CN213627443U - 一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头 - Google Patents

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CN213627443U CN202022023028.0U CN202022023028U CN213627443U CN 213627443 U CN213627443 U CN 213627443U CN 202022023028 U CN202022023028 U CN 202022023028U CN 213627443 U CN213627443 U CN 213627443U
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Abstract

本实用新型公开了一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域。钻头包括钻头体、刀翼、水眼或喷嘴、切削齿、减振节等。其特征在于:每个刀翼上至少设置一个蝶形布齿的切削齿,且蝶形布齿的1号切削齿切削轮廓线区域与非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线区域共同形成井底切削区域,当蝶形布齿的1号切削齿高于蝶形布齿的2、3号切削齿的出露高度磨损一定量之后,每个刀翼上的所有蝶形布齿的1、2、3号切削齿共同形成二次切削轮廓线。本发明采用蝶形布齿的方式提高了钻头的布齿密度,蝶形布齿的1号切削齿与2、3号切削齿的切削轮廓线的协调设计增强了钻头的切削能力,延长钻头使用寿命,减少起下钻次数,降低钻井成本。

Description

一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头
技术领域
本实用新型属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域,特别涉及一种用于钻探设备破岩的聚晶金刚石复合片钻头。
背景技术
钻头是石油钻井中用来破碎岩石以形成井眼的工具。石油钻井中常用钻头主要为表、孕镶金刚石钻头、刮刀钻头、牙轮钻头和聚晶金刚石复合片钻头。聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石层和基体复合而成,聚晶金刚石复合片(也称PDC齿、复合片、切削齿或齿)因其具有优异的力学和化学性能,如强度高、韧性好及抗腐蚀性能好,而被广泛用来制造超硬刀具、地质深井及太空钻头上。
聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact Bit,简称PDC钻头)于上世纪七十年代在石油钻井中得以应用,以切削方式破碎岩石,是钻井工程(特别是石油天然气钻井工程)中使用的主要钻头品种之一。能自锐、高硬度、耐磨的切削齿在钻压的作用下很容易切入地层,在扭矩的作用下向前移动剪切岩石。多个聚晶金刚石复合片切削齿同时工作,井底岩石的自由面多,岩石在剪切作用下也容易破碎,因此破碎效率高,钻进速度快,成本低,这类钻头便大范围地运用在了油气田等领域。
聚晶金刚石复合片钻头由钻头体、聚晶金刚石复合片和喷嘴等部分组成,按照结构与制造工艺的不同分为刚体和胎体两大类。聚晶金刚石复合片钻头在设计过程中,切削齿的轴面轮廓线、钻头的轴面布齿图、刀翼的轴面布齿图、刀翼本体轮廓线、钻头的切削轮廓线、刀翼的切削轮廓线、出露高度决定着钻头冠型、切削齿的位置、切削齿的吃入能力等。切削齿轴面轮廓线为当钻头只作绕钻头轴线的转动时,各切削齿的齿刃轮廓线与布齿轴面相交形成交线,如图4、9、14、19中每个圆或椭圆,当将钻头上所有刀翼的主切削齿的轴面轮廓线汇集在同一轴面上,就形成了钻头的轴面布齿图,由于轴面布齿图能准确反映钻头上切削齿对井底岩石的径向覆盖情况,故又叫井底覆盖布齿图,简称覆盖布齿图或井底覆盖图,特别地当只给出某一刀翼上所有主切削齿的轴面轮廓线,而将其他刀翼主切削齿的轴面轮廓线隐去则为该刀翼的轴面布齿图。刀翼本体轮廓线为当钻头只做绕钻头轴向的转动时,刀翼的前侧面与刀翼的布齿面的交线在旋转的过程中会形成以钻头轴线为轴线的回转曲面与轴面的交线,亦即刀翼轮廓线。钻头的切削轮廓线为在钻头的轴面布齿图上作所有主切削齿的轴面轮廓线相切的外包络线,特别地,当作某刀翼的轴面布齿图上左右主切削齿的轴面轮廓线的外包络线即为刀翼的切削轮廓线。出露高度为切削齿超出刀翼的切削轮廓线的高度,切削齿的出露高度是决定钻头侵入岩石能力的重要因素。通常除了规径面的切削齿的出露高度不同,其他位于刀翼布齿面上的主切削齿的出露高度是相同或者接近的。
钻头是井下的重要工具之一,在钻井工程中起着关键作用。
虽然聚晶金刚石复合片钻头现在已经广泛应用于钻探开发中,但在面对复杂难钻地层 (高硬度、高研磨性乃至含砾石层、夹层等不均质地层)时,使钻进变得更加困难。在钻探岩层时聚晶金刚石复合片钻头常常会出现许多问题,如当在硬地层钻进时,为使钻头的吃入能力增强,往往采用切削齿直径较小的,但这使得切削齿的出露高度减少、切削齿的磨损速度加快,钻头寿命降低,若采用大直径的切削齿则切削齿难以吃入地层。当钻头在硬地层或不均质地层钻进时,切削齿易受到较强的冲击载荷,部分切削齿易崩齿、聚晶金刚石层脱落、断裂、掉片、齿柱冲蚀等快速失效现象,进而产生环切现象,在该径向工作区域的切削齿的出露部分大部分被磨损掉,从而在钻头刀翼本体磨出环形槽,一旦发生环切现象,其他切削齿在较大的比压降低,钻头的破岩效率会显著下降。钻头转速低、切削齿破岩效果不好会大大增加钻井成本。为减少钻头磨损量、加快钻进速度、提高钻井效率,对高速的聚晶金刚石复合片钻头和钻头布齿方面的研究必不可少。
实用新型内容
