Pdc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一套可以演示牙輪鉆頭，PDC-鉆頭和PDC-牙輪混合鉆頭的演示教具，包括主體(1)、PDC刀翼(2)、PDC切削齒(3)、牙輪(4)、牙輪切削齒(5)、牙掌(6)、臺架(7)。本實(shí)用新型屬于石油鉆井井下工具技術(shù)教學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及利用PDC鉆頭剪切原理破巖和牙輪鉆頭沖擊破巖過程機(jī)理的理論學(xué)習(xí)分析的教學(xué)領(lǐng)域。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是：能夠方便教師在上課期間言簡意賅的講述出鉆頭的結(jié)構(gòu)特性、破巖原理，特別是形象直觀的展示出PDC鉆頭、牙輪鉆頭、PDC-牙輪復(fù)合鉆頭的破巖工作過程，讓學(xué)生更容易接受、理解和掌握這些原理。該演示教具可拆卸，質(zhì)量輕，易調(diào)節(jié)，有效降低教學(xué)成本，潛在經(jīng)濟(jì)效益好。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于石油鉆井井下工具技術(shù)教學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及利用PDC鉆頭剪切 原理破巖和牙輪鉆頭沖擊破巖過程機(jī)理的理論學(xué)習(xí)分析的教學(xué)領(lǐng)域。 PDC-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具

【背景技術(shù)】
[0002]目前運(yùn)用最廣的兩類鉆頭，一是牙輪鉆頭，主要靠滾動產(chǎn)生的沖擊壓碎作用來破 碎巖石；二是PDC鉆頭，主要靠鍥入式刮切方式破碎巖石，但是目前學(xué)習(xí)兩類鉆頭結(jié)構(gòu)及破 巖機(jī)理的教具還達(dá)不到好的展示效果，并且也沒有把兩種鉆頭演示教具破巖機(jī)理有機(jī)的結(jié) 合起來。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型是一套可以演示牙輪鉆頭，roc-鉆頭和roc-牙輪混合鉆頭的演示教 具，包括主體、PDC刀翼、PDC切削齒、牙輪、牙輪切削齒、牙掌、臺架；本發(fā)明屬于石油鉆井井 下工具技術(shù)教學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及利用PDC鉆頭剪切原理破巖和牙輪鉆頭沖擊破巖過程機(jī) 理的理論學(xué)習(xí)分析的教學(xué)領(lǐng)域；本發(fā)明的特點(diǎn)是：能夠方便教師在上課期間言簡意賅的講 述出鉆頭的結(jié)構(gòu)特性、破巖原理，特別是形象直觀的展示出PDC鉆頭、牙輪鉆頭、roc-牙輪 符合鉆頭的破巖工作過程，讓學(xué)生更容易接受、理解和掌握這些原理。該演示教具可拆卸， 質(zhì)量輕，易調(diào)節(jié)，有效降低教學(xué)成本，潛在經(jīng)濟(jì)效益好。
[0004] 本實(shí)用新型roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，采用如下技術(shù)方案：
[0005] roc-鉆頭教具與牙輪鉆頭教具集成，形成復(fù)合鉆頭教具，再與臺架組合，形 成roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：通過改變牙掌在主體上的裝配關(guān)系，實(shí)現(xiàn) roc-鉆頭教具、牙輪鉆頭教具和roc-牙輪復(fù)合鉆頭教具；再與臺架組合，實(shí)現(xiàn)roc-鉆頭演 示教具、牙輪鉆頭演示教具和roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具。
[0006] 本實(shí)用新型roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)包括：
[0007] (i)roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具由鉆頭和臺架組成，臺架手動控制，模擬鉆井過 程，pdc切削齒、牙輪切削齒演示切削破巖過程；
[0008] (2)通過改變牙掌在主體上的裝配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)roc-鉆頭教具、牙輪鉆頭教具和 roc-牙輪復(fù)合鉆頭教具；再與臺架組合，實(shí)現(xiàn)roc-鉆頭演示教具、牙輪鉆頭演示教具和 roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具。
