CN210798853U - 一种孕镶pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种孕镶PDC钻头，它包括钻头体和刀翼，刀翼表面设有扇环状孕镶块，所述扇环状孕镶块包括齿柱和楔形齿冠，所述楔形齿冠由中心凸起的弧形冠基和对称设置的两个楔面组成，两个楔面由冠基下部两侧向内倾斜延伸至齿顶面交汇而成，其特征在于：所述齿柱和楔形齿冠的形状为其纵截面曲线围绕中心轴以一定回转半径和角度旋转而成的扇环状结构。本实用新型通过孕镶块顶部设置有凸起的弧形冠基，孕镶块用于孕镶PDC钻头主排齿后方，与前排齿有一定的高低差控制，具有一定的辅助破岩效果，钻头在工作时，在前排PDC复合片剪切破岩的同时，后排孕镶块齿冠楔入地层，可以释放一定的地层应力，两者共同作用，提高破岩效率。

Description

一种孕镶PDC钻头

技术领域

本实用新型涉及一种用于地质、钻井、矿山等钻井金刚石钻头的技术领域，尤其涉及一种孕镶PDC钻头。

背景技术

传统孕镶块形状为圆柱状，并且横向安装在钻头刀翼本体上，而且圆柱状的孕镶块，在钻头刀翼上的覆盖面积有限，基体对抗研磨性有一定的局限性。孕镶块作为切削元件破岩主要以磨削方式破碎岩石，孕镶钻头的破岩方式限定了其岩石破碎效率，当孕镶块有一定的磨损时，孕镶块的切削刃会变钝，不利于吃入地层，导致破碎效率降低。因此，对于有一定提速要求的地层，孕镶齿形和钻头结构具有一定的研究意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种多种破岩方式结合、能提高切削效率的孕镶PDC钻头。

本实用新型所采用的技术方案为：一种孕镶PDC钻头，它包括钻头体和刀翼，刀翼表面设有扇环状孕镶块，所述扇环状孕镶块包括齿柱和楔形齿冠，所述楔形齿冠由中心凸起的弧形冠基和对称设置的两个楔面组成，两个楔面由冠基下部两侧向内倾斜延伸至齿顶面交汇而成，其特征在于：所述齿柱和楔形齿冠的形状为其纵截面曲线围绕中心轴以一定回转半径和角度旋转而成的扇环状结构。

按上述技术方案，所述孕镶块位于钻头刀翼上主切削齿后方，并呈列分布。

按上述技术方案，钻头体上的每列扇环状孕镶块的回转的中心轴线处于同一径向方向，并均朝向钻头体的中心位置。

按上述技术方案，两楔面为环状对称的内凹弧面，或环状对称外凸弧面、或为环状对称平面。

按上述技术方案，所述齿柱的纵截面为圆弧状，所述弧形冠基为凸起的回转弧面，楔形齿冠高度取值区间h为 d/4~d/2，d为齿柱纵截面的弧面直径。

按上述技术方案，所述齿顶面的弧面宽度取值区间I=d/4~d/2，圆弧状齿柱的圆心点与上部两弧线端点连线垂直距离a=0~d/4mm，所述齿顶面的弧面半径r 的取值范围为：I/2<r<d，d为齿柱纵截面的弧面直径。

