CN212317856U - 双作用切削齿及pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双作用切削齿及PDC钻头，属于钻探设备工具领域。双作用切削齿的工作表面由平面、棱脊以及平面与棱脊之间的过渡区域组成，工作表面上有平面和棱脊两种不同结构的切削工作面。双作用切削齿的工作表面上不同区域能够实现不同的破岩机理，切削齿可根据不同的地层情况，设计和选择不同的区域来破碎岩石，一种齿能实现多种不同的破岩方式，能用于不同的地层，拓宽了切削齿的使用范围。双作用切削齿在使用后再重复利用时，可调整选择切削齿的刃口方向，用于不同的地层，提高了切削齿的利用率。双作用切削齿可用在PDC钻头上。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种双作用切削齿及PDC钻头，属于石油天然气钻井、地质勘探、矿山工程、建筑基础工程施工等钻探设备工具领域。
背景技术
据统计，目前全球超过90%的石油、天然气钻井进尺由聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）钻头完成，PDC钻头在石油钻探等领域已占据主导地位。钻头研究者们对PDC钻头切削齿进行了不断创新和改进，大大提高了PDC钻头在高硬度、高研磨底层的性能。
常规平面PDC齿破碎岩石时，岩石作用于工作面的冲击力沿着工作面的法向方向，工作面上受到的冲击力只能依靠PDC复合片自身的强度承受，冲击损坏成为常规平面齿失效的主要方式。随着PDC复合片制造技术的进步，工作表面形状不仅仅局限于平面，出现针对不同地层的非平面切削齿。相比于常规平面切削齿PDC钻头，其针对性更强，由于非平面齿的多个斜面有利于将沿运动方向较大的冲击力分解为较小的分力，抗冲击性能有所提升。但由于非平面结构使破岩机理产生了变化，在钻进塑形地层时，部分非平面齿的破岩效率反而低于平面齿，地层适应性较差。
发明内容
本实用新型的目的在于解决上述问题而提出一种双作用切削齿及PDC钻头，提高钻头磨损后的工作效率，增强互换性，延长钻头使用寿命。
本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种双作用切削齿及PDC钻头，所述双作用切削齿由聚晶金刚石层和基体组成，所述聚晶金刚石层端面为双作用切削齿的工作表面，所述工作表面的边缘为双作用切削齿的工作刃，工作表面由平面、棱脊以及平面与棱脊之间的过渡区域组成，所述棱脊和平面延伸至工作表面的边缘工作刃上，在工作表面的边缘工作刃上，过渡区域的最低处低于棱脊和平面，棱脊与平面之间的夹角范围在-15°到15°之间。
本实用新型的优点和积极效果在于：双作用切削齿的工作表面上既有平面也有棱脊，当棱脊接触岩石破岩工作时，利用棱脊的犁削破岩机理破碎岩石；当平面接触岩石破岩工作时，利用剪切（刮切）破岩机理破碎岩石。双作用切削齿的工作表面上不同区域能够实现不同的破岩机理，双作用切削齿可根据不同的地层情况，来设计和选择不同的区域与岩石互作用破碎岩石，一种齿能实现多种不同的破岩方式，能用于不同的地层，拓宽了切削齿的使用范围。另外，双作用切削齿在使用后再修复重复利用时，可调整选择切削齿的刃口方向，用于不同的地层，提高了切削齿的利用率。
作为优选，双作用切削齿的边缘工作刃上有倒角或倒圆角。工作刃倒角或倒圆角能提高切削齿的抗冲击性和耐磨性。
作为优选，边缘工作刃上与棱脊相交的点高于工作表面上的平面。
作为优选，边缘工作刃上与棱脊相交的点低于工作表面上的平面。
边缘工作刃上与棱脊相交的点与工作表面上的平面高低不同，可根据地层情况来选择切削齿的工作表面形状，切削齿的选择性更大，应用范围更广。
作为优选，过渡区域最低处的聚晶金刚石层厚度范围为0.5-3mm。作为进一步优选，过渡区域最低处的聚晶金刚石层厚度范围为0.5-1.5mm。
作为优选，棱脊两侧脊面的夹角或棱脊的两侧过渡曲面的切平面的夹角a的范围为90°≤a≤170°，棱脊的径向长度的范围为2mm至7mm。径向长度是指沿切削齿齿柱径向的长度。
作为优选，工作表面上的平面与切削齿的边缘的交接宽度c的范围为0＜c≤8mm。
作为优选，工作表面上的平面与边缘工作刃的相交处，与棱脊5与边缘工作刃的相交处相间布置，平面与边缘工作刃的相交处及棱脊与边缘工作刃的相交处的数量范围是2到6。
工作表面上的平面与棱脊相间布置，平面与棱脊的数量范围是2到6。
作为优选，双作用切削齿用在PDC钻头上。
作为优选，工作表面上的平面、棱脊及平面与棱脊之间的过渡区域呈周期性布置。
作为优选，所述双作用切削齿的聚晶金刚石层的厚度在3-5mm之间。
作为优选，棱脊的轮廓曲线为外拱、内凹或直线，脊顶倒圆过渡，倒圆半径R为的范围在0.5-2mm之间。
附图说明
通过结合附图考虑一下对本实用新型的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的一种示范性图解，并非一定是按照比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1为本实用新型的双作用切削齿应用在钻头上的示意图。
图2为本实用新型的双作用切削齿实施例1的示意图。
图3为图2所示的切削齿沿齿柱的轴线看时的俯视图。
图4为本实用新型的双作用切削齿按切削齿的柱面展开的示意图。
图5为本实用新型的双作用切削齿实施例3的示意图。
图6为图5所示的切削齿沿齿柱的轴线看时的俯视图。
图7为本实用新型的双作用切削齿实施例4的示意图。
图8为图7所示的切削齿沿齿柱的轴线看时的俯视图。
其中：1为双作用切削齿；2为常规齿；3为钻头本体；4为双作用切削齿的工作表面上的平面；5为棱脊；6为聚晶金刚石层；7为过渡区域；8为基体。
具体实施方式
下面结合本实用新型的附图，对本实用新型实施案例中的技术方案进行描述，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或者更多的实施方式中。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员再没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1:
