Pdc钻头的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种PDC钻头，其中所述PDC钻头包括钻头本体、切削刀翼、环形凸部以及切削齿，所述切削刀翼设置于所述钻头本体的冠部；所述环形凸部为整体环形或包括位于一个圆周上的多段，所述环形凸部由所述冠部顶面凸出；所述切削齿设置于所述切削刀翼或所述切削刀翼与所述环形凸部上。本发明提供的PDC钻头包括环形凸部，该环形凸部可以设置为整体环形，也可以设置为包括位于一个圆周上的多段，该环形凸部能够使PDC钻头旋转时保持圆形轨迹，以消除多边形冲击力，提高PDC钻头的切削稳定性。
【专利说明】
PDC钻头
技术领域
[0001 ]本发明总体来说涉及一种石油钻井技术，具体而言，涉及一种roc钻头。
【背景技术】
[0002]PDC钻头，就是聚晶金刚石复合片钻头，即Polycrystalline Diamond CompactBit。传统的金刚石钻头通常设有3-8个刀翼，这种结构的金刚石钻头为石油开采和勘探工程作出了贡献。
[0003]然而，PDC钻头通常采用碳化钨或钢体为基体，以金刚石为原料加入粘结剂在高温下烧结而成。由于多种材料的存在，PDC钻头热稳定性较差，同时脆性较强，经受冲击载荷的能力较差。
[0004]适当增加切削刀翼的数量，可以在切削地层时，提高roc钻头的稳定性，减少冲击载荷，从而保护金刚石聚晶层，延长PDC钻头的使用寿命。例如但不限于将切削刀翼的数量从3个增加到6个，以使PDC钻头接近圆形轮廓切削。但过多增加切削刀翼的数量，仍然存在以下缺点和不足:①是钻头仍呈多边形轮廓冲击地层，每次切削地层时，均会产生冲击载荷，从而使金刚石复合片损坏;②增加切削刀翼数量的同时减少了流道体积，容易泥包。
【发明内容】
[0005]在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0006]本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种PDC钻头，以提高roc钻头的切削稳定性。
[0007]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种PDC钻头，其中所述roc钻头包括钻头本体、切削刀翼、环形凸部以及切削齿，所述切削刀翼设置于所述钻头本体的冠部;所述环形凸部为整体环形或包括位于一个圆周上的多段，所述环形凸部由所述冠部顶面凸出；所述切削齿设置于所述切削刀翼或所述切削刀翼与所述环形凸部上。
[0009]根据本发明的一实施方式，其中所述环形凸部沿所述冠部的圆周方向延伸，所述环形凸部的外周边缘对齐所述冠部的外周边缘。
[0010]根据本发明的一实施方式，其中所述环形凸部与所述切削刀翼高度相同。
[0011]根据本发明的一实施方式，其中所述环形凸部上设置有所述切削齿和水眼，沿所述环形凸部上的所述切削齿的切削方向，所述水眼设置于所述切削齿的前方。
[0012]根据本发明的一实施方式，其中所述环形凸部为多段，各所述环形凸部一端与一所述切削刀翼外端侧面连接，各所述环形凸部的另一端与另一所述切削刀翼外端侧面间具有间隙。
[0013]根据本发明的一实施方式，其中所述环形凸部为多段，所述环形凸部设置于相邻的两个所述切削刀翼之间，且所述环形凸部的两端分别与两个所述切削刀翼的相对应的侧面连接。
[0014]根据本发明的一实施方式，其中所述PDC钻头还包括设置于相邻的所述切削刀翼间的水眼，所述水眼中设置有喷嘴，所述喷嘴与水源连通。
[0015]根据本发明的一实施方式，其中所述钻头本体内部设置有水腔，所述水腔与所述水眼连通。
[0016]根据本发明的一实施方式，其中所述roc钻头还包括保径齿，所述保径齿设置于所述冠部的外周面上。
[0017]根据本发明的一实施方式，其中所述切削齿包括柱体结构的基体，所述基体的端部形成有铲入部，所述铲入部包括第一侧面和铲面，所述第一侧面沿所述基体的壁面延伸；所述铲面从与所述第一侧面相对的所述基体的壁面向所述第一侧面倾斜延伸，以在靠近所述第一侧面处形成一个具有棱边的尖端，所述棱边为主铲刃，其中所述铲面具有铲顶和铲底，所述铲顶距所述基体的底面的距离为铲顶高度，所述铲底距所述基体的底面的距离为铲底高度，所述铲顶高度大于所述铲底高度。
