專利名稱：一種階梯螺旋刀翼式pdc鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PDC鉆頭，具體是一種階梯螺旋刀翼式PDC鉆頭，屬于鉆采工具領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
PDC鉆頭目前廣泛應用于石油、天然氣、地質(zhì)、煤田、水文勘探和開采，如國家知識 產(chǎn)權(quán)局專利局于2005年8月10日公告(公告號CN2716486Y)的“一種新型PDC鉆頭”，為了 提高PDC鉆頭的機械轉(zhuǎn)速和延長工作壽命，切削齒分布密度較低，切削出的巖屑顆粒較大， 理想是實現(xiàn)切削時巖屑翻轉(zhuǎn)，避免重復破碎，但在實際應用中，受到鉆機水力參數(shù)不足等條 件的限制，難以發(fā)揮結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局于2008年6月18日公告(公告號 CN 201074480Y)的“PDC鉆頭”，為了使PDC鉆頭更適合軟硬交錯分布地層的鉆采作業(yè)需要， 其刀翼為長短刀翼交錯分布，長刀翼為可更換活塊，長刀翼通過卡塊與鋼體固定，通過更換 刀翼來滿足不同地層的鉆進需要，從而減少更換鉆頭次數(shù)，提高機械鉆速。但是刀翼的剛性 不足，安全系數(shù)不大，因此難以得到推廣。

實用新型內(nèi)容本實用新型為了克服普通PDC鉆頭對地層變化敏感，研磨性地層外排切削齒磨損 速度較快，鉆頭壽命短，機械鉆速衰減快的不足，而提供了一種階梯螺旋刀翼式PDC鉆頭， 該鉆頭采用階梯螺旋刀翼、外排高密度布齒，使其更適合復雜地層的鉆井作業(yè)，安全系數(shù) 高，機械鉆速穩(wěn)定，鉆頭整體壽命長。本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)在鉆頭鋼體上連接有鉆頭冠部，鉆頭冠部和階梯螺旋刀翼為一個整體，表面為碳 化物耐磨層，階梯螺旋刀翼為階梯螺旋狀，階梯螺旋刀翼上安裝主切削齒，主切削齒采用負 前角，階梯螺旋刀翼外側(cè)安裝有聚晶條，鉆頭冠部端面及底部開設(shè)有均勻布局的噴水孔，副 切削齒安裝在主切削齒的后端。本實用新型在鉆頭順時針公轉(zhuǎn)時，泥漿可以順著階梯螺旋刀翼的螺旋升角快速上 返至井口，避免主切削齒重復破碎，可降低主切削齒磨損速度，從而延緩鉆頭機械轉(zhuǎn)速的衰 減速度。另外階梯螺旋形式使鉆頭受到井壁徑向約束力有所增大，保徑效果更為明顯，大大 提高了鉆井安全性和成井質(zhì)量。

附圖1為本實用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記說明如下鉆頭鋼體1、鉆頭冠部2、階梯螺旋刀翼3、主切削齒4、聚晶條5、噴水孔6、副切削 齒7、碳化物耐磨層8。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明和描述本實用新型由鉆頭鋼體(1)和鉆頭冠部(2)組成支撐骨架，階梯螺旋刀翼(3)按 一定角度分布在鉆頭冠部(2)的圓周和端面上，階梯螺旋刀翼(3)以鉆頭中心產(chǎn)生一定升 角的螺旋，階梯螺旋刀翼(3)和鉆頭冠部(2)為一個整體，表面為碳化物耐磨層(8)，階梯 螺旋刀翼(3)外側(cè)安裝有聚晶條(5)，鉆頭冠部(2)端面及底部開設(shè)有均勻布局的噴水孔 (6)，階梯螺旋刀翼(3)上安裝有主切削齒(4)，主切削齒(4)的安裝角度根據(jù)不同區(qū)域和井 深選擇不同的仰角和側(cè)片角度，副切削齒(7)安裝在主切削齒⑷的后部。階梯螺旋刀翼(3)的旋向可以是左旋也可以是右旋，階梯數(shù)量可以為任意個數(shù)； 階梯螺旋刀翼(3)上的金剛石復合片分布為階梯式，階梯形式可以前后出現(xiàn)、也可以上下 形成階梯；階梯螺旋刀翼(3)上面可以安裝尖角形狀的金剛石復合片，也可以安裝圓柱形 或其他任意形狀的金剛石復合片或金剛石切削齒。