一種六點定位內(nèi)凹三翼pdc不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)及其保徑方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)及保徑方法，所述不取芯鉆頭包括鉆頭胎體和鉆頭鋼體，所述鉆頭胎體上設(shè)包括三個刀翼的刀翼部、中心內(nèi)凹部、鉆頭體保徑部、噴嘴、流道和排泄槽，鉆頭胎體的三個刀翼由WC粉料通過砂模燒結(jié)在鉆頭鋼體上，中間內(nèi)凹部使鉆頭鉆進時進入凹槽，形成短圓柱圓芯，PDC切削齒固定在刀翼和中心內(nèi)凹部，保證鉆頭鉆入碎性地層。鉆頭體保徑部采用與鉆頭直徑不同心的圓弧段組成，保徑后端與鉆頭直徑重合，鉆頭噴嘴通過砂芯棒直接在鉆頭體上成型，中心內(nèi)凹部與刀翼部間流道連成一體，有利于巖屑的及時排出。因此鉆頭鉆進時穩(wěn)定性好，機械鉆速更快，使用壽命更長。
【專利說明】一種六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)及其保徑方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚晶金剛石(roc)復(fù)合片鉆頭，尤其涉及一種六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)及其保徑方法，屬于鉆采工具領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭是金剛石鉆頭的一種，聚晶金剛石復(fù)合片英文縮寫為roc，聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭也稱PDC鉆頭，廣泛應(yīng)用于工程施工、水文、煤田地質(zhì)勘探與煤礦井下、煤礦井下瓦斯抽放、注水與排水等鉆孔的回轉(zhuǎn)及沖擊回轉(zhuǎn)鉆進等領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中，鉆進中硬?硬的破碎性地層，用硬質(zhì)合金齒鉆頭鉆進存在機械鉆速慢、壽命短及崩齒的質(zhì)量問題，導(dǎo)致額外的起下鉆作業(yè)，增加了鉆進的時間和作業(yè)費用，鉆井成本較高。因此目前鉆井、開孔都采用機械鉆速較快的內(nèi)凹PDC鉆頭，提高鉆進和開孔的速度，且不存在掉牙輪的質(zhì)量問題，大大降低了作業(yè)成本。雖然PDC鉆頭的PDC復(fù)合片堅硬，耐磨使用壽命長，但不耐沖擊，在中硬?硬的破碎性地層快速鉆進時因鉆頭的振動、沖擊，導(dǎo)致PDC復(fù)合片過早破碎失效，導(dǎo)致這種鉆頭沒有充分發(fā)揮PDC復(fù)合片鉆頭使用壽命長的優(yōu)勢，因而亟需對現(xiàn)有的PDC復(fù)合片鉆頭結(jié)構(gòu)進行改進，以防止I3DC復(fù)合片過早破碎失效，從而提高PDC鉆頭的使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點和不足，本發(fā)明旨在提供一種機械鉆速快、鉆進穩(wěn)定性高、使用壽命長的六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)及其保徑方法，主要通過設(shè)置鉆頭體保徑部與鉆頭直徑采用不同心的圓弧環(huán)的方式，使鉆頭的鉆頭體保徑部與井壁的接觸由面接觸變?yōu)榫€接觸，大大減少了鉆頭與井壁的接觸面積，有效降低了鉆頭的摩擦阻力，使得鉆頭與井壁摩擦產(chǎn)生的瞬時溫度大大降低，從而有效解決現(xiàn)有的PDC復(fù)合片鉆頭易破碎失效、使用壽命較短的技術(shù)問題。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)，包括鉆頭胎體和鉆頭鋼體，所述鉆頭胎體設(shè)置于鉆頭鋼體的端部，所述鉆頭胎體上設(shè)刀翼部、中心內(nèi)凹部和鉆頭體保徑部，所述刀翼部包括三個刀翼并沿周向均勻布置在所述鉆頭胎體的上端面，所述中心內(nèi)凹部為形成在鉆頭胎體的中心區(qū)域的一個允許鉆頭鉆進時形成短圓柱巖芯的凹槽，各刀翼以及所述凹槽的上端面固定有PDC切削齒，其特征在于，
[0006]所述鉆頭體保徑部形成在所述鉆頭胎體的外側(cè)面，所述保徑部與各所述刀翼組成所述鉆頭結(jié)構(gòu)的保徑結(jié)構(gòu)，所述保徑部的外表面與所述鉆頭結(jié)構(gòu)的外旋轉(zhuǎn)面之間形成有六條沿所述鉆頭結(jié)構(gòu)軸線方向延伸的接觸線，所述外旋轉(zhuǎn)面為鉆頭結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時所形成的最大外圓柱面，該最大外圓柱面為一假想面，鉆頭體保徑部與每個刀翼對應(yīng)的部分上各分布兩條接觸線，所述鉆頭體保徑部上在每條接觸線對應(yīng)的部位上鑲圓柱聚晶金剛石。