[0018]由上述技术方案可知，本发明的PDC钻头的优点和积极效果在于:本发明提供的PDC钻头包括环形凸部，该环形凸部可以设置为整体环形结构，也可以设置为包括位于一个圆周上的多段环形结构，该环形凸部使roc钻头旋转时能够保持圆形轨迹，以消除多边形冲击力，提高roc钻头的切削稳定性。
【附图说明】
[0019]通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中:
[0020]图1是根据一示例性实施方式示出的一种roc钻头的俯视图。
[0021]图2是图1中的PDC钻头的侧视图。
[0022]图3是图1中的roc钻头的另一侧视图。
[0023]图4是根据一示例性实施方式示出的一种roc钻头的俯视图。
[0024]图5是图4中的PDC钻头的A-A剖视图。
[0025]图6是图4中的PDC钻头的B-B局部剖视图。
[0026]图7是根据一示例性实施方式示出的一种roc钻头的俯视图。
[0027]图8是图7中的PDC钻头的C-C局部剖视图。
[0028]图9是图7中的PDC钻头的D-D局部剖视图。
[0029]图10是根据一示例性实施方式示出的一种切削齿的结构示意图的主视图。
[0030]图11是图1O中的切削齿结构示意图的侧视图。
[0031]图12是图10中的切削齿的工作状态的示意图。
[0032]图13是图12中的切削齿的纵向剖面图。
[0033]其中，附图标记说明如下:
[0034]图中:1、钻头本体；2、环形凸部；3、切削齿;4、水眼；5、水腔；6、切削刀翼；7、保径齿O
【具体实施方式】
[0035]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
[0036]根据本发明的一个方面，提供了一种PDC钻头，其中PDC钻头包括钻头本体1、切削刀翼6、环形凸部2以及切削齿3，切削刀翼6设置于钻头本体I的冠部;环形凸部2为整体环形或包括位于一个圆周上的多段，环形凸部2由冠部顶面凸出；切削齿3设置于切削刀翼6或切削刀翼6与环形凸部2上。
[0037]图1为本发明的一种实施方式提供的PDC钻头的俯视图。图2是图1中的PDC钻头的侧视图。图3是图1中的roc钻头的另一侧视图。图4为本发明的另一种实施方式提供的roc钻头的俯视图。图7是根据一示例性实施方式示出的一种PDC钻头的俯视图。本发明提供一种PDC钻头，该PDC钻头包括环形凸部2，参照图1至图4和图7。环形凸部2可以为设置于钻头本体I冠部的整体圆环形结构，如图1和图4所示；也可以为设置于钻头本体I冠部的间隔设置的多个圆弧段结构，例如但不限于环形凸部2为扇弧形结构，如图7所示，该圆弧段结构可以为多个且均匀分布与钻头本体I冠部。由于环形凸部2沿圆周方向延伸，当PDC钻头运行时，旋转轨迹可以为圆形轨迹，从而可以消除多边形冲击力，以提高roc钻头的使用寿命。
[0038]可以理解的是，钻头本体I可以为本领域技术人员能够想到的材料制成，例如但不限于钻头本体I由钢体构成。钻头本体I的冠部可以根据需要设置为具有不同的尺寸，例如但不限于冠部尺寸可以为5英寸-17英寸之间的任意值。切削刀翼6可以根据需要设置为任意数量，例如但不限于切削刀翼6可以为6个、7个或8个。
[0039]图5是图4中的PDC钻头的A-A剖视图。图6是图4中的PDC钻头的B-B局部剖视图。图8是图7中的PDC钻头的C-C局部剖视图。图9是图7中的I3DC钻头的D-D局部剖视图。作为本发明的一实施方式，其中环形凸部2沿冠部的圆周方向延伸，可以理解的是，环形凸部2的可以具有任意半径，只要能够设置于钻头本体I的冠部，都在本发明的保护范围内，例如但不限于环形凸部2的外周边缘对齐冠部的外周边缘。可以理解的是，在该情况下，环形凸部2的外径尺寸与冠部的外径尺寸相同。