如图1、图2，一种双作用切削齿及PDC钻头，包括双作用切削齿1，常规齿2，钻头本体3，双作用切削齿如图2所示，切削齿由聚晶金刚石层6和基体8组成，聚晶金刚石层6的端面为双作用切削齿的工作表面，工作表面由平面4、棱脊5和平面4与棱脊5之间的过渡区域7组成，所述棱脊5和平面4延伸至工作表面的边缘工作刃上，所述棱脊5和平面4分别与边缘工作刃形成两种工作面及切削刃。在工作表面的边缘工作刃上，过渡区域7的最低处低于棱脊5和平面4，棱脊5与平面4之间的夹角的范围在-15°到15°之间。两种工作刃的刃尖高度相同也可不同。作为优选，棱脊5与边缘工作刃的相交处高于平面4。作为优选，棱脊5与边缘工作刃的相交处低于平面4。作为优选，棱脊5与边缘工作刃的相交处与平面4相平。作为优选，双作用切削齿1的边缘工作刃上有倒角或倒圆角。
作为优选，工作表面上的平面4与边缘工作刃的相交处，与棱脊5与边缘工作刃的相交处相间布置，平面4与边缘工作刃的相交处及棱脊5与边缘工作刃的相交处的数量范围是2到6。
如图4，双作用切削齿1按切削齿的柱面展开, 平面4、棱脊5和平面4与棱脊5之间的过渡区域7呈周期性布置。
作为优选，棱脊5的轮廓曲线为外拱、内凹或直线，脊顶倒圆过渡，倒圆半径R的范围为0.5mm≤R≤2mm之间。
作为优选，棱脊5两侧脊面的夹角或棱脊的两侧过渡曲面的切平面的夹角a的范围为90°≤a≤170°，棱脊的径向长度的范围为2mm至7mm。
作为优选，双作用切削齿的聚晶金刚石层6的厚度在2.5-5mm之间。
作为优选，过渡区域7最低处的聚晶金刚石层厚度范围为0.5-3mm。作为进一步优选，过渡区域7最低处的聚晶金刚石层厚度范围为0.5-1.5mm。
作为优选，工作表面上的平面4与切削齿的边缘的交接宽度c的范围为0＜c≤8mm（图3）。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是所述双作用切削齿1用在PDC钻头上（图1）。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是平面4与棱脊5及过渡区域7的交接处为直线（图5、图6）。
实施例4：
本实施例与实施例3基本相同，所不同的是平面4与棱脊5及过渡区域7的交接处为折线直线（图7、图8），这可延长棱脊5的长度。
以上结合附图示例说明了本实用新型的一些优选实施例式。本实用新型所属技术领域的普通技术人员应当理解，上述具体实施方式部分中所示出的具体结构和工艺过程仅仅为示例性的，而非限制性的。而且，本实用新型所属技术领域的普通技术人员可对以上所述所示的各种技术特征按照各种可能的方式进行组合以构成新的技术方案，或者进行其他改动，而都属于本实用新型的范围之内。
尽管已经参照实施例公开了本实用新型，但是在不背离本实用新型的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变形和修改。因此，应该理解本实用新型不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。
Claims (10)
1.一种双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：所述双作用切削齿由聚晶金刚石层和基体组成，所述聚晶金刚石层端面为双作用切削齿的工作表面，所述工作表面的边缘为双作用切削齿的工作刃，所述工作表面由平面、棱脊以及平面与棱脊之间的过渡区域组成，所述棱脊和平面延伸至工作表面的边缘工作刃上，在工作表面的边缘工作刃上，过渡区域的最低处低于棱脊和平面，棱脊与平面之间的夹角的范围在-15°到15°之间。
2.如权利要求1所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：所述双作用切削齿的边缘工作刃上有倒角或倒圆角。
3.如权利要求1所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：所述边缘工作刃上与棱脊相交的点高于工作表面上的平面。
4.如权利要求1所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：所述边缘工作刃上与棱脊相交的点低于工作表面上的平面。
5.如权利要求1所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：过渡区域最低处的聚晶金刚石层厚度范围为0.5-3mm。
6.如权利要求5所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：过渡区域最低处的聚晶金刚石层厚度范围为0.5-1.5mm。
7.如权利要求1所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：所述棱脊两侧脊面的夹角或棱脊的两侧过渡曲面的切平面的夹角a的范围为90°≤a≤170°，棱脊的径向长度的范围为2mm至7mm。
8.如权利要求1所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：所述工作表面上的平面与切削齿的边缘的交接宽度c的范围为0＜c≤8mm。
9.如权利要求1所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：所述工作表面上的平面与边缘工作刃的相交处，与棱脊与边缘工作刃的相交处相间布置，平面与边缘工作刃的相交处及棱脊与边缘工作刃的相交处的数量范围是2到6。
10.如权利要求1所述的双作用切削齿及PDC钻头，其特征在于：所述双作用切削齿用在PDC钻头上。
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