本实用新型的目的在于:提出一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,该方案能够使蝶形布齿的1号切削齿与非蝶形布齿切削齿轴向轮廓线形成钻头的切削轮廓线对井底进行切削磨损掉出露高度高于蝶形布齿的2、3号切削齿的1号齿后露出蝶形布齿的2、3号齿,蝶形布齿的1、2、3号切削齿再与非蝶形布齿的切削齿形成钻头的切削轮廓线对井底进行刮切,能有限避免环切现象,增强钻头的使用寿命,使钻头能够持续高效钻进,降低成本。
本实用新型目的通过下述技术方案来实现:
一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,包括钻头体、刀翼、水眼或喷嘴、切削齿、减振节等。其特征在于:每个刀翼上至少设置一个蝶形布齿的切削齿,且蝶形布齿的1号切削齿切削轮廓线区域与非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线区域共同形成井底切削区域,当蝶形布齿的1号切削齿高于蝶形布齿的2、3号切削齿的出露高度磨损一定量之后,每个刀翼上的所有蝶形布齿的1、2、3号切削齿共同形成二次切削轮廓线。
对于本实用新型所涉及的钻头体、刀翼、水眼或喷嘴、切削齿、减振节、刀翼本体轮廓线、切削轮廓线、出露高度为本领域公知的概念,在此不做赘述,可以参考如图1、图6、图11、图16所示,为本实用新型钻头的结构示意图,其中,1为连接螺纹、2为接头、21 和24为非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线、22为蝶形布齿的1号切削齿的切削轮廓线、23 为蝶形布齿的2、3号切削齿的切削轮廓线、3为刀翼、32为刀翼本体轮廓线、4为非蝶形布齿的切削齿、5为水眼或者喷嘴、6为蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿具体形态图、61为蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿中的圆形1号切削齿、62 为蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿中靠近回转轴的圆弧月牙形2号切削齿、 63为蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿中远离回转轴的圆弧月牙形3号切削齿、7为减振节、8为钻头体、9为蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿具体形态图、91为蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿中的椭圆形1号切削齿、 92为蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿中靠近回转轴的圆弧月牙形2号切削齿、93为蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿中远离回转轴的圆弧月牙形3 号切削齿、10为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿具体形态图、101为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿中的圆形1号切削齿、102为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿中靠近回转轴的椭圆弧月牙形2号切削齿、103为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿中远离回转轴的椭圆弧月牙形3号切削齿、11为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆弧形-椭圆弧月牙形切削齿具体形态图、111为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆弧形-椭圆弧月牙形切削齿中的椭圆形1号切削齿、112为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆弧形-椭圆弧月牙形切削齿中靠近回转轴的椭圆弧月牙形2号切削齿、113蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆弧形-椭圆弧月牙形切削齿中远离回转轴的椭圆弧月牙形3号切削齿。
在现有技术中,钻头上所有切削齿都为单独布齿在钻头刀翼上,且钻头切削轮廓线与刀翼本体轮廓线为平行关系,为增强钻头的吃入能力、保护主切削齿、增加钻头使用寿命多采用增加后排锥型齿、双排切削齿的结构。但在本实用新型中,在不使用锥型齿、双排切削齿结构的情况下采用切削齿的蝶形布齿方式达到后排锥型齿、切削齿结果的效果,有效形成二次切削轮廓线。
本专利的关键点在于:蝶形布齿的1号切削齿的出露高度大于蝶形布齿的2、3号切削齿,先行与非蝶形布齿的切削齿进行井底岩石破碎,待蝶形布齿的1号切削齿磨损一定量之后,蝶形布齿的2、3号切削齿露出并参与岩石破碎,蝶形布齿的1、2、3号切削齿与非蝶形布齿的切削齿对井底岩石共同形成二次切削。当蝶形布齿的2、3号齿露出后,此时蝶形布齿的1、2、3号齿与非蝶形布齿的切削齿形成钻头切削轮廓线,对井底岩石进行一次切削,使钻头在蝶形布齿1号切削齿磨损后仍能持续高速钻进;蝶形布齿的切削齿采用了圆形、圆弧形、椭圆形、椭圆弧形的组合,让钻头的类型多样化、扩大钻头的适用范围、增强钻头使用寿命。