[0040]为了不影响roc钻头的切削作业，可以将环形凸部2的高度设置为小于或者等于切削刀翼6的高度，可以理解的是，高度可以定义为环形凸部2的顶面或切削刀翼6的顶面相对于PDC钻头底面的距离，作为本发明的一实施方式，其中环形凸部2与切削刀翼6高度相同，如图6和图9所示。
[0041]为了提高切削效果，可以增加切削齿3的数量，作为本发明的一实施方式，其中可以在环形凸部2上设置切削齿3和水眼4，为了对切削部位进行清洗，沿环形凸部2上的切削齿3的切削方向，可以将水眼4设置于切削齿3的前方。钻头上的水眼4的数量可以根据需要选择为多个，例如但不限于水眼4的数量可以为4-40个。
[0042]作为本发明的一实施方式，其中环形凸部2为多段圆弧形结构，各环形凸部2—端与一切削刀翼6外端侧面连接，各环形凸部2的另一端与另一切削刀翼6外端侧面间具有间隙，如图7所示。可以理解的是，切削刀翼6的靠近冠部外周面的一端为外端，切削刀翼6的靠近冠部中心位置的一端为内端。参照图7，环形凸部2可以为扇弧形结构，该扇弧形环形凸部2设置于相邻的两个切削刀翼6之间，且扇弧形的一端从一个切削刀翼6的侧面延伸，扇弧形的另一端与另一个切削刀翼6之间具有间隙。可以理解的是，切削刀翼6和与其侧面连接的扇弧形结构可以组成切削单元，PDC钻头的冠部可以均匀设置有多个该切削单元。
[0043]作为本发明的一实施方式，其中环形凸部2设置于相邻的两个切削刀翼6之间，且环形凸部2的两端分别与两个切削刀翼6的相对应的侧面连接。可以理解的是，相邻的两个切削刀翼6以及位于该两个切削刀翼6之间的环形凸部2组成切削单元，PDC钻头的冠部可以均匀设置有多个该切削单元。
[0044]作为本发明的一实施方式，其中roc钻头还包括设置于相邻的切削刀翼6间的水眼4，水眼4中设置有喷嘴，喷嘴与水源连通。
[0045]参照图5和图6以及图8和图9，作为本发明的一实施方式，其中钻头本体I内部设置有水腔5，水腔5与水眼4连通。
[0046]参照图2和图3，作为本发明的一实施方式，其中PDC钻头还包括保径齿7，保径齿7设置于冠部的外周面上。
[0047]图10是根据一示例性实施方式示出的一种切削齿的结构示意图的主视图。图11是图1O中的切削齿结构示意图的侧视图。图12是图1O中的切削齿的工作状态的示意图。图13是图图12中的切削齿的纵向剖面图。
[0048]参照图10至图13，作为本发明的一实施方式，其中切削齿3包括柱体结构的基体，基体的端部形成有铲入部，铲入部包括第一侧面和铲面，第一侧面沿基体的壁面延伸;铲面从与第一侧面相对的基体的壁面向第一侧面倾斜延伸，以在靠近第一侧面处形成一个具有棱边的尖端，棱边为主铲刃，其中铲面具有铲顶和铲底，铲顶距基体的底面的距离为铲顶高度，铲底距基体的底面的距离为铲底高度，铲顶高度大于铲底高度。PDC钻头上可以设置有多个切削齿，例如但不限于大于或等于10个。可以根据需要将切削齿3设置为具有不同尺寸，例如但不限于切削齿3的直径为10mm-25mm，该切削齿3距钻头本体I的底面的距离可以为5mm-20mm。除此，切削齿3可以为圆柱形或圆锥形，该切削齿3可以设置于切削刀翼6和/或环形凸部2上。
[0049 ]可以理解的是，切削齿3可以包括柱体结构的基体，还可以理解的是，基体的结构可以为椭圆柱体、方形柱体或本领域技术人员能够想到的其他柱体形结构都在本发明的保护范围内，例如但不限于本发明基体可以为圆柱体形的基体，该基体的直径可选择为1mm至25mm。
[0050]基体的端部形成有铲入部，为了提高切削齿的硬度，铲入部的外表面上设置有聚晶层，铲入部包括:沿基体的壁面延伸的第一侧面;在第一侧面的顶端形成有主铲刃，主铲刃为第一侧面的一部分;从主铲刃向与主铲刃相对的基体的壁面倾斜延伸形成有铲面，其中铲面具有铲顶和铲底，该主铲刃所在的位置为铲顶，铲顶距基体的底面的距离为铲顶高度，与主铲刃呈180度夹角的基体的壁面为铲底，铲底距基体的底面的距离为铲底高度，铲顶高度大于铲底高度。
[0051]本说明书中定义的第一侧面，可看作是从基体一侧向上延伸的一侧面，第一侧面只是对应基体的部分侧面，以便用于形成主铲刃和倾斜的铲面，从而形成一个倾斜向一侧的铲入部，所述铲入部可以为楔形结构。由于该铲入部为楔形结构，在经过磨损之后，该铲入部仍能保持主铲刃与岩层具有较小的接触面积，从而延长了切削齿的使用寿命。