按上述技术方案，两楔面为环状对称内凹或外凸弧面，其内凹或外凸的弧面半径R=30~100mm。

按上述技术方案，所述齿柱纵截面形状为圆弧形或矩形或梯形或多边形。

按上述技术方案，齿柱纵截面形状为矩形或梯形时，d为齿柱纵截面中矩形宽度或为梯形上端长度，齿柱高度f>=h，h为楔形齿冠高度。

按上述技术方案，所述齿柱纵截面形状为梯形时，齿柱拔模角取值区间C=0~5°。

本实用新型所取得的有益效果为：

1、本实用新型通过在孕镶块顶部设置有凸起的弧形冠基，孕镶块用于孕镶PDC钻头主排齿后方，与前排齿有一定的高低差控制，具有一定的辅助破岩效果，钻头在工作时，在前排PDC复合片剪切破岩的同时，后排孕镶块齿冠楔入地层，可以释放一定的地层应力，两者共同作用，提高破岩效率。通过孕镶块顶部设置有凸起的弧形冠基，这种孕镶块在工作时，扇环状孕镶块楔形齿冠接触岩石，由于其具有一定回转半径的环状凸起的楔形齿顶的孕镶块，孕镶块横着放置在钻头刀翼本体上工作时，其楔形齿冠部位接触地层，相比于常规竖着放置的圆柱形孕镶齿磨削破岩，该种孕镶块在磨削破岩的基础上还有剪切加犁削等破碎方式，相比于磨削方式更利于岩石破碎，钻进后期，以磨削为主，虽然孕镶块有一定的磨损，但相比柱状孕镶块，地层吃入性要好。因而，能有效的破碎岩石，一定程度上可以提高机械钻速。

2、当孕镶块用于孕镶PDC钻头主排齿后方时，在正常钻进时，其顶部的楔形结构可以有效楔入地层，扇环状结构可以有效地限制钻头横向运动，防止钻头出现回旋，能提高钻头的稳定性，使其钻进过程中更加平稳。并且扇环状结构更有利于与地层充分接触，防止磨损不均匀，起到一定保护基体作用。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构图。

图2为本实用新型中的俯视图。

图3为本实用新型中扇环状孕镶块的立体结构示意图。

图4为本实用新型中扇环状孕镶块的俯视图。

图5为图4的A-A向截面视图（齿柱为不完整弧面）。

图6a为实用新型实施例提供的楔面为内凹楔面的示意图。

图6b为实用新型实施例提供的楔面为外凸楔面的示意图。

图6c为实用新型实施例提供的楔面为平面楔面的示意图。

图7a 为本实用新型孕镶块齿柱纵截面为矩形的结构示意图。

图7b为本实用新型孕镶块齿柱纵截面为梯形的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例一：

如图1-4所示，本实施例提供了一种孕镶PDC钻头，它包括钻头体1和刀翼2，刀翼2表面设有扇环状孕镶块3，扇环状孕镶块3包括环状不完整弧形齿柱和楔形齿冠，所述齿冠是由中心凸起的弧形冠基4和对称设置的两个楔面5组成，两个楔面由冠基下部两侧向内倾斜延伸至齿顶面交汇而成。所述楔形齿齿冠下部为齿柱，齿柱为不完整扇环状弧面6，所述扇环状弧面6与两个楔面5光滑过渡相接。环状楔形孕镶块形状是由其纵截面曲线围绕中心轴线以一定回转半径和角度旋转而成的扇环状结构。

如图1、2所示，所述孕镶块位于钻头刀翼上主切削齿7的后方，并呈列分布，其中，钻头体上的每列扇环状孕镶块的回转的中心轴线处于同一径向方向，并均朝向钻头体的中心位置。

如图5所示，其中，两楔面5为对称的内凹环状弧面，如图6a所示，两弧面半径R=75mm，所述楔形齿冠高度h=6mm，齿顶面的弧面宽度I=6mm，所述圆弧状齿柱中下部的圆弧圆心点与上部两弧线端点的垂直距离a=2mm，所述齿顶面弧面半径r=4mm，所述孕镶块齿柱纵截面弧面直径d=16。

本实用新型的孕镶块用于孕镶PDC钻头主排齿后方，与前排齿有一定的高低差控制（前排齿比后排齿高1-2mm），具有一定的辅助破岩效果，钻头在工作时，在前排PDC复合片剪切破岩的同时，后排孕镶块齿冠楔入地层，可以释放一定的地层应力，两者共同作用，提高破岩效率。另外，本实用新型通过孕镶块顶部设置有凸起的弧形冠基，这种孕镶块在工作时，扇环状孕镶块楔形齿冠接触岩石，由于其具有一定回转半径的环状凸起的楔形齿顶的孕镶块，孕镶块横着放置在钻头刀翼本体上工作时，其楔形齿冠部位接触地层，相比于常规竖着放置的圆柱形孕镶齿磨削破岩，该种孕镶块在磨削破岩的基础上还有剪切、犁削等破碎方式，相比于磨削方式更利于岩石破碎，钻进后期，以磨削为主，虽然孕镶块有一定的磨损，但相比柱状孕镶块，地层吃入性要好。因而，能有效的破碎岩石，一定程度上可以提高机械钻速。当孕镶块用于孕镶PDC钻头主排齿后方时，在正常钻进时，其顶部的特殊结构可以有效楔入地层，可以有效地限制钻头横向运动，防止钻头出现回旋，能提高钻头的稳定性，使其钻进过程中更加平稳。

