一種刀翼式復合鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及石油天然氣鉆探中的破巖工程技術(shù)，特別是一種刀翼式復合鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆頭作為石油、天然氣開采行業(yè)中一種常用的井下工具?，F(xiàn)今鉆井工程中所使用
[0003]的鉆頭主要有牙輪鉆頭、PDC鉆頭、孕鑲鉆頭。目前，牙輪鉆頭在適應(yīng)地層中最為廣泛、但因為牙輪是非固定結(jié)構(gòu)鉆頭，具有軸承結(jié)構(gòu)、壽命較短，難以獲得較高的機械鉆速和進尺。
[0004]PDC鉆頭在適應(yīng)地層中具有機械鉆速快、進尺高、鉆壓較小特點，在鉆井工程中得到了廣泛應(yīng)用，但因為roc鉆頭的roc復合片中金剛石層只有2mm左右，金剛石含量較低，因此對于硬研磨性地層來說，PDC鉆頭的roc復合片容易脆裂并磨損失效，使其壽命小，進尺低。PDC鉆頭在硬研磨性地層鉆進時，往往會因為鉆頭失效而起鉆。所以roc鉆頭在硬研磨性地層中具有一定的局限性。孕鑲金剛鉆頭是一種依靠孕鑲金剛石齒中的金剛石顆粒作為磨削原件，獲得進尺;但其工作原理是磨削巖石，具有機械鉆速低、壽命長、進尺多的特點。
[0005]為了解決在硬研磨性地層鉆進的機械鉆速低，鉆頭壽命短的特點，中國實用新型專利CN203701990U—種設(shè)置有金剛石復合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭，該鉆頭的金剛石復合片(PDC復合片)和金剛石孕鑲塊聯(lián)合破碎巖石，但是裝配在鉆頭上的金剛石孕鑲塊高于金剛石復合片，金剛石孕鑲塊先接觸巖石，以緩慢的速度磨削破巖，金剛石孕鑲塊磨損一定程度后金剛石復合片開始切削破巖。由于金剛石孕鑲塊始終與巖石接觸，限制了金剛石復合片吃入巖石的深度，因此該鉆頭具有速度慢，壽命長的特點。
[0006]為了解決上述一種設(shè)置有金剛石復合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭速度慢，壽命長的特點，中國實用新型專利CN203716856U孕鑲TOC跨界鉆頭，該鉆頭設(shè)置的孕鑲金剛石齒的高度低于PDC復合片，PDC復合片以較高的機械鉆速切削破碎巖石，知道roc復合片磨損到一定程度后孕鑲金剛石齒才開始磨削破巖，因此該鉆頭不僅有較高的機械鉆速，同時壽命也能提尚。
[0007]但是上述兩種同時使用的PDC復合片和孕鑲金剛石齒混合的鉆頭，其roc復合片與孕鑲金剛石齒是獨立的，為了保證釬焊強度，PDC復合片和孕鑲金剛石齒都不可能設(shè)計得太短。另一方面孕鑲金剛石齒是通過齒內(nèi)的金剛石顆粒磨損巖石，孕鑲金剛石齒的長度約長，其接觸巖石的面積越大，其磨削地層的能力越大。因此要加長孕鑲金剛石齒的長度，必須加寬刀翼的厚度，刀翼厚度加寬自然是刀翼之間的排肩槽變窄，使鉆頭的排肩能力降低，鉆井中遇到泥巖段，容易使鉆頭泥包，降低破巖效率或甚至使鉆頭報廢。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點，本實用新型的目的是提供一種刀翼式復合鉆頭，該鉆頭采用成為一體的金剛石復合齒，能夠克服孕鑲金剛石齒使刀翼寬度增加的缺點，不僅鉆頭具有較高的機械鉆速和長壽命，還具有良好的排肩能力，綜合破巖效率高的特點。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種刀翼式復合鉆頭，包括鉆頭體，其特征在于:所述鉆頭體上分布有若干刀翼，在刀翼上釬焊有成為一體的金剛石復合齒，所述金剛石復合齒包括聚晶金剛石層，硬質(zhì)合金中間體以及孕鑲金剛石塊，所述金剛石復合齒的外形由兩段圓柱體組成，聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金中間體構(gòu)成一段圓柱體，孕鑲金剛石塊單獨構(gòu)成一段圓柱體，所述兩段圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線相交且夾角為α為5° -25°。
[0011]在上述技術(shù)方案中，金剛石復合齒的聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金中間體實質(zhì)上是PDC齒，PDC齒的切削巖石部分為聚晶金剛石層，基體是硬質(zhì)合金。所述金剛石復合齒的孕鑲金剛石塊的使用硬質(zhì)合金粉末和金剛石微粒燒結(jié)而成，因此孕鑲金剛石塊能夠與硬質(zhì)合金基體粘接在一起，這就使金剛石復合齒具有切削破巖和磨削破巖兩種功能，且結(jié)構(gòu)緊湊，刀翼寬度得到有效控制，使鉆頭具有更好的排肩系統(tǒng)，能夠有效防止鉆頭泥包。
[0012]另一方面，PDC齒切削巖石時，為了達到最佳的破巖效率，更具地層硬度不同。PDC齒的軸線與井底平面的傾角為5° _25°。因此所述金剛石復合齒由聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金中間體構(gòu)成一段圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線與井底平面的夾角為5°-25°，當聚晶金剛石層磨損后，為了使孕鑲金剛石塊接觸巖石的面積最大，需讓構(gòu)成孕鑲金剛石塊的圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線與聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金中間體構(gòu)成一段圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線成的夾角α為5°-25。。