[0009] (3)通過改變牙掌在主體上的裝配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)roc-鉆頭教具、牙輪鉆頭教具和 roc-牙輪復(fù)合鉆頭教具，方便老師結(jié)合理論給學(xué)生講解鉆頭的結(jié)構(gòu)知識。
[0010] 所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭教具由兩個pdc刀翼和兩個牙輪構(gòu)成。
[0011] (4)主體：采用鋁材數(shù)車制成，質(zhì)量較輕，可以達(dá)到輕便易拿以方便老師上課的目 的。
[0012] (5)PDC刀翼：和主體材料相同，鋁材加工中心銑成，數(shù)目> =1。
[0013] ^)PDC切削齒：形狀包括勺形齒、楔形齒、錐球齒、球形齒、錐臺齒、圓柱截頭齒、 棱錐齒；所述的PDC切削齒材質(zhì)為硬質(zhì)合金、立方氮化硼、陶瓷；所述的PDC切削齒數(shù)目> = 1〇
[0014] (7)牙輪：采用鋁材加工中心銑成，質(zhì)量輕，牙輪數(shù)目> =1。
[0015] (8)牙輪切削齒：形狀包括勺形齒、楔形齒、錐球齒、球形齒、錐臺齒、圓柱截頭齒、 棱錐齒；所述的牙輪切削齒材質(zhì)為硬質(zhì)合金、立方氮化硼、陶瓷；所述的牙輪切削齒數(shù)目〉 =1。
[0016] (9)牙掌：采用鋁材數(shù)銑制成，質(zhì)量輕，牙掌上鉆有兩個孔，用于實(shí)驗(yàn)牙輪的單獨(dú) 演示和roc-牙輪的復(fù)合演示過程，牙掌數(shù)目> =1。
[0017] (10)臺架：為演示實(shí)驗(yàn)臺架，臺架上可以放巖石等材料配合鉆頭演示切削過程和 反應(yīng)切削軌跡
[0018] (ii)roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具包括鉆進(jìn)過程、切削機(jī)理、鉆頭結(jié)構(gòu)的演示。
[0019] 根據(jù)上述實(shí)用新型，已于2014年5月制成實(shí)物，在教學(xué)、科研中用于實(shí)踐，收到廣 大使用者的好評，效果良好。
[0020] 本實(shí)用新型roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具的性能特點(diǎn)包括：
[0021] (1)演示PDC鉆頭刮切破巖機(jī)理：經(jīng)過鉆進(jìn)，產(chǎn)生塊狀巖屑，減慢鉆進(jìn)過程，可以觀 察到多種巖石被刮切掉時的斷裂裂紋形態(tài)；同時顯示出鉆進(jìn)后的井底同心圓。
[0022] (2)演示牙輪鉆頭沖擊壓碎的破巖機(jī)理：經(jīng)過鉆進(jìn)，巖石經(jīng)過沖擊而從巖層表明 脫落，可以觀察到巖石沖擊破碎的裂紋，以及破巖后井底被牙輪切削齒沖擊后的痕跡。
[0023] (3)演示roc-牙輪復(fù)合鉆頭破巖機(jī)理：通過調(diào)節(jié)牙掌的裝配位置，可以觀察到roc 刮切后牙輪壓碎巖屑、牙輪沖擊出坑后PDC刮切最后牙輪再壓碎巖屑的破巖機(jī)理，從而直 觀形象的解釋出roc-牙輪復(fù)合鉆頭鉆進(jìn)提速的緣由。
[0024] 本實(shí)用新型的有益效果：鉆頭在石油天然氣鉆探工程、礦山開采、地質(zhì)鉆探、建筑 工程、隧道工程、盾構(gòu)及非開挖設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】占據(jù)著，舉足輕重的位置，它的角色不容忽視， 然而，由于沒有合適的鉆頭教具讓相關(guān)人員對其形象直觀的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致鉆頭的科研經(jīng)費(fèi)高 得驚人，直接影響到鉆頭的成本，影響到相關(guān)行業(yè)的成本，我們設(shè)計(jì)出這款教具，有益于相 關(guān)人員對鉆頭更好更形象直觀的學(xué)習(xí)，讓鉆頭與理論有機(jī)的結(jié)合起來，加快鉆頭科技的進(jìn) 步步伐，更好的為提高國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。該演示教具可拆卸，質(zhì)量輕，易調(diào)節(jié)，有效降低教學(xué)成 本，潛在經(jīng)濟(jì)效益好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 本實(shí)用新型【專利附圖】

【附圖說明】如下：
[0026] 圖1為本實(shí)用新型roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具的鉆頭部分。