采用本专利方案,在圆弧形-圆形-圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形1号切削齿的切削轮廓线22与非蝶形布齿切削齿的切削轮廓线21、24构成钻头切削轮廓线,蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形2、3号切削齿的切削轮廓线23与非蝶形布齿切削齿的切削轮廓线21、24构成钻头切削轮廓线;在圆弧形-椭圆形- 圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形1 号切削齿的切削轮廓线22与非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线21、24构成钻头切削轮廓线,蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形2、3号切削齿的切削轮廓线23与非蝶形布齿切削齿的切削轮廓线21、24构成钻头切削轮廓线;在椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形1号切削齿的切削轮廓线22与非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线21、24构成钻头切削轮廓线,蝶形布齿的椭圆弧形-圆形- 椭圆弧形2、3号切削齿的切削轮廓线23与非蝶形布齿切削齿的切削轮廓线21、24构成钻头切削轮廓线;在椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形1号切削齿的切削轮廓线22与非蝶形布齿切削齿的切削轮廓线21、24构成钻头切削轮廓线,蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形2、3号切削齿的切削轮廓线23与非蝶形布齿切削齿的切削轮廓线21、24构成钻头切削轮廓线。
作为优选,钻头冠部形状为直线-圆弧-圆弧-倒角,内锥角为浅锥,冠顶高度G满足IADC 5,G的取值范围与钻头直径之间的关系如下:1/8D≤G≤3/8D。
该方案中,钻头的冠部形状选用较平缓的冠型,浅内锥,在难钻地层更易钻进。
作为优选,所有切削齿的布齿为逆向布齿。
该方案中,逆向布齿有利于井底岩屑顺着流道排到环空。
作为优选,刀翼为阿基米德螺旋线,刀翼跨度角为10°。
该方案中,阿基米德螺旋线型刀翼适用于难钻地层。
作为优选,钻头每个刀翼上使用减振节7。
该方案中,减振节7也是一种安置于主切削齿后的耐磨结构。减振节的耐磨性和自锐性均不如PDC切削齿,故主要功能不是破岩,而是缓冲钻头的振动,减小PDC齿的冲击载荷。
作为优选,蝶形布齿的切削齿的分布在每个刀翼冠顶与外锥。
该方案中,在钻头冠顶和外锥处,切削齿最易磨损,易形成环切现象,在这两处布置蝶形布齿的切削齿能增加布齿密度,减少蝶形布齿的1号切削齿磨损,当蝶形布齿的1号切削齿被磨损一些后,蝶形布齿的2、3号齿参与井底岩石切削破碎。
作为优选,所述蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形1号切削齿61的切削工作平面高出于所述蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧2、3号切削齿62、63的切削工作平面1mm。
作为优选,所述蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形1号切削齿91的切削工作平面高出于所述蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形2、3号切削齿92、93的切削工作平面1mm。
作为优选,所述蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形1号切削齿101的切削工作平面高出于所述蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形2、3号切削齿102、103的切削工作平面1mm。
作为优选,所述蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形1号切削齿111的切削工作平面高出于所述蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形2、3号切削齿112、113的切削工作平面 1mm。
该方案中,蝶形布齿的2、3号切削齿出露高度低于蝶形布齿的1号切削齿的1mm,当蝶形布齿的1号切削齿磨损量很小时,蝶形布齿的2、3号切削齿并不与岩石接触,这时蝶形布齿的2、3号切削齿不起任何作用,可看作是被保护的切削齿,当蝶形布齿的1号切削齿的磨损量超过一定量之后,蝶形布齿的1号切削齿的切削轮廓线22将与蝶形布齿的2、3 号切削齿的切削轮廓线23重合,此时蝶形布齿的1、2、3号切削齿的切削轮廓线21、22、 23、24形成钻头的切削轮廓线,蝶形布齿的1、2、3号切削齿与非蝶形布齿的切削齿共同承担破岩任务。
该方案中,当蝶形布齿的2、3号切削齿参与切削破岩后,整个钻头表面上布齿密度会增加,切削齿的平均载荷会降低,总的磨损速度也随之降低,从而提高PDC钻头的寿命。当钻头钻遇砾夹层而产生振动时,蝶形布齿的2、3号切削齿还能够限制切削齿的吃入深度,同时帮助切削齿承担部分冲击载荷,从而减少钻头振动以及主切削齿金刚石层崩裂的概率,有效地保护PDC钻头主切削齿的尖锐,提高PDC钻头钻进时的机械钻速。
作为优选,非蝶形布齿的切削齿为圆形聚晶金刚石复合片,越靠近钻头切削中心的切削齿直径越小。
该方案中,对于非蝶形布齿的切削齿为圆形聚晶金刚石复合片而言,直径越大的复合片比直径小的复合片具有更大的出露高度,出露高度大的圆形聚晶金刚石复合片更易吃入地层。
该方案中,对于非蝶形布齿的切削齿为圆形聚晶金刚石复合片而言,复合片的切削刃轮廓形状较大程度上影响其吃入地层的难易程度,通常情况下,复合片的切削刃轮廓与岩石相接触的区域越窄,其吃入地层就越容易,所以对于圆形聚晶金刚石复合片而言,直径小的复合片比直径大的复合片更容易吃入地层。
