專利名稱：具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的pdc鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于鉆井用設(shè)備，特別是涉及到一種具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC 鉆頭。
背景技術(shù)：
PDC 鉆頭(Polycrystalline Diamond Compact Bit)，即聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭， 是隨著PDC復(fù)合材料的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型鉆頭。人造金剛石聚晶是1959年9月8 日由南非德比(Debeers)公司首先研制成功，以后不斷發(fā)展完善。1971年美國通用公司電 氣公司生產(chǎn)出PDC切削齒。1973年美國克里斯坦森公司生產(chǎn)出用于石油鉆井的PDC鉆頭， 1975年開始工業(yè)性研制PDC鉆頭，于20世紀70年代末獲得成功并在現(xiàn)場應(yīng)用中見到了巨 大的經(jīng)濟效益。20世紀80年中大面積推廣應(yīng)用PDC鉆頭。PDC鉆頭是石油鉆井工業(yè)界的 一項重要技術(shù)成就，在石油鉆井鉆頭方面是繼牙輪鉆頭之后的一次技術(shù)突破。20世紀80年代中期我國開始少量引進、自主研發(fā)。PDC鉆頭很快在全國各油田推 廣應(yīng)用，到本世紀初PDC鉆頭已70% 80%取代了牙輪鉆頭，成為我國石油鉆井的主力鉆 頭。PDC鉆頭在轉(zhuǎn)盤鉆井和螺桿鉆井的條件下破巖基本取代了牙輪鉆頭(螺桿最高轉(zhuǎn)速在 350r/nin左右)，占絕對優(yōu)勢。但其也有缺陷和不足，由于PDC復(fù)合片是由多種物質(zhì)組成 的，其具有高硬度和耐磨性、自銳性好、整體強度好、熱穩(wěn)定性差等特點，當(dāng)溫度達到或超過 700°C時，由于復(fù)合片中不同物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不同引起內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致復(fù)合片內(nèi)產(chǎn)生裂紋而 破碎。當(dāng)溫度在350°C 700°C之間，隨著溫度的升高復(fù)合片的磨損速度上升很快，在井底， 鉆頭在鉆壓和扭矩的復(fù)合作用下沿層表面滑移，產(chǎn)生大量的摩擦熱，PDC復(fù)合片在冷卻不好 的情況下，溫度迅速升高，有可能導(dǎo)致復(fù)合片加速磨損。又由于PDC復(fù)合片抗沖擊性差，由 于銳利的切削齒刃口(聚晶金剛石層)承擔(dān)了切削齒大部分鉆壓，且聚晶金剛石層較脆，因 而切削齒出刃部分遇到?jīng)_擊載荷時易折斷，故抗沖擊性差。綜上所述，引起PDC復(fù)合片磨 損的最主要的原因有四個殘余應(yīng)力、機械載荷、熱物理和熱化學(xué)原因。特別是隨著渦輪動 力鉆具的引進應(yīng)用，PDC鉆頭已不適應(yīng)高轉(zhuǎn)速井下動力鉆具，特別是在高轉(zhuǎn)速渦輪動力鉆具 (最高轉(zhuǎn)速720r/nin)工作狀態(tài)下，由PDC鉆頭渦動所引起的復(fù)合片早期損壞及縮徑問題， 即其外徑磨損變小，給后續(xù)鉆井工作帶來諸多不利因素，如泵壓升高、攜巖不暢、扭矩增大、 嚴重損壞渦輪動力鉆具的定子，造成鉆井失效，后續(xù)鉆頭下井不暢甚至于卡鉆、斷鉆具等。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在于克服現(xiàn)在技術(shù)的不足，提供了一種具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的 PDC鉆頭。本實用新型的具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭，是由鉆頭體、翼刀和切削齒 柱構(gòu)成，所述的鉆頭體為管狀，在管狀體上沿及外周均勻嵌有一個以上的倒L型翼刀，在翼 刀的頂部至外弧面上橫向嵌有若干個切削齒柱，在倒L型翼刀的直面段的外壁上設(shè)有高耐 磨環(huán)。