[0027] 圖2為本實(shí)用新型roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其為鉆頭（圖1)和臺架（7)的 組合。
[0028] 圖2中：1.主體，2.PDC刀翼，3.PDC切削齒，4.牙輪，5.牙輪切削齒，6.牙掌，7.臺 架。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 本實(shí)用新型基于牙輪鉆頭、PDC鉆頭及roc-牙輪復(fù)合鉆頭三種鉆頭的破巖機(jī)理演 /_J、1 ο
[0030] 如圖2所示：roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具包括主體、PDC刀翼、PDC切削齒、牙輪、 牙輪切削齒、牙掌、臺架。
[0031] 其中牙輪鉆頭破巖機(jī)理演示：把牙輪與牙掌軸承相連，用螺釘將牙掌固定于鉆頭 上較上方的螺孔，通過旋轉(zhuǎn)手柄可以看到上面的齒是通過沖擊壓碎的方式進(jìn)行破碎巖石。
[0032] PDC鉆頭破巖機(jī)理演示：把牙掌及上面的牙輪一并拆卸下來，旋轉(zhuǎn)手柄可以看到 PDC齒通過刮切作用破巖石。
[0033] roc-牙輪復(fù)合鉆頭破巖演示：將牙輪與牙掌軸承相連，用螺釘將牙掌固定于鉆頭 上較下方的螺孔，通過旋轉(zhuǎn)手柄可以看到齒通過上述兩種方式破碎巖石。
【權(quán)利要求】
1. 一種roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，包括鉆頭主體（1)、PDC刀翼（2)、PDC切削齒（3)、 牙輪（4)、牙輪切削齒（5)、牙掌（6)、臺架（7)，其特征在于：通過軸承將牙輪（4)與牙掌（6) 連接起來，即可實(shí)現(xiàn)演示時牙輪（4)的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)；將牙掌（6)做成可拆卸式，可實(shí)現(xiàn)三種 不同鉆頭的破巖演示過程；通過彈簧的預(yù)壓縮，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過程的反向加壓；手動控制鉆頭 的轉(zhuǎn)動，能清晰的觀察到不同切削齒的破碎巖過程；將鉆頭拆分下來，可以對鉆頭的結(jié)構(gòu)進(jìn) 行直觀的講解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的演示教具 由鉆頭和實(shí)驗(yàn)演示臺架構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的主體（1) 采用鋁材制成，質(zhì)量較輕，可以達(dá)到輕便易拿以方便老師上課的目的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的PDC刀翼 ⑵數(shù)目> =1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的roc 切削齒（3)形狀包括勺形齒、楔形齒、錐球齒、球形齒、錐臺齒、圓柱截頭齒、棱錐齒；所述的 PDC切削齒（3)數(shù)目> =1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的牙輪（4) 采用鋁材制成，質(zhì)量輕，牙輪（4)數(shù)目> =1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的牙輪 切削齒（5)形狀包括勺形齒、楔形齒、錐球齒、球形齒、錐臺齒、圓柱截頭齒、棱錐齒；所述的 PDC切削齒（3)數(shù)目> =1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的牙掌（6) 采用鋁材制成，質(zhì)量輕，牙掌上鉆有兩個孔，用于實(shí)驗(yàn)牙輪的單獨(dú)演示和roc-牙輪的復(fù)合 演示過程，牙掌（6)數(shù)目> =1。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的臺架（7) 為演示實(shí)驗(yàn)臺架，臺架上可以放巖石等材料配合鉆頭演示切削過程和反應(yīng)切削軌跡。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的roc-牙輪復(fù)合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的roc-牙 輪復(fù)合鉆頭演示教具包括鉆進(jìn)過程、切削機(jī)理、鉆頭結(jié)構(gòu)的演示。
【文檔編號】G09B25/02GK203910168SQ201420339369
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】郭光亮, 范誠, 袁波, 包澤軍, 祝效華 申請人:西南石油大學(xué)