该方案中,综合复合片的出露高度和切削刃轮廓与岩石相接触的区域考虑,靠近钻头切削中心的非蝶形布齿的切削齿为圆形聚晶金刚石复合片直径较小,远离钻头切削中心的非蝶形布齿的切削齿为圆形聚晶金刚石复合片直径越大,在蝶形布齿的切削齿之后的非蝶形布齿的切削齿直径一样大。
作为优选,圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,如图1、图3、图5所示,蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形1号齿切削齿61为圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形2、3号切削齿62、63为由两段圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。
该方案中,蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形2、3号切削齿62、63由两段圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形2、3号切削齿 62、63切削刃轮廓与岩石相接触的区域小于蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形1号齿切削齿61,吃入能力较蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形1号齿切削齿61强。
作为优选,圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,如图6、8、10所示,蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形1号切削齿91为椭圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的月牙形-椭圆形-圆弧月牙形2、3号切削齿92、93为两段圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。
该方案中,蝶形布齿的月牙形-椭圆形-圆弧月牙形1号切削齿91为椭圆形聚晶金刚石复合片,椭圆形切削齿齿尖曲率半径较小,相比其他相同高度的圆形齿的齿尖相对尖锐,且在蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形1号切削齿91出露高度高于蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形2、3号切削齿92、93,则更易吃入地层。
作为优选,椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,如图11、13、15所示,蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形1号切削齿101为圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形2、3号切削齿102、 103为两段椭圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。
该方案中,蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形2、3号切削齿102、103由两段椭圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片,其切削齿齿尖曲率半径较小,相比与之形成钻头切削轮廓线的非蝶形布齿的圆形切削齿齿尖尖锐,在蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形1号切削齿101磨损一定量之后,其切削刃轮廓与岩石相接触的区域小于蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形1号切削齿101、非蝶形布齿的圆形切削齿,则吃入地层能力较强。
作为优选,椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,如图16、18、20所示,蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形1号切削齿111 为椭圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形2、3号切削齿112、113为两段椭圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。
该方案中,蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形1号切削齿111采用椭圆形切削齿,蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形2、3号切削齿112、113为两段椭圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的三颗切削齿的切削刃轮廓与岩石相接触的区域较非蝶形布齿的圆形切削齿小,且椭圆形齿齿尖曲率半径较小,椭圆弧月牙形-椭圆形- 椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头吃入能力强。
作为优选,由圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的井底覆盖布齿图可以看出,如图4所示,该钻头主切削齿共37颗,其中1、2、3号刀翼上的蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形2号切削齿,4、5号刀翼上的蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形3号切削齿受到保护,共保护5颗切削齿。
