一種五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，包括鉆頭本體、連接接頭、刀翼、主切削齒和噴嘴；按與所述鉆頭中心線的垂直距離由小到大、將主切削齒順序編號(hào)為a1、a2、a3、……；從an號(hào)開始的主切削齒依次順序布置在所有五個(gè)刀翼上，設(shè)定包含an號(hào)主切削齒的刀翼為B1號(hào)刀翼，并將其余刀翼按鉆頭旋轉(zhuǎn)方向的反方向依次順序編號(hào)為B2、B3、B4、B5號(hào)刀翼；則從所述an號(hào)開始的主切削齒分布規(guī)律如下：an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5……號(hào)主切削齒循環(huán)依次布置在B1、B3、B5、B2、B4、B1……號(hào)刀翼上。本實(shí)用新型降低主切削齒的切削面積，縮短主切削齒和地層接觸摩擦的切削刃邊，減小側(cè)向受力；具有扭矩小，切削效率高，穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】一種五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種石油天然氣鉆井行業(yè)，具體是一種具有高效切削結(jié)構(gòu)的五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]由于世界能源日趨緊張，石油天然氣鉆井活動(dòng)不斷增加，所以對(duì)石油天然氣鉆井鉆頭的需求量也越來越大。石油天然氣鉆井聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)鉆頭由于鉆井速度高和使用壽命長(zhǎng)，因此得到了極其廣泛的應(yīng)用。
[0003]聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)鉆頭按照鉆頭刀翼數(shù)量分為三刀翼、四刀翼、五刀翼、六刀翼、七刀翼和八刀翼PDC鉆頭等，其中五刀翼PDC鉆頭的鉆井速度和使用壽命適中，適應(yīng)地層范圍廣，在石油天然氣鉆井活動(dòng)中被廣泛使用。
[0004]以現(xiàn)有五刀翼PDC鉆頭為例，分析現(xiàn)有PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu):
[0005]如圖1所不，聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)鉆頭王要由鉆頭本體4、連接接頭5、刀翼2、主切削齒I和噴嘴3組成。聚晶金剛石復(fù)合片(roc)鉆頭有5個(gè)刀翼2和多個(gè)主切削齒I(聚晶金剛石復(fù)合片)，不同位置的主切削齒I按照特定的切削規(guī)律布置在各個(gè)刀翼2上，構(gòu)成PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu)。
[0006]如圖2~圖4所示，為現(xiàn)有PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu)示意圖，圖2所示為現(xiàn)有PDC鉆頭的主切削齒I (聚晶金 剛石復(fù)合片)布齒覆蓋圖，圖3所示為Z向視圖，表示不同位置的主切削齒I在各個(gè)刀翼2上的分布情況，圖4為現(xiàn)有PDC鉆頭單個(gè)主切削齒I (聚晶金剛石復(fù)合片)的切削面積和切削刃邊示意圖。標(biāo)記CEN為PDC鉆頭中心線，標(biāo)記V為PDC鉆頭鉆進(jìn)地層時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向，坐標(biāo)系Z軸和PDC鉆頭中心線重合并且指向PDC鉆頭的鉆進(jìn)方向。
[0007]一般現(xiàn)有技術(shù)所采用的五刀翼PDC鉆頭具有2根長(zhǎng)刀翼和3根短刀翼，若干個(gè)主切削齒I分布在長(zhǎng)刀翼和短刀翼的前刀翼面上。將五根刀翼2沿鉆頭旋轉(zhuǎn)方向的反方向(負(fù)V方向)依次順序定義為B1、B2、B3、B4和B5號(hào)刀翼2，其中:B1和B4號(hào)刀翼2為長(zhǎng)刀翼、B2、B3和B5號(hào)刀翼2為短刀翼。再按靠近所述鉆頭中心線(Z軸)垂直距離由小到大、將主切削齒I順序編號(hào)為ap a2、a3、……，an號(hào)之前的主切削齒&1、a2……Blri依次交替布置在長(zhǎng)刀翼BI和B4上；從an號(hào)開始,主切削齒I的分布規(guī)律如下循環(huán):an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5……號(hào)主切削齒I依次布置在B1、B2、B3、B4、B5、B1……號(hào)刀翼2上。如此，依上述規(guī)律構(gòu)成整個(gè)現(xiàn)有PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu)，完成主切削齒I切削該區(qū)域地層的完整覆蓋。
