專利名稱：金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種金剛石鉆頭。

背景技術(shù)：
金剛石鉆頭是一種在地層鉆井工程中得到了廣泛應用的鉆井工具，由鉆頭體、切削齒、保徑墊和水力結(jié)構(gòu)等組成，它是通過其切削齒與地層巖石的接觸對其產(chǎn)生擠壓和剪切巖層來破碎巖石的。為了防止鉆頭在工作時由于地層巖石的磨損而導致鉆頭直徑縮小，即所謂“縮徑”，現(xiàn)有技術(shù)是在鉆頭的外側(cè)布置有一定數(shù)量的保徑墊，所述的保徑墊上鑲裝有耐磨、抗沖擊的耐磨材料塊，或者敷焊有耐磨硬質(zhì)合金材料，這些均稱為被動保徑墊。
近年來，隨著鉆井工程中定向井的數(shù)量越來越大，對于定向井用的金剛石鉆頭需求也在迅速增加。在常規(guī)的定向井用金剛石鉆頭中，為了在滑動定向時使鉆頭具有良好的導向性通常將鉆頭保徑設計得比較短，同時采用光滑的保徑面設計以減少摩阻，上述被動保徑墊對地層沒有切削能力、扭矩小，能夠?qū)Χㄏ虺跗诘墓ぞ呙婵刂破鸬搅己玫淖饔谩５S著定向技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)導向工具，這種工具要求鉆頭具有較強的側(cè)向切削能力，而上述被動保徑墊限制了鉆頭的側(cè)向切削能力，而如果單純提高鉆頭冠部側(cè)向切削能力又會造成鉆頭扭矩過大的弊端，為了解決這一問題，本實用新型提出了一種主動保徑墊結(jié)構(gòu)，它在維持原來定向井鉆頭布齒設計不變的前提下，既可以使鉆頭具有較強的側(cè)向切削能力，又能減小保徑墊與井壁間的旋轉(zhuǎn)阻力，從而降低鉆頭的扭矩。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，以解決傳統(tǒng)的保徑墊結(jié)構(gòu)限制了鉆頭的側(cè)向切削能力的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案包括 一種金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，設置在金剛石鉆頭的刀翼上，與刀翼上的切削齒縱向相鄰，其特征在于所述的主動保徑墊的工作側(cè)設有耐磨區(qū)，而所述的主動保徑墊的另一側(cè)加工有一個低于鉆頭公稱直徑表面預定距離的表面，所述的表面上沿軸向裝配有呈矩陣排列的具有切削能力的硬質(zhì)合金齒。
較佳的實施方式中，所述的耐磨區(qū)是由敷焊在主動保徑墊上的耐磨硬質(zhì)合金材料組成，或者由鑲裝在主動保徑墊上的耐磨材料塊組成。
較佳的實施方式中，所述的耐磨材料塊以及耐磨硬質(zhì)合金材料的材質(zhì)是碳化鎢或者熱穩(wěn)定聚晶金剛石或者聚晶金剛石。
較佳的實施方式中，所述的耐磨材料塊的頂端呈平頭形。
較佳的實施方式中，所述的預定距離為5～20mm。
較佳的實施方式中，所述的具有切削能力的硬質(zhì)合金齒的頂端呈楔形或球形或錐球形。
較佳的實施方式中，所述的硬質(zhì)合金齒是碳化鎢材質(zhì)。
較佳的實施方式中，在每個主動保徑墊的耐磨層下設置一層寬度為10～50mm的緩沖墊。
較佳的實施方式中，所述的金剛石鉆頭具有偶數(shù)個刀翼，所述的偶數(shù)個刀翼上間隔設置有主動保徑墊與被動保徑墊。
較佳的實施方式中，所述的金剛石鉆頭的所有刀翼上設置有主動保徑墊。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用上述技術(shù)方案的本實用新型具有的優(yōu)點在于使該鉆頭具有較強的側(cè)向切削能力，同時能減小保徑墊與井壁間的旋轉(zhuǎn)阻力。