该方案中,即当各刀翼上蝶形布齿圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形1号切削齿磨损一定量之后,这5颗切削齿再参与岩石破碎。
作为优选,由圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的井底覆盖布齿图可以看出,如图9所示,该钻头主切削齿共39颗,其中3、4、5号刀翼上的蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形3号切削齿,1、2、3号刀翼上的蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形2号切削齿受到保护,共保护6颗切削齿。
该方案中,即当各刀翼上蝶形布齿牙形-椭圆形-圆弧月牙形1号切削齿磨损一定量之后,这6颗切削齿再参与岩石破碎。
作为优选,椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的井底覆盖布齿图可以看出,如图14所示,该钻头主切削齿共39颗,其中3、4、5号刀翼上的蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形3号切削齿,1、2、3号刀翼上的蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形2号切削齿受到保护,共保护6颗切削齿。
该方案中,即当各刀翼上蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形1号切削齿磨损一定量之后,这6颗切削齿再参与岩石破碎。
作为优选,椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的井底覆盖布齿图可以看出,如图19所示,该钻头主切削齿共39颗,其中3、4、5号刀翼上的蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形3号切削齿,1、2、3号刀翼上的蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形2号切削齿受到保护,共保护6颗切削齿。
该方案中,即当各刀翼上蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形1号切削齿磨损一定量之后,这6颗切削齿再参与岩石破碎。
前述本实用新型方案及其各进一步优选方案可以自由组合以形成多个方案,均为本实用新型可采用并要求保护的方案,本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合,均为本实用新型所要保护的技术方案,在此不做穷举。
本实用新型的有益效果:
(1)切削齿在一个刀翼上至少采用一组蝶形布齿结构,在尽可能的少使用切削齿的情况下,提高钻头的布齿密度及持续钻进的能力,让钻头冠顶以及外锥上的切削齿受到一定保护,能有效减少环切现象。
(2)采用圆形聚晶金刚石复合片、椭圆形聚晶金刚石复合片、两段圆弧形组成的月牙形聚晶金刚石复合片、两段椭圆弧形组成的月牙形聚晶金刚石复合片混合组成蝶形布齿结构,使钻头变得多样性,提高钻头适应底层的范围。
(3)钻头通过蝶形布齿结构能有效形成二次切削,两次切削轮廓线不同,蝶形布齿的 1号切削齿的出露高度大于蝶形布齿的2、3号切削齿,蝶形布齿的1号切削齿与非蝶形布齿的圆形切削齿先形成一次切削轮廓线,当蝶形布齿的1号切削齿磨损一定量之后,蝶形布齿的1、2、3号切削齿与非蝶形布齿的圆形切削齿再形成二次切削轮廓线,能有效增强钻头的使用寿命。
(4)蝶形布齿通过调节切削齿的形状、出露高度、切削刃轮廓与岩石相接触的区域来改变切削齿吃入地层的能力,从而改善钻头吃入地层的能力,使钻头的的综合钻进效率得到显著提高。
附图说明
图1是圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的结构示意图。
图2是圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头俯视图。
图3是圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头1号刀翼上蝶形布齿结构的局部视图。
图4是圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的井底覆盖布齿图。
图5是圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头1号刀翼的轴面布齿图。
图6是圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的结构示意图。
图7是圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的俯视图。
图8是圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头1号刀翼上蝶形布齿结构的局部视图。
图9是圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的井底覆盖布齿图。
图10是圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头1号刀翼的轴面布齿图。
图11是椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的结构示意图。