[0008]定義上述切削結(jié)構(gòu)為正向(按刀翼號(hào)由小到大的順序)順序切削結(jié)構(gòu)，同理現(xiàn)有PDC鉆頭還有反向(按刀翼號(hào)由大到小的順序)順序切削結(jié)構(gòu)。反向順序切削結(jié)構(gòu)由于其它原因，在實(shí)際應(yīng)用中很少被采用。因反向順序切削結(jié)構(gòu)的切削原理和正向順序切削結(jié)構(gòu)相類似，后面所述不再單獨(dú)提及反向順序切削結(jié)構(gòu)。
[0009]如圖2所示，第an號(hào)主切削齒I靠PDC鉆頭外側(cè)的區(qū)域?yàn)镻DC鉆頭的主切削齒全覆蓋區(qū)，第an號(hào)主切削齒I (聚晶金剛石復(fù)合片)靠PDC鉆頭內(nèi)側(cè)的區(qū)域?yàn)镻DC鉆頭的主切削齒非全覆蓋區(qū)。由此可見，在現(xiàn)有PDC鉆頭的主切削齒全覆蓋區(qū)，其切削結(jié)構(gòu)完全遵循正向順序切削規(guī)律；在主切削齒非全覆蓋區(qū)，其切削結(jié)構(gòu)部分遵循正向順序切削規(guī)律。
[0010]如圖4所示，圖中陰影部分為現(xiàn)有PDC鉆頭正向順序切削結(jié)構(gòu)中第an+1號(hào)主切削齒I (聚晶金剛石復(fù)合片)的切削面積，圖中陰影部分和主切削齒I切削刃邊的相交部分為主切削齒I切削地層的切削刃邊。由此可知，該主切削齒I的切削面積過大，切削刃邊過長(zhǎng)，必然導(dǎo)致整個(gè)現(xiàn)有PDC鉆頭存在以下缺陷:
[0011]1.切削面積過大:導(dǎo)致鉆頭工作扭矩增大，能源消耗高，降低切削效率。
[0012]2.切削刃邊過長(zhǎng):導(dǎo)致主切削齒I切削刃邊和地層的摩擦發(fā)熱增大，降低主切削齒I的使用壽命，同時(shí)降低整個(gè)PDC鉆頭的使用壽命。 [0013]3.切削刃邊往鉆頭側(cè)向(外側(cè))傾斜(如圖4所示):導(dǎo)致PDC鉆頭側(cè)向受力加大，降低PDC鉆頭的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]針對(duì)現(xiàn)有PDC鉆頭切削結(jié)構(gòu)存在的缺陷，提供一種具有高效切削結(jié)構(gòu)的五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭。
[0015]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0016]一種五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，包括鉆頭本體、連接接頭、刀翼、主切削齒和噴嘴，所述刀翼的外端延伸至鉆頭本體的外周面上、內(nèi)端到鉆頭中心線距離不同；主切削齒是若干個(gè)分布在刀翼的前刀翼面上的聚晶金剛石復(fù)合片；按與所述鉆頭中心線的垂直距離由小到大、將主切削齒順序編號(hào)為％、a2、a3、……；從an號(hào)開始的主切削齒依次順序布置在所有五個(gè)刀翼上，設(shè)定包含an號(hào)主切削齒的刀翼為BI號(hào)刀翼，并將其余刀翼按鉆頭旋轉(zhuǎn)方向的反方向依次順序編號(hào)為B2、B3、B4、B5號(hào)刀翼；則從所述an號(hào)開始的主切削齒分布規(guī)律如下:an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5……號(hào)主切削齒循環(huán)依次布置在B1、B3、B5、B2、B4、B1......號(hào)刀翼上。
[0017]從所述an號(hào)開始的王切削齒分布規(guī)律還可以如下:an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5......號(hào)主切削齒循環(huán)依次布置在B1、B4、B2、B5、B3、BI……號(hào)刀翼上。
[0018]本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果是:
[0019]本實(shí)用新型五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，不同位置上的主切削齒按照特定的規(guī)律布置，構(gòu)成特有的切削結(jié)構(gòu)；降低主切削齒的切削面積，縮短主切削齒和地層接觸摩擦的切削刃邊，減小側(cè)向受力；具有扭矩小，切削效率高，穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
[0020]本實(shí)用新型和現(xiàn)有PDC鉆頭比較(在其它相同條件下)，其有益效果在于:
[0021]1.較小的單個(gè)主切削齒切削面積，降低鉆頭工作扭矩，提高鉆頭切削效率。
[0022]2.較短的單個(gè)主切削齒切削刃邊，降低主切削齒切削刃邊和地層的摩擦發(fā)熱，提高主切削齒的使用壽命，從而提高整個(gè)PDC鉆頭的使用壽命。
[0023]3.降低單個(gè)主切削齒切削刃邊往鉆頭側(cè)向(外側(cè))的傾斜趨勢(shì)，減小鉆頭側(cè)向受力，增加鉆頭的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為五刀翼roc鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中PDC鉆頭的主切削齒布齒覆蓋示意圖。[0026]圖3為圖2的Z向視圖的示意圖。
[0027]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中PDC鉆頭單個(gè)主切削齒的切削面積和切削刃邊示意圖。
[0028]圖5為本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的主切削齒布齒覆蓋示意圖。
[0029]圖6為圖5的Z向PDC鉆頭的主切削齒布齒覆蓋示意圖。
[0030]圖7為本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭單個(gè)主切削齒的切削面積和切削刃邊示意圖。
[0031]圖中標(biāo)號(hào)表示:1-主切削齒，2-刀翼，3-噴嘴，4-鉆頭本體，5-連接接頭；&1、a2、a3、……為主切削齒的編號(hào)，BI~B5為刀翼的編號(hào)；Z為坐標(biāo)系z(mì)軸，CEN為鉆頭中心線，V為鉆頭鉆進(jìn)地層時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖5~7所示，本實(shí)用新型是一種五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，包括鉆頭本體4、連接接頭5、刀翼2、主切削齒I和噴嘴3。鉆頭本體4上沿軸向布置刀翼2，刀翼2在鉆頭本體4 外周面上等分或不等分布置。刀翼2的外端延伸至鉆頭本體4的外周面上、內(nèi)端到鉆頭中心線CEN的距離不同，主切削齒I是若干個(gè)分布在刀翼2的前刀翼面上的聚晶金剛石復(fù)合片。所有刀翼2和所有主切削齒I (聚晶金剛石復(fù)合片露出部分)構(gòu)成本實(shí)用新型的五刀翼聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的切削結(jié)構(gòu)。
[0033]鉆頭本體4可以使用合金鋼通過銑床加工而成，即將本實(shí)用新型的五刀翼聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭加工成鋼體PDC鉆頭；鉆頭本體4也可以使用碳化鎢粉、鎳粉、銅合金按照一定的比例高溫?zé)Y(jié)而成，即加工成胎體PDC鉆頭。
[0034]刀翼2的刃口處、沿鉆頭周向設(shè)置有安裝主切削齒I的凹槽，聚晶金剛石復(fù)合片通過釬焊或類似釬焊的連接方式固定在刀翼2刃口處的凹槽內(nèi)。主切削齒I (聚晶金剛石復(fù)合片)包括硬質(zhì)合金基體和聚晶金剛石層，聚晶金剛石層的端面對(duì)應(yīng)刀翼2的前刀翼面設(shè)置。
[0035]在此，對(duì)刀翼2的形狀和結(jié)構(gòu)不做限定，因?yàn)榈兑?的形狀可以采用螺旋型設(shè)計(jì)或直線型設(shè)計(jì)，刀翼2沿軸向的高度根據(jù)設(shè)計(jì)要求可深可淺，刀翼2的長(zhǎng)度可以全部相同、或者有長(zhǎng)有短。對(duì)主切削齒I的形狀和結(jié)構(gòu)不不做限定，因?yàn)橹髑邢鼾XI可以為各種尺寸和各種形狀，其橫截面可以是圓形、橢圓、多邊形等等。
[0036]坐標(biāo)系Z軸和PDC鉆頭中心線CEN重合并且指向本實(shí)用新型五刀翼聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的鉆進(jìn)。
[0037]按與所述鉆頭中心線CEN的垂直距離由小到大、將主切削齒I順序編號(hào)為％、a2、