[0007]優(yōu)選地，各所述接觸線均勻分布在所述鉆頭體保徑部上。
[0008]進一步地，每一刀翼對應(yīng)的保徑環(huán)上分布有兩條接觸線。
[0009]優(yōu)選地，所述鉆頭結(jié)構(gòu)還設(shè)置有噴嘴、流道和排屑槽，所述噴嘴固定在所述鉆頭胎體上，所述鉆頭胎體和鉆頭鋼體中形成有所述流道，所述排屑槽形成在所述鉆頭胎體上，所述噴嘴、流道和排屑槽構(gòu)成所述鉆頭的水力系統(tǒng)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭的保徑方法，所述不取芯鉆頭包括鉆頭胎體和鉆頭鋼體，所述鉆頭胎體設(shè)置于鉆頭鋼體的端部，所述鉆頭胎體上設(shè)刀翼部、中心內(nèi)凹部和鉆頭體保徑部，所述刀翼部包括三個刀翼并沿周向均勻布置在所述鉆頭胎體的上端面，所述中心內(nèi)凹部為形成在鉆頭胎體的中心區(qū)域的一個允許鉆頭鉆進時形成短圓柱巖芯的凹槽，各刀翼以及所述凹槽的上端面固定有PDC切削齒，其特征在于，
[0011]所述鉆頭體保徑部形成在所述鉆頭胎體的外側(cè)面，所述保徑部與各所述刀翼組成所述鉆頭結(jié)構(gòu)的保徑結(jié)構(gòu)，所述保徑部的外表面與所述鉆頭結(jié)構(gòu)的外旋轉(zhuǎn)面之間形成有六條沿所述鉆頭結(jié)構(gòu)軸線方向延伸的接觸線，所述外旋轉(zhuǎn)面為鉆頭結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時所形成的最大外圓柱面，該最大外圓柱面為一假想面，鉆頭體保徑部與每個刀翼對應(yīng)的部分上各分布兩條接觸線，所述鉆頭體保徑部上在每條接觸線對應(yīng)的部位上鑲圓柱聚晶金剛石。
[0012]同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)及其保徑方法具有顯著的技術(shù)效果:本發(fā)明的鉆頭結(jié)構(gòu)，其鉆頭體保徑部與井壁的接觸由面接觸變?yōu)榫€接觸，大大減少了與井壁的接觸面積，鉆進時摩擦阻力小，攻擊性更強，使得機械鉆速更快，同時與井壁摩擦產(chǎn)生的瞬時溫度也大大降低，有利于保護圓柱聚晶金剛石，保徑效果更好。因采用六點定位，避免了面接觸的自由度冗余的情況，達到了動態(tài)的力平衡調(diào)整，鉆進時穩(wěn)定性更好，有利于平穩(wěn)鉆進，避免了鉆進時的橫向擺動沖擊PDC復(fù)合片，提高了鉆頭的使用壽命，穩(wěn)定了鉆頭的使用質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的六點定位內(nèi)凹三翼roc不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0014]圖2示出了本發(fā)明的六點定位內(nèi)凹三翼roc不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)的局部放大圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細說明，應(yīng)指出的是，所描述的具體實施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
[0017]參照圖1和圖2，本發(fā)明的六點定位內(nèi)凹三翼人造金剛石不取芯鉆頭主要由鉆頭胎體1，鉆頭鋼體2，三個刀翼3，刀翼人造金剛石切削齒4，內(nèi)凹人造金剛石切削齒5，六點定位保徑部6，噴嘴7、流道8和排屑槽9組成。刀翼3固定在鉆頭鋼體2組成鉆頭胎體1，鉆頭胎體I中心區(qū)域有一個允許鉆頭鉆進時形成短圓柱巖芯的凹槽，刀翼人造金剛石切削齒4固定在刀翼3，內(nèi)凹人造金剛石切削齒5固定在鉆頭胎體I中心，噴嘴7固定在胎體I和鉆頭鋼體2上，與流道8及排屑槽9組成了鉆頭的水力系統(tǒng)。六點定位保徑環(huán)7其保徑環(huán)采用了與鉆頭直徑不同心的圓弧環(huán)，內(nèi)鑲圓柱聚晶金剛石，與刀翼3組成了保徑結(jié)構(gòu)。
[0018]鉆頭胎體I設(shè)置于鉆頭鋼體2的端部，鉆頭胎體I的上端面靠近外圓周沿周向均勻設(shè)置有三個刀翼3，各刀翼上固定設(shè)置有PDC切削齒，鉆頭胎體I的中心區(qū)域形成為一個允許鉆頭鉆進時形成短圓柱巖芯的凹槽，凹槽的上端面固定有內(nèi)凹PDC切削齒5，鉆頭胎體I的外側(cè)面形成為鉆頭結(jié)構(gòu)的保徑環(huán)，保徑環(huán)上鑲圓柱聚晶金剛石，保徑環(huán)與各刀翼組成鉆頭結(jié)構(gòu)的保徑結(jié)構(gòu)，保徑部的外表面與鉆頭結(jié)構(gòu)的外旋轉(zhuǎn)面之間形成有六條沿鉆頭結(jié)構(gòu)軸線方向延伸的接觸線，外旋轉(zhuǎn)面為鉆頭結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時所形成的最大外圓柱面，該最大外圓柱面為一假想面。各接觸線均勻分布在保徑部上。每一刀翼對應(yīng)的保徑部上分布有兩條接觸線。