图12是椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头俯视图。
图13是椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头1 号刀翼上蝶形布齿结构的局部视图。
图14是椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的井底覆盖布齿图。
图15是椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头1 号刀翼的轴面布齿图。
图16是椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的结构示意图。
图17是椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头俯视图。
图18是椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头 1号刀翼上蝶形布齿结构的局部视图。
图19是椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头的井底覆盖布齿图。
图20是椭圆弧月牙形-椭圆形-椭圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头 1号刀翼的轴面布齿图。
附图中标记零部件名称:1为连接螺纹、2为接头、21和24为非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线、22为蝶形布齿的1号切削齿的切削轮廓线、23为蝶形布齿的2、3号切削齿的切削轮廓线、3为刀翼、32为刀翼本体轮廓线、4为非蝶形布齿的切削齿、5为水眼或者喷嘴、 6为蝶形布齿的圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿具体形态图、61为蝶形布齿的圆弧形- 圆形-圆弧形切削齿中的圆形1号齿、62为蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形切削齿中靠近回转轴的圆弧月牙形2号切削齿、63为蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形切削齿中远离回转轴的圆弧月牙形3号切削齿、7为减振节、8为钻头体、9为蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形- 圆弧月牙形切削齿具体形态图、91为蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形切削齿中的椭圆形1 号切削齿、92为蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形切削齿中靠近回转轴的圆弧月牙形2号切削齿、93为蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形切削齿中远离回转轴的圆弧月牙形3号切削齿、10为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-圆形-椭圆弧月牙形切削齿具体形态图、101为蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿中的圆形1号切削齿、102为蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿中靠近回转轴的椭圆弧月牙形2号切削齿、103为蝶形布齿的椭圆弧形- 圆形-椭圆弧形切削齿中远离回转轴的椭圆弧月牙形3号切削齿、11为蝶形布齿的椭圆弧月牙形-椭圆弧形-椭圆弧月牙形切削齿具体形态图、111为蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆弧形-椭圆弧形切削齿中的椭圆形1号切削齿、112为蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆弧形-椭圆弧形切削齿中靠近回转轴的椭圆弧月牙形2号切削齿、113蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆弧形-椭圆弧形切削齿中远离回转轴的椭圆弧月牙形3号切削齿。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施方式中的附图,对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本实用新型保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本实用新型保护的范围。
实施案例一
如图1至图5中图1、2所示,一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,包括接头2、接头上连接其他零部件的连接螺纹1,钻头体8、延伸自钻头体8或者固定在钻头体8上的若干刀翼3,所述刀翼3上设置有非蝶形布齿形切削齿4、蝶形布齿的切削齿6、减振节7,钻头体8上两个刀翼3之间至少设置一个水眼或喷嘴5。
如图3所示,一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,还包括蝶形布齿的圆弧形-圆形- 圆弧形切削齿中的圆形1号齿61、蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形切削齿中靠近回转轴的圆弧月牙形2号切削齿62、蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形切削齿中远离回转轴的圆弧月牙形3号切削齿63。