实施例二：

本实施例与实施例以的结构基本相同，不同之处在于两楔面的形状，该实施例中，两楔面5为对称的外凸环状弧面时，如图6b所示，两弧面半径R=60mm，所述楔面齿冠高度h=7mm，齿顶面的弧面宽度I=6mm，所述圆弧状齿柱中下部的圆弧圆心点与上部两弧线端点的垂直距离a=2mm，所述齿顶面弧面半径r=8mm，所述齿柱纵截面弧面直径d=16。当两斜面2为对称的平面结构时，其结构示意图如图6c所示。

实施例三：

本实施例与实施例以的结构基本相同，不同之处在于齿柱纵截面的形状，该实施例中，所述齿柱3为扇环状矩形或梯形状，如图7a和7b所示，本实施例以为梯形状为例进行说明，扇环状梯形齿柱与两个楔面5光滑过渡相接。孕镶块形状是由其纵截面曲线围绕中心轴线以一定回转半径和角度旋转而成的扇环状结构。其中，两楔面5为内凹状弧面，两弧面半径R=45mm，所述楔形齿冠高度h=7mm，齿顶面的弧面宽度I=8mm，所述齿顶面弧面半径r=6mm，梯形齿柱拔模角C=3°，孕镶块纵截面中齿柱高度f=10。

Claims (10)

1.一种孕镶PDC钻头，它包括钻头体和刀翼，翼表面设有扇环状孕镶块，所述扇环状孕镶块包括齿柱和楔形齿冠，所述楔形齿冠由中心凸起的弧形冠基和对称设置的两个楔面组成，两个楔面由冠基下部两侧向内倾斜延伸至齿顶面交汇而成，其特征在于：所述齿柱和楔形齿冠的形状为其纵截面曲线围绕中心轴以一定回转半径和角度旋转而成的扇环状结构。

2.根据权利要求1所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：所述孕镶块位于钻头刀翼上主切削齿后方，并呈列分布。

3.根据权利要求2所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：钻头体上的每列扇环状孕镶块的回转的中心轴线处于同一径向方向，并均朝向钻头体的中心位置。

4.根据权利要求1或2所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：两楔面为环状对称的内凹弧面，或环状对称外凸弧面、或为环状对称平面。

5.根据权利要求4所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：所述齿柱的纵截面为圆弧状，所述弧形冠基为凸起的回转弧面，楔形齿冠高度取值区间h为 d/4~d/2，d为齿柱纵截面的弧面直径。

6.根据权利要求5所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：所述齿顶面的弧面宽度取值区间I=d/4~d/2，圆弧状齿柱的圆心点与上部两弧线端点连线垂直距离a=0~d/4mm，所述齿顶面的弧面半径r 的取值范围为：I/2<r<d，d为齿柱纵截面的弧面直径。

7.根据权利要求4所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：两楔面为环状对称内凹或外凸弧面，其内凹或外凸的弧面半径R=30~100mm。

8.根据权利要求4所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：所述齿柱纵截面形状为圆弧形或矩形或梯形或多边形。

9.根据权利要求8所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：齿柱纵截面形状为矩形或梯形时，d为齿柱纵截面中矩形宽度或为梯形上端长度，齿柱高度f>=h，h为楔形齿冠高度。

10.根据权利要求8所述的孕镶PDC钻头，其特征在于：所述齿柱纵截面形状为梯形时，齿柱拔模角取值区间C=0~5°。

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