[0052 ]铲面从主铲刃向与该主铲刃呈180度的夹角的基体的壁面延伸形成，可以理解的是，铲面形成为铲入部的顶面或铲入部的顶面的一部分。在使用该切削齿时，主铲刃插入到岩层中，铲面包裹切削形成的碎片，因此该切削齿的切削方式称为铲入式切削。可以理解的是，主铲刃可以为第一侧面的顶端的一部分，该主铲刃与岩层的接触面积小，在切削同等厚度的岩层的情况下，可以保持切削压力恒定或者具有很小的变化。另外，由于主铲刃与岩层的接触面积小，使该主铲刃容易铲入岩层并将岩层裂开，提高了切削速度。
[0053]可以理解的是，铲面可以为任意结构，例如但不限于铲面可以为向基体内部凹陷的凹面或向基体外部突出的凸面。例如但不限于铲面为曲面或由多个平面组成。本发明的一种实施方式提供的铲面可以为向外突出的凸面，该凸面可以有多个具有不同倾斜斜率的平面连接形成，本发明中称由多个具有不同倾斜斜率的平面连接形成的面为多段面，使得主铲刃为铲入部的顶端。可以理解的是，铲面可以为向外突出的曲面，也可以为向内凹陷的曲面，也可以为向内凹陷的多段面，还可以为向外突出的多段面。
[0054]本发明所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。
【主权项】
1.一种PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头包括: 钻头本体； 切削刀翼，所述切削刀翼设置于所述钻头本体的冠部； 环形凸部，所述环形凸部为整体环形或包括位于一个圆周上的多段，所述环形凸部由所述冠部顶面凸出； 切削齿，所述切削齿设置于所述切削刀翼或所述切削刀翼与所述环形凸部上。2.如权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述环形凸部沿所述冠部的圆周方向延伸，所述环形凸部的外周边缘对齐所述冠部的外周边缘。3.如权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述环形凸部与所述切削刀翼高度相同。4.如权利要求2所述的PDC钻头，其特征在于，所述环形凸部上设置有所述切削齿和水目艮，沿所述环形凸部上的所述切削齿的切削方向，所述水眼设置于所述切削齿的前方。5.如权利要求1至4中任一项所述的PDC钻头，其特征在于，所述环形凸部为多段，各所述环形凸部一端与一所述切削刀翼外端侧面连接，各所述环形凸部的另一端与另一所述切削刀翼外端侧面间具有间隙。6.如权利要求1至4中任一项所述的PDC钻头，其特征在于，所述环形凸部为多段，所述环形凸部设置于相邻的两个所述切削刀翼之间，且所述环形凸部的两端分别与两个所述切削刀翼的相对应的侧面连接。7.如权利要求1至4中任一项所述的PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头还包括设置于相邻的所述切削刀翼间的水眼，所述水眼中设置有喷嘴，所述喷嘴与水源连通。8.如权利要求7所述的PDC钻头，其特征在于，所述钻头本体内部设置有水腔，所述水腔与所述水眼连通。9.如权利要求1至4中任一项所述的TOC钻头，其特征在于，所述PDC钻头还包括保径齿，所述保径齿设置于所述冠部的外周面上。10.如权利要求1至4中任一项所述的PDC钻头，其特征在于，所述切削齿包括柱体结构的基体，所述基体的端部形成有铲入部，所述铲入部包括: 第一侧面，所述第一侧面沿所述基体的壁面延伸； 铲面，所述铲面从与所述第一侧面相对的所述基体的壁面向所述第一侧面倾斜延伸，以在靠近所述第一侧面处形成一个具有棱边的尖端，所述棱边为主铲刃， 其中所述铲面具有铲顶和铲底，所述铲顶距所述基体的底面的距离为铲顶高度，所述铲底距所述基体的底面的距离为铲底高度，所述铲顶高度大于所述铲底高度。
【文档编号】E21B10/54GK105927159SQ201610404533
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】王克行
【申请人】莱州市原野科技有限公司