階梯螺旋刀翼的螺旋升角根據(jù)鉆機水力參數(shù)的配備情況而改變，水力參數(shù)不足將 選用較小的螺旋升角，水力參數(shù)足夠時將選用較大的螺旋升角。階梯螺旋刀翼端部的階梯 形式根據(jù)地層的軟硬平均情況改變大小，增加了鉆頭徑向約束，從而降低鉆頭的橫行震動， 提高鉆頭壽命和機械鉆速，階梯螺旋結(jié)構(gòu)可以減小鉆頭鉆進中橫向振幅，增加泥漿上返速 度和攜砂能力，高密度外排布齒減緩了外排齒的過度磨損，階梯螺旋刀翼和鉆頭冠部表面 的碳化物耐磨層可在鉆井工作中保護鉆頭胎體，降低泥漿流對它的沖蝕作用，聚晶條可保 護直徑部分不被迅速磨損，防止機械鉆速衰減過快，噴水孔噴出高速射流鉆井液，可及時清 理井底破碎巖屑，主切削齒的安裝角度根據(jù)不同區(qū)域和井深選擇不同的仰角和側(cè)片角度， 使不同半徑上的主切削齒磨損速度和壽命接近，避免個別主切削齒受力過大而早期失效， 因此可以充分發(fā)揮每一個切削齒的作用，提高了 PDC鉆頭壽命。副切削齒可有效控制鉆頭 平穩(wěn)工作，防止鉆頭在軟硬交錯地層中瞬時吃入巖石過深，避免鉆柱扭矩瞬時增加。
權(quán)利要求一種階梯螺旋刀翼式PDC鉆頭，其特征在于在鉆頭鋼體(1)上連接有鉆頭冠部(2)，鉆頭冠部(2)和階梯螺旋刀翼(3)為一個整體，表面為碳化物耐磨層(8)，階梯螺旋刀翼(3)為階梯螺旋狀，階梯螺旋刀翼(3)上安裝主切削齒(4)，主切削齒(4)采用負前角，階梯螺旋刀翼(3)外側(cè)安裝有聚晶條(5)，鉆頭冠部(2)端面及底部開設(shè)有均勻布局的噴水孔(6)，副切削齒(7)安裝在主切削齒(4)的后端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述階梯螺旋刀翼式PDC鉆頭，其特征在于鉆頭鋼體(1)和鉆頭冠 部(2)組成支撐骨架，階梯螺旋刀翼(3)分布在鉆頭冠部(2)的圓周和端面上，階梯螺旋刀 翼(3)以鉆頭中心產(chǎn)生升角螺旋，階梯螺旋刀翼(3)和鉆頭冠部(2)為一個整體，表面為碳 化物耐磨層(8)，階梯螺旋刀翼(3)外側(cè)安裝有聚晶條(5)，鉆頭冠部(2)端面及底部開設(shè) 有均勻布局的噴水孔(6)，階梯螺旋刀翼(3)上安裝有主切削齒(4)，副切削齒(7)安裝在 主切削齒(4)的后部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述階梯螺旋刀翼式PDC鉆頭，其特征在于所述階梯螺旋刀翼(3) 的旋向是左旋或右旋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述階梯螺旋刀翼式PDC鉆頭，其特征在于階梯螺旋刀翼(3)上的 金剛石復合片分布為階梯式，階梯形式為前后階梯或上下階梯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述階梯螺旋刀翼式PDC鉆頭，其特征在于階梯螺旋刀翼(3)上面 安裝尖角形狀或圓柱形狀的金剛石復合片或金剛石切削齒。
專利摘要本實用新型公開一種階梯螺旋刀翼式PDC鉆頭，其特征是刀翼為階梯螺旋狀，階梯螺旋刀翼上安裝主切削齒，主切削齒采用負前角，階梯螺旋刀翼外側(cè)安裝有聚晶條，鉆頭冠部端面及底部開設(shè)有均勻布局的噴水孔，副切削齒安裝在主切削齒的后端。在鉆頭順時針公轉(zhuǎn)時，泥漿可以順著階梯螺旋刀翼的螺旋升角快速上返至井口，避免主切削齒重復破碎，可降低主切削齒磨損速度，從而延緩鉆頭機械轉(zhuǎn)速的衰減速度。本實用新型廣泛應用于石油、天然氣、地質(zhì)、煤田、水文勘探和開采，可以增大金剛石鉆頭外圈的布齒密度，靈活調(diào)整切削齒的側(cè)轉(zhuǎn)角度，有利于巖屑的及時排出，從而提高鉆頭的鉆進效率和工作壽命。
文檔編號E21B10/46GK201588550SQ20092024509
公開日2010年9月22日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者劉新軍, 尚明, 王玲俠 申請人:陜西金剛石油機械有限公司