[0006]作為本實用新型的進一步改進，在倒L型翼刀的直面段的外壁上等間距地設(shè)有一 個以上的高耐磨環(huán)。作為本實用新型的進一步改進，所述的高耐磨環(huán)是由金剛石段和WC硬質(zhì)合金段 交替組合構(gòu)成。本實用新型的具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，最大程度地 減少了鉆頭外徑的磨損程度，它既克服了 PDC復(fù)合片熱敏效應(yīng)、抗沖擊性差的不足，又使井 眼規(guī)整光滑，延長鉆頭的使用壽命，滿足了渦輪鉆具的使用效果，保證了鉆頭高效、快速鉆 井，充分地發(fā)揮PDC復(fù)合片優(yōu)勢，揚長避短，既滿足了渦輪鉆具的使用效果，又延長PDC鉆頭 的使用壽命。

說明書附圖是本實用新型的具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型的具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭，是由鉆頭體、翼刀和切削齒 柱構(gòu)成，所述鉆頭體1為管狀，在管狀體上沿及外周均勻嵌有一個以上的倒L型翼刀2，在翼 刀2的頂部至外弧面上橫向嵌有若干個切削齒柱3，在倒L型翼刀2的直面段的外壁上設(shè)有 高耐磨環(huán)4。所述的高耐磨環(huán)4是由金剛石段5和WC硬質(zhì)合金段6交替組合構(gòu)成。本實用 新型的高耐磨環(huán)帶中孕鑲4 8x8柱狀人造聚晶金剛石顆粒在鉆頭機體中，間斷排列，WC機 體制約離心沖擊力，人造聚晶金剛石顆粒高耐磨。因此，解決了 PDC復(fù)合片抗沖擊性差的缺 陷。在倒L型翼刀的直面段的外壁上等間距地設(shè)有一個以上的高耐磨環(huán)。在翼刀上等 間距排布全尺寸高耐磨環(huán)，既可使翼刀與井壁成點、線接觸，又可周向切削井壁，減少鉆頭 橫向位移、(渦動)降低鉆頭的角速度，這也是避免鉆頭外徑縮小的一項重要措施。
權(quán)利要求具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭，是由鉆頭體、翼刀和切削齒柱構(gòu)成，其特征在于其鉆頭體(1)為管狀，在管狀體上沿及外周均勻嵌有一個以上的倒L型翼刀(2)，在翼刀(2)的頂部至外弧面上橫向嵌有若干個切削齒柱(3)，在倒L型翼刀(2)的直面段的外壁上設(shè)有一個以上的高耐磨環(huán)(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭，其特征是在倒L型翼刀 (2)的直面段的外壁上等間距地設(shè)有一個以上的高耐磨環(huán)(4)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭，其特征在于高耐磨 環(huán)(4 )是由金剛石段(5 )和WC硬質(zhì)合金段(6 )交替組合構(gòu)成。
專利摘要本實用新型的具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭屬于鉆井用設(shè)備，是由鉆頭體、翼刀和切削齒柱構(gòu)成，所述的鉆頭體為管狀，在管狀體上沿及外周均勻嵌有一個以上的倒L型翼刀，在翼刀的頂部至外弧面上橫向嵌有若干個切削齒柱，在倒L型翼刀的直面段的外壁上設(shè)有高耐磨環(huán)。所述的高耐磨環(huán)是由金剛石段和WC硬質(zhì)合金段交替組合構(gòu)成。本實用新型的具有全尺寸高耐磨保徑環(huán)的PDC鉆頭，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，最大程度地減少了鉆頭外徑的磨損程度，它既克服了PDC復(fù)合片熱敏效應(yīng)、抗沖擊性差的不足，又使井眼規(guī)整光滑，延長鉆頭的使用壽命，滿足了渦輪鉆具的使用效果，保證了鉆頭高效、快速鉆井，充分地發(fā)揮PDC復(fù)合片優(yōu)勢，揚長避短，既滿足了渦輪鉆具的使用效果，又延長PDC鉆頭的使用壽命。
文檔編號E21B10/46GK201661243SQ20102029596
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者劉國祥, 殷文著 申請人:大慶飛馬鴻信鉆采設(shè)備制造有限公司