圖1是本實用新型第一個實施例的鉆頭冠部三維投影圖； 圖2是本實用新型圖1的A向局部結(jié)構(gòu)視圖； 圖3是本實用新型的第二個實施例的示意圖，其鉆頭的保徑布置方式為全部刀翼采用主動保徑墊； 圖4是本實用新型所采用的被動保徑墊上所用的平頭耐磨材料塊； 圖5是本實用新型所采用的主動保徑墊上所用的楔形硬質(zhì)合金齒； 圖6是本實用新型所采用的主動保徑墊上所用的球形硬質(zhì)合金齒； 圖7是本實用新型所采用的主動保徑墊上所用的錐球形硬質(zhì)合金齒。
附圖標記說明1-刀翼；2-切削齒；3-被動保徑墊；4-被動保徑墊上的耐磨材料塊；5-被動保徑墊上的耐磨硬質(zhì)合金材料；6-主動保徑墊；7-主動保徑墊上的耐磨硬質(zhì)合金材料；8-主動保徑上的硬質(zhì)合金齒；9-主動保徑墊的較低表面；h-主動保徑墊較低面與鉆頭直徑表面的高度差；w-緩沖墊寬度。
具體實施方式
為了使本實用新型的形狀、構(gòu)造以及特點能夠更好地被理解，以下將結(jié)合兩個較佳實施例并結(jié)合附圖進行詳細說明。
如圖1所示，是本實用新型的第一個較佳實施例，其是一種用于地層鉆井的金剛石鉆頭，其具有四個刀翼1，每個刀翼1上縱向設有數(shù)個切削齒2，且每個刀翼1上還設有一個與切削齒2縱向相鄰的保徑墊3、6，所述的保徑墊3、6具有在井眼中支撐鉆頭以保證鉆頭的穩(wěn)定和防止鉆頭因地下巖石的磨損而導致鉆頭直徑縮小的作用。
在本實施例中，所述的保徑墊3、6根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能分為主動保徑墊6和被動保徑墊3兩種，所述的被動保徑墊3則僅有支撐鉆頭體和防止“縮徑”的功能，對井壁沒有切削能力；而主動保徑墊6除具有上述功能外，還具有切削井壁的功能。在本實施例中，主動保徑墊6與被動保徑墊3間隔設置在所述的四個刀翼1上，即鉆頭的第一個保徑墊是“主動保徑墊”，則第二個保徑墊是“被動保徑墊”，第三個保徑墊又是“主動保徑墊”，依次類推。
在本實施例中，所述的被動保徑墊3的結(jié)構(gòu)由敷焊在被動保徑墊3上的耐磨硬質(zhì)合金材料5和鑲裝在被動保徑墊3上的耐磨材料塊4組合而成，兩者在同一個半徑的圓柱面上，所述的耐磨材料塊4的形狀可以如圖4所示，是平頭的。
再請結(jié)合參考圖2，是圖1的A向局部結(jié)構(gòu)視圖，表示主動保徑墊結(jié)構(gòu)的剖視圖，由圖可知，所述的主動保徑墊6的工作側(cè)敷焊有耐磨硬質(zhì)合金材料7組成耐磨區(qū)，所述的耐磨區(qū)也可以是由鑲裝在主動保徑墊6上的耐磨材料塊組成，而所述的主動保徑墊6的另一側(cè)加工有一個低于鉆頭公稱直徑表面預定距離h的表面9，所述的表面9上沿軸向裝配有1～6列具有切削能力的硬質(zhì)合金齒8，所述的具有切削能力的硬質(zhì)合金齒8的頂端呈楔形或球形或錐球形(如圖5、圖6、圖7所示)，也可以是其它形狀的切削齒。
在本實施例中，硬質(zhì)合金齒8優(yōu)選采用碳化鎢材質(zhì)，而耐磨材料塊4和耐磨硬質(zhì)合金材料5、7除可采用碳化鎢材質(zhì)外還可優(yōu)選采用聚晶金剛石復合片或熱穩(wěn)定聚晶金剛石材料；而所述的預定距離h均優(yōu)選為5～20mm。為了使主動保徑墊6的耐沖擊性、耐磨性進一步增強，還可以在每個主動保徑墊6的耐磨層7下設置一層寬度w為10～50mm的緩沖墊10。緩沖墊10的成型方式屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不予贅述。
本實用新型的鉆頭在旋轉(zhuǎn)工作時，主動保徑墊6上的耐磨區(qū)先與巖體接觸，以承受巖體的壓力，然后所述的具有切削能力的硬質(zhì)合金齒8將巖體切開，使鉆頭具有較強的側(cè)向切削能力，同時由于所述的硬質(zhì)合金齒8的頂端呈楔形或球形或錐球形，能夠減小保徑墊與井壁間的旋轉(zhuǎn)阻力。