如图4所示,21和24为非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线、22为蝶形布齿的1号切削齿的切削轮廓线、23为蝶形布齿的2、3号切削齿的切削轮廓线、32为刀翼本体轮廓线。在一种圆弧月牙形-圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,22为所有刀翼上切削齿61构成的切削轮廓线,23为所有刀翼3上切削齿62、63切削齿构成的切削轮廓线。
如图5所示,蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形1号切削齿中61是一颗圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形2、3号切削齿62、63是两颗由两段圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形2、3号切削齿61、62出露高度低于蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形1号切削齿1mm。
实施案例二
蝶形布齿的切削齿可以采用圆弧形-椭圆形-圆弧形切削齿。
如图6至图10中图6、5所示,一种圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,包括接头2、接头上连接其他零部件的连接螺纹1,钻头体8、延伸自钻头体8或者固定在钻头体8上的若干刀翼3,所述刀翼3上设置有非蝶形布齿形切削齿4、蝶形布齿的切削齿9、减振节7,钻头体8上两个刀翼3之间至少设置一个水眼或喷嘴5。
如图8所示,一种圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,还包括蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿中的椭圆形1号齿91、蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿中靠近回转轴的圆弧月牙形2号切削齿92、蝶形布齿的圆弧月牙形-椭圆形-圆弧月牙形切削齿中远离回转轴的圆弧月牙形3号切削齿 93。
如图9所示,21和24为非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线、22为蝶形布齿的1号切削齿的切削轮廓线、23为蝶形布齿的2、3号切削齿的切削轮廓线、32为刀翼本体轮廓线。在一种圆弧形-椭圆形-圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,22为所有刀翼上切削齿91构成的切削轮廓线,23为所有刀翼3上切削齿92、93切削齿构成的切削轮廓线。
如图10所示,蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形1号切削齿91是一颗椭圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的圆弧形-圆形-圆弧形2、3号切削齿92、93是两颗由两段圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形2、3号切削齿92、93出露高度低于蝶形布齿的圆弧形-椭圆形-圆弧形1号切削齿1mm。
实施案例三
蝶形布齿的切削齿可以采用椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿。
如图11至图15中图11、12所示,一种椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,包括接头2、接头上连接其他零部件的连接螺纹1,钻头体8、延伸自钻头体8或者固定在钻头体8上的若干刀翼3,所述刀翼3上设置有非蝶形布齿形切削齿 4、蝶形布齿的切削齿10、减振节7,钻头体8上两个刀翼3之间至少设置一个水眼或喷嘴 5。
如图13所示,一种椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,还包括蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿中的圆形1号齿101、蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿中靠近回转轴的椭圆弧月牙形2号切削齿102、蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形形切削齿中远离回转轴的椭圆弧月牙形3号切削齿103。
如图14所示,21和24为非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线、22为蝶形布齿的1号切削齿的切削轮廓线、23为蝶形布齿的2、3号切削齿的切削轮廓线、32为刀翼本体轮廓线。在一种椭圆弧形-圆形-椭圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,22为所有刀翼上切削齿101构成的切削轮廓线、23为所有刀翼3上切削齿102、103切削齿构成的切削轮廓线。
如图15所示,蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形1号切削齿91是一颗圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形2、3号切削齿92、93是两颗由两段椭圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形2、3号切削齿102、 103出露高度低于蝶形布齿的椭圆弧形-圆形-椭圆弧形1号切削齿1mm。
实施案例四