a3>......;Wan號(hào)開始的主切削齒I依次順序布置在所有五個(gè)刀翼2上，即an、an+1、an+2、
an+3、an+4號(hào)主切削齒I依次分別布置在五個(gè)刀翼2上，余下的主切削齒I依此循環(huán)布置。設(shè)定包含Bn號(hào)主切削齒I的刀翼2為BI號(hào)刀翼2，并將其余刀翼2按鉆頭旋轉(zhuǎn)方向的反方向(反V方向)依次順序編號(hào)為B2、B3、B4、B5號(hào)刀翼2 ;則從所述an號(hào)開始的主切削齒I分布規(guī)律如下:an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5……號(hào)主切削齒I循環(huán)依次布置在B1、B3、B5、B2、B4、B1……號(hào)刀翼2上。以此規(guī)律循環(huán)構(gòu)成本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu)。(O
[0038]從an號(hào)開始的主切削齒I的分布規(guī)律還可以如下:an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5……號(hào)主切削齒I循環(huán)依次布置在B1、B4、B2、B5、B3、BI……號(hào)刀翼2上。以此規(guī)律循環(huán)構(gòu)成本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu)。(Ii)
[0039]定義主切削齒全覆蓋區(qū):
[0040]在本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭任意一個(gè)刀翼2上任意兩顆相鄰的主切削齒I之間的切削空白處，由余下的全部刀翼2相應(yīng)位置上各一顆主切削齒I來覆蓋切削此空白處，該刀翼2上兩顆相鄰的區(qū)域即為主切削齒全覆蓋區(qū)。
[0041]也就是說:鉆頭本體4端面上:an號(hào)主切削齒I靠外側(cè)的圓環(huán)狀區(qū)域?yàn)楸緦?shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的主切削齒全覆蓋區(qū)，an號(hào)主切削齒I靠?jī)?nèi)側(cè)的圓形區(qū)域?yàn)楸緦?shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的主切削齒非全覆蓋區(qū)。
[0042]在本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的主切削齒全覆蓋區(qū)，其切削結(jié)構(gòu)完全遵循上述的布置規(guī)律i或ii。在本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭主切削齒非全覆蓋區(qū)，其切削結(jié)構(gòu)部分遵循上述的布置規(guī)律i或ii。
[0043]這里對(duì)本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭主切削齒非全覆蓋區(qū)不做限定，因?yàn)樵搮^(qū)域靠近鉆頭心部，由于結(jié)構(gòu)原因可以做成兩個(gè)刀翼覆蓋切削，也可以做成三個(gè)刀翼或四個(gè)刀翼覆蓋切削，也可以做成兩個(gè)刀翼、三個(gè)刀翼和四個(gè)刀翼的混合覆蓋切削。
[0044]實(shí)施例一
[0045]如圖5~圖7所示，為本【具體實(shí)施方式】五刀翼PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的主切削齒I布齒覆蓋圖，圖6所示為本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭Z向示意圖，表示不同位置的主切削齒I在各個(gè)刀翼2上的布置情況。標(biāo)記CEN為PDC鉆頭中心線，標(biāo) 記V為PDC鉆頭鉆進(jìn)地層時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向，坐標(biāo)系Z軸和PDC鉆頭中心線重合并且指向PDC鉆頭的鉆進(jìn)方向。
[0046]本【具體實(shí)施方式】中，五刀翼PDC鉆頭上的5根刀翼2由3根短刀翼和2根長(zhǎng)刀翼構(gòu)成，其不同位置的主切削齒I按特定的規(guī)律布置在刀翼2上，具體如下:
[0047]按靠近鉆頭中心線CEN垂直距離由小到大、將主切削齒I順序編號(hào)為&1、a2、