如圖3所示，是本實用新型的第二個實施例的示意圖，其與第一個實施例的差別僅在于鉆頭的保徑布置方式為全部刀翼均采用主動保徑墊。這種設置方式可以使鉆頭的側(cè)向切削能力得到進一步增強，而鉆頭與井壁間的旋轉(zhuǎn)阻力也進一步減小。
以上說明對本實用新型而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術(shù)人員理解，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，設置在金剛石鉆頭的刀翼上，與刀翼上的切削齒縱向相鄰，其特征在于
所述的主動保徑墊的工作側(cè)設有耐磨區(qū)，而所述的主動保徑墊的另一側(cè)加工有一個低于鉆頭公稱直徑表面預定距離的表面，所述的表面上沿軸向裝配有呈矩陣排列的具有切削能力的硬質(zhì)合金齒。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的耐磨區(qū)是由敷焊在主動保徑墊上的耐磨硬質(zhì)合金材料組成，或者由鑲裝在主動保徑墊上的耐磨材料塊組成。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的耐磨材料塊以及耐磨硬質(zhì)合金材料的材質(zhì)是碳化鎢或者熱穩(wěn)定聚晶金剛石或者聚晶金剛石。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的耐磨材料塊的頂端呈平頭形。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的預定距離為5～20mm。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的具有切削能力的硬質(zhì)合金齒的頂端呈楔形或球形或錐球形。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的硬質(zhì)合金齒是碳化鎢材質(zhì)。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于在每個主動保徑墊的耐磨層下設置一層寬度為10～50mm的緩沖墊。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的金剛石鉆頭具有偶數(shù)個刀翼，所述的偶數(shù)個刀翼上間隔設置有主動保徑墊與被動保徑墊。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的金剛石鉆頭的所有刀翼上設置有主動保徑墊。
專利摘要本實用新型是一種金剛石鉆頭的主動保徑墊結(jié)構(gòu)，設置在金剛石鉆頭的刀翼上，與刀翼上的切削齒縱向相鄰，其中所述的主動保徑墊的工作側(cè)設有耐磨區(qū)，而所述的主動保徑墊的另一側(cè)加工有一個低于鉆頭公稱直徑表面預定距離的表面，所述的表面上沿軸向裝配有呈矩陣排列的具有切削能力的硬質(zhì)合金齒。實施中，金剛石鉆頭采用主、被動保徑墊間隔布置或者全部采用主動保徑墊。這種鉆頭在應用于定向井鉆井時，既具有定向時所必須的較強側(cè)向切削能力，又具有在穩(wěn)斜井段所必須的穩(wěn)定性，從而提高了定向鉆井的效率。
文檔編號E21B10/46GK201144641SQ200720310489
公開日2008年11月5日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者張建平 申請人:武漢億斯達工具有限公司