蝶形布齿的切削齿可以采用椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形切削齿。
如图16至图20中图16、17所示,一种椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,包括接头2、接头上连接其他零部件的连接螺纹1,钻头体8、延伸自钻头体8或者固定在钻头体8上的若干刀翼3,所述刀翼3上设置有非蝶形布齿形切削齿4、蝶形布齿的切削齿11、减振节7,钻头体8上两个刀翼3之间至少设置一个水眼或喷嘴5。
如图18所示,一种椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,还包括蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形切削齿中的圆形1号齿111、蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形切削齿中靠近回转轴的椭圆弧月牙形2号切削齿112、蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形切削齿中远离回转轴的椭圆弧月牙形3号切削齿113。
如图19所示,21和24为非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线、22为蝶形布齿的1号切削齿的切削轮廓线、23为蝶形布齿的2、3号切削齿的切削轮廓线、32为刀翼本体轮廓线。在一种椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形切削齿蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头中,22为所有刀翼上切削齿111构成的切削轮廓线,23为所有刀翼3上切削齿112、113切削齿构成的切削轮廓线。
如图20所示,蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形1号切削齿91是一颗椭圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形2、3号切削齿92、93是两颗由两段椭圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形2、3号切削齿 112、113出露高度低于蝶形布齿的椭圆弧形-椭圆形-椭圆弧形1号切削齿1mm。

Claims (9)

1.一种蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,包括钻头体、刀翼、水眼或喷嘴、切削齿、减振节等;其特征在于:每个刀翼上至少设置一个蝶形布齿的切削齿,且蝶形布齿的1号切削齿切削轮廓线区域与非蝶形布齿的切削齿切削轮廓线区域共同形成井底切削区域,当蝶形布齿的1号切削齿高于蝶形布齿的2、3号切削齿的出露高度磨损一定量之后,每个刀翼上的所有蝶形布齿的1、2、3号切削齿共同形成二次切削轮廓线。
2.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,其特征在于:钻头冠部形状为直线-圆弧-圆弧-倒角,内锥角为浅锥,冠顶高度G的取值范围与钻头直径之间的关系如下:1/8D≤G≤3/8D。
3.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,其特征在于:刀翼为阿基米德螺旋线,刀翼跨度角为10°,切削齿的布齿为逆向布齿,钻头每个刀翼上使用减振节,蝶形布齿的切削齿的分布在每个刀翼的冠顶或外锥。
4.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,其特征在于:所述蝶形布齿的1号切削齿的切削工作平面高出所述蝶形布齿的2、3号切削齿的切削工作平面。
5.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,其特征在于:非蝶形布齿的切削齿为圆形聚晶金刚石复合片,越靠近钻头切削中心的切削齿直径越小。
6.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,其特征在于:蝶形布齿的1号切削齿为圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的2、3号切削齿为两段圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。
7.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,其特征在于:蝶形布齿的1号切削齿为圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的2、3号切削齿为两段椭圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。
8.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,其特征在于:蝶形布齿的1号切削齿为椭圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的2、3号切削齿为两段椭圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。
9.如权利要求1所述的蝶形布齿的聚晶金刚石复合片钻头,其特征在于:蝶形布齿的1号切削齿为椭圆形聚晶金刚石复合片,蝶形布齿的2、3号切削齿为两段圆弧组成的月牙形聚晶金刚石复合片。
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