[0019]由于本發(fā)明在保徑環(huán)部位采用了與鉆頭直徑不同心過渡圓弧結(jié)構(gòu)，三個保徑切削齒與保徑環(huán)后角與井壁共六點同時接觸，這樣鉆頭的保徑環(huán)與井壁的接觸由面接觸變?yōu)榫€接觸，大大減少了與井壁的接觸面積，鉆進時摩擦阻力小，攻擊性更強，使得機械鉆速更快。因保徑環(huán)采用不同心的圓弧結(jié)構(gòu)，保徑齒、內(nèi)鑲圓柱聚晶金剛石的保徑環(huán)交替磨損，井壁摩擦產(chǎn)生的瞬時溫度也大大降低，有利于保護圓柱聚晶金剛石，保徑效果更好。采用六點定位，避免了面接觸的自由度冗余的情況，達到了動態(tài)的力平衡調(diào)整，鉆進時穩(wěn)定性更好，有利于平穩(wěn)鉆進，避免了鉆進時的橫向擺動沖擊人造金剛石復(fù)合片避免了早期破損，提高了鉆頭的使用壽命，穩(wěn)定了鉆頭的質(zhì)量。
[0020]以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明保護的范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的范圍內(nèi)可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)力要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)，包括鉆頭胎體和鉆頭鋼體，所述鉆頭胎體設(shè)置于鉆頭鋼體的端部，所述鉆頭胎體上設(shè)刀翼部、中心內(nèi)凹部和鉆頭體保徑部，所述刀翼部包括三個刀翼并沿周向均勻布置在所述鉆頭胎體的上端面，所述中心內(nèi)凹部為形成在鉆頭胎體的中心區(qū)域的一個允許鉆頭鉆進時形成短圓柱巖芯的凹槽，各刀翼以及所述凹槽的上端面固定有PDC切削齒，其特征在于， 所述鉆頭體保徑部形成在所述鉆頭胎體的外側(cè)面，所述保徑部與各所述刀翼組成所述鉆頭結(jié)構(gòu)的保徑結(jié)構(gòu)，所述保徑部的外表面與所述鉆頭結(jié)構(gòu)的外旋轉(zhuǎn)面之間形成有六條沿所述鉆頭結(jié)構(gòu)軸線方向延伸的接觸線，所述外旋轉(zhuǎn)面為鉆頭結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時所形成的最大外圓柱面，該最大外圓柱面為一假想面，鉆頭體保徑部與每個刀翼對應(yīng)的部分上各分布兩條接觸線，所述鉆頭體保徑部上在每條接觸線對應(yīng)的部位上鑲圓柱聚晶金剛石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，各所述接觸線均勻分布在所述鉆頭體保徑部上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，每一刀翼對應(yīng)的保徑環(huán)上分布有兩條接觸線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鉆頭結(jié)構(gòu)還設(shè)置有噴嘴、流道和排屑槽，所述噴嘴固定在所述鉆頭胎體上，所述鉆頭胎體和鉆頭鋼體中形成有所述流道，所述排屑槽形成在所述鉆頭胎體上，所述噴嘴、流道和排屑槽構(gòu)成所述鉆頭的水力系統(tǒng)。
5.一種六點定位內(nèi)凹三翼PDC不取芯鉆頭的保徑方法，所述不取芯鉆頭包括鉆頭胎體和鉆頭鋼體，所述鉆頭胎體設(shè)置于鉆頭鋼體的端部，所述鉆頭胎體上設(shè)刀翼部、中心內(nèi)凹部和鉆頭體保徑部，所述刀翼部包括三個刀翼并沿周向均勻布置在所述鉆頭胎體的上端面，所述中心內(nèi)凹部為形成在鉆頭胎體的中心區(qū)域的一個允許鉆頭鉆進時形成短圓柱巖芯的凹槽，各刀翼以及所述凹槽的上端面固定有PDC切削齒，其特征在于， 所述鉆頭體保徑部形成在所述鉆頭胎體的外側(cè)面，所述保徑部與各所述刀翼組成所述鉆頭結(jié)構(gòu)的保徑結(jié)構(gòu)，所述保徑部的外表面與所述鉆頭結(jié)構(gòu)的外旋轉(zhuǎn)面之間形成有六條沿所述鉆頭結(jié)構(gòu)軸線方向延伸的接觸線，所述外旋轉(zhuǎn)面為鉆頭結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時所形成的最大外圓柱面，該最大外圓柱面為一假想面，鉆頭體保徑部與每個刀翼對應(yīng)的部分上各分布兩條接觸線，所述鉆頭體保徑部上在每條接觸線對應(yīng)的部位上鑲圓柱聚晶金剛石。
【文檔編號】E21B10/46GK104329030SQ201410572399
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】陳敏, 朱偉鑫 申請人:宜春學(xué)院, 宜春市威龍鉆具制造有限公司