合粗颗粒金刚石钻头切削单元层叠加后装入石墨模具内,构成钻头的一个扇形金刚石切削块1,扇形聚合粗颗粒金刚石钻头切削单元层的层数可依据钻头的类型、规格与岩性而设计(一般至少为五层)。一个钻头依据其规格可以有8、10、12等数个扇形金刚石切削块1,每个切削块1之间是聚合粗颗粒金刚石钻头水口3。将外层切削块1焊接在尖锯齿状切削齿2外围,使两者形成同心圆排列分布,尖锯齿状切削齿2依据钻头规格也可以有10、12、16等数个,或者多于切削块1的数量。待整个钻头组装完成后,加上聚合粗颗粒金刚石钻头焊接层,压上聚合粗颗粒金刚石钻头钢基体,送入中频电炉中热压成型。出炉后的钻头置于保温条件下缓冷至室温,即制造完成。该钻头的钻头体上由内至外设置按同心圆设置了尖锯齿状切削齿2和切削块1,根据钻进施工地层岩石的硬度、岩石可钻性和地层破碎情况,设置内外两层破碎刀具保证金刚石钻头的钻井效率,通过试验确定金刚石胎块的唇面形状为尖锯齿状,其唇面可以造成较多的自由面,有利于提高钻进效率。切削块1上的硬质合金齿6将岩体切开,使钻头具有较强的侧向切削能力,同时起到支撑钻头体防止钻头“缩径”,同时具有切削井壁的功能。安装时,将该钻头顶部的连接螺纹5与钻柱进行螺纹连接,钻井时,尖锯齿状切削齿2首先与地层岩石接触,对地层岩石进行侵削、研磨使岩石发生裂痕达到破岩目的,先钻出小井眼,起到领眼钻头的目的;此时切削块1对尖锯齿状切削齿2破碎的岩石进行进一步切削破碎,不断扩眼钻进;在钻头高速旋转工作情况下,尖锯齿状切削齿2不断磨损、磨平,破碎的岩石碎屑就可随钻井液泥浆循环上返到井口,由此设置可增加钻头的使用寿命,同时提高钻进速率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大口径钻进施工用金刚石钻头,包括数个环形排列的切削块(1)和数个环形排列的尖锯齿状切削齿(2),相邻所述的尖锯齿状切削齿(2)之间由钻头水口(3)分隔,其特征在于:尖锯齿状切削齿(2)环布在切削块(1)内侧面,与切削块(1)同心圆排列分布,所述每个切削块(1)由数层扇形金刚石钻头切削单元层(7)构成,扇形金刚石钻头切削单元层(7)沿钻头径向竖直排列,所述切削块(1)外侧面上沿轴向设置有数列排布的具有切削能力的硬质合金齿(6)。
2.根据权利要求1所述的一种大口径钻进施工用金刚石钻头,其特征在于:所述扇形金刚石钻头切削单元层(7)内钎焊聚合粗颗粒金刚石(4)。
3.根据权利要求2所述的一种大口径钻进施工用金刚石钻头,其特征在于:所述聚合粗颗粒金刚石(4)的粒径为1.6-1.8mm。
4.根据权利要求1所述的一种大口径钻进施工用金刚石钻头,其特征在于:所述硬质合金齿(6)顶部呈球形或锥球形。
5.根据权利要求1所述的一种大口径钻进施工用金刚石钻头,其特征在于:所述尖锯齿状切削齿(2)的锯齿间隙为1.0-1.1cm,尖锯齿高度为1.7-1.9cm。
6.根据权利要求1所述的一种大口径钻进施工用金刚石钻头,其特征在于:所述扇形金刚石钻头切削单元层(7)在钻头的底唇面上形成同心圆排列分布。
7.根据权利要求1所述的一种大口径钻进施工用金刚石钻头,其特征在于:所述尖锯齿状切削齿(2)的锯齿状齿表面高度高于切削块(1)表面高度。
8.根据权利要求1所述的一种大口径钻进施工用金刚石钻头,其特征在于:所述扇形金刚石钻头切削单元层(7)每层的厚度为2.0-2.2mm。
9.根据权利要求1所述的一种大口径钻进施工用金刚石钻头,其特征在于:所述扇形金刚石钻头切削单元层(7)的层数至少为5层。
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