&3、......、an、an+l、an+2、an+3、an+4、an+5、......，且從^可王切削 IAl I 開女口，an、an+1、an+2、an+3、an+4
號(hào)主切削齒I分別布置在五個(gè)刀翼2上，余下的主切削齒I依此循環(huán)布置。設(shè)定包含an號(hào)主切削齒I的刀翼2為BI號(hào)刀翼2、并將其余刀翼2按鉆頭旋轉(zhuǎn)方向的反方向(反V方向)依次順序編號(hào)為B2、B3、B4、B5號(hào)刀翼2。本【具體實(shí)施方式】中，an號(hào)主切削齒I布置在長(zhǎng)刀翼BI上、則其他刀翼2沿反V方向分別為:短刀翼B2、短刀翼B3、長(zhǎng)刀翼B4和短刀翼B5。則:
[0048]Wan號(hào)開始的王切削齒I的分布規(guī)律如下:an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5......號(hào)王切
削齒I循環(huán)依次布置在B1、B3、B5、B2、B4、BI……號(hào)刀翼2上。以此規(guī)律循環(huán)構(gòu)成本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu)。依此規(guī)律循環(huán)，最終構(gòu)成主切削齒I切削該區(qū)域地層的完整覆蓋。
[0049]實(shí)施例二
[0050]本【具體實(shí)施方式】中，五刀翼PDC鉆頭上的5根刀翼2由3根短刀翼和2根長(zhǎng)刀翼構(gòu)成，其不同位置的主切削齒I按特定的規(guī)律布置在刀翼2上，具體如下:
[0051]按靠近鉆頭中心線CEN垂直距離由小到大、將主切削齒I順序編號(hào)為a1、a2、&3、......、an、an+l、an+2、an+3、an+4、an+5、......，且從^可王切削 IAl I 開女口，an、an+1、an+2、an+3、an+4號(hào)主切削齒I分別布置在五個(gè)刀翼2上，余下的主切削齒I依此循環(huán)布置。設(shè)定包含an號(hào)主切削齒I的刀翼2為BI號(hào)刀翼2、并將其余刀翼2按鉆頭旋轉(zhuǎn)方向的反方向(反V方向)依次順序編號(hào)為B2、B3、B4、B5號(hào)刀翼2。則:
[0052]Wan號(hào)開始的王切削齒1的分布規(guī)律如下:an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5......號(hào)王切
削齒I循環(huán)依次布置在B1、B4、B2、B5、B3、BI……號(hào)刀翼2上。以此規(guī)律循環(huán)構(gòu)成本實(shí)用新型五刀翼PDC鉆頭的切削結(jié)構(gòu)。依此規(guī)律循環(huán)，最終構(gòu)成主切削齒I切削該區(qū)域地層的
完整覆蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，包括鉆頭本體、連接接頭、刀翼、主切削齒和噴嘴，所述刀翼的外端延伸至鉆頭本體的外周面上、內(nèi)端到鉆頭中心線距離不同；主切削齒是若干個(gè)分布在刀翼的前刀翼面上的聚晶金剛石復(fù)合片；其特征在于:按與所述鉆頭中心線的垂直距離由小到大、將主切削齒順序編號(hào)為ap a2、a3、……；從&11號(hào)開始的主切削齒依次順序布置在所有五個(gè)刀翼上，設(shè)定包含an號(hào)主切削齒的刀翼為BI號(hào)刀翼，并將其余刀翼按鉆頭旋轉(zhuǎn)方向的反方向依次順序編號(hào)為B2、B3、B4、B5號(hào)刀翼；則從所述811號(hào)開始的主切削齒分布規(guī)律如下:an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5……號(hào)主切削齒循環(huán)依次布置在B1、B3、B5、B2、B4、B1......號(hào)刀翼上。
2.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的五刀翼的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，其特征在于:從所述an號(hào)開始的主切削齒分布規(guī)律還可以如下:an、an+1、an+2、an+3、an+4、an+5……號(hào)主切削齒循環(huán)依次布置在則、84、82、85、83、81......號(hào)刀翼上。
【文檔編號(hào)】E21B10/43GK203742459SQ201420093733
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】饒秀興 申請(qǐng)人:饒秀興