[0013]因此，在上述技術(shù)方案中，本實用新型的一種刀翼式復合鉆頭有益效果是:
[0014]1.金剛石復合齒的聚晶金剛石層首先切削破巖，孕鑲金剛石塊磨削破巖，聚晶金剛石層磨損后，孕鑲金剛石塊開始工作。不僅能保證鉆頭應(yīng)有的機械鉆速，還是延長鉆頭的壽命;
[0015]2.成為一體的金剛石復合齒結(jié)構(gòu)緊湊，明顯短于PDC齒與孕鑲塊單獨使用的綜合長度，因此本實用新型鉆頭的刀翼厚度得到有效控制，使鉆頭具有更好的排肩系統(tǒng)，有效防止鉆頭泥包，提尚鉆頭破巖效率。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的鉆頭的不意圖。
[0017]圖2是本實用新型的金剛石復合齒的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中標記:1_鉆頭體、2-刀翼、31-聚晶金剛石層、32-硬質(zhì)合金中間體、33-孕鑲金剛石塊。
【具體實施方式】
[0019]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0020]圖1示出本實用新型的一種刀翼式復合鉆頭的結(jié)構(gòu)。它包括鉆頭體I，所述鉆頭體I上分布有若干刀翼2，在刀翼2上釬焊有成為一體的金剛石復合齒3。為了視圖說明方面，圖1顯示的鉆頭只裝配了一個金剛石復合齒3。
[0021]如圖2所示，所述金剛石復合齒3包括聚晶金剛石層31，硬質(zhì)合金中間體32以及孕鑲金剛石塊33，所述金剛石復合齒3的外形由兩段圓柱體組成，聚晶金剛石層31和硬質(zhì)合金中間體32構(gòu)成一段圓柱體，孕鑲金剛石塊33單獨構(gòu)成一段圓柱體，所述兩段圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線相交且夾角為α為5° -25°。
[0022]鉆頭在井底工作時，作為切削破巖結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石層31和硬質(zhì)合金中間體32所構(gòu)成圓柱體與井底平面的夾角為5°-25。當聚晶金剛石層31磨損到一定程度后，孕鑲金剛石塊33開始參與磨削巖石的工作，為了鑲金剛石塊33的磨削功能更強，使其接觸巖石的面積最大，需要讓構(gòu)成孕鑲金剛石塊33的圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線與井底平行或接近平行，因此構(gòu)成鑲金剛石塊33的圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線與聚晶金剛石層31和硬質(zhì)合金中間體32所構(gòu)成圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線的夾角α為5° -25°。
[0023]對于常規(guī)PDC鉆頭而言，聚晶金剛石層磨損后鉆頭應(yīng)機械鉆速慢，很快得以報廢。但是本實用新型的鉆頭使用金剛石復合齒3作為破巖元件，聚晶金剛石層31磨損后，孕鑲金剛石塊33才開始工作。因此本實用新型的鉆頭前期能夠以聚晶金剛石層31較高的機械鉆鉆速切削破巖，后期能夠以孕鑲金剛石塊33磨削破巖，鉆頭的壽命得以提高。
[0024]本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種刀翼式復合鉆頭，包括鉆頭體(I)，其特征在于:所述鉆頭體(I)上分布有若干刀翼(2)，在刀翼(2)上釬焊有成為一體的金剛石復合齒(3)，所述金剛石復合齒(3)包括聚晶金剛石層(31)，硬質(zhì)合金中間體(32)以及孕鑲金剛石塊(33)，所述金剛石復合齒(3)的外形由兩段圓柱體組成，聚晶金剛石層(31)和硬質(zhì)合金中間體(32)構(gòu)成一段圓柱體，孕鑲金剛石塊(33)單獨構(gòu)成一段圓柱體，所述兩段圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線相交且夾角為α為5°-25°。
【專利摘要】本實用新型公開了一種刀翼式復合鉆頭，在鉆頭的鉆頭體上分布有若干刀翼，在刀翼上釬焊有成為一體的金剛石復合齒，所述金剛石復合齒包括聚晶金剛石層，硬質(zhì)合金中間體以及孕鑲金剛石塊，所述金剛石復合齒的外形由兩段圓柱體組成，聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金中間體構(gòu)成一段圓柱體，孕鑲金剛石塊單獨構(gòu)成一段圓柱體，所述兩段圓柱體的回轉(zhuǎn)中心線相交且夾角為α為5°-25°。本實用新型的鉆頭該鉆頭采用成為一體的金剛石復合齒，能夠克服孕鑲金剛石齒使刀翼寬度增加的缺點，不僅鉆頭具有較高的機械鉆速和長壽命，還具有良好的排屑能力，綜合破巖效率高的特點。
【IPC分類】E21B10/54, E21B10/43
【公開號】CN205314922
【申請?zhí)枴緾N201620033790
【發(fā)明人】胡一希, 方進珠, 陳元
【申請人】四川萬吉金剛石鉆頭有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月14日