专利名称：具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钻井工程中的破岩工具特别是聚晶金刚石复合片钻头。
背景技术：
聚晶金刚石复合片钻头(即PDC钻头)是石油天然气、地热等钻井 工程中常用的破岩工具。PDC钻头包括钻头体及聚晶金刚石复合片，聚晶 金刚石复合片附着在钻头体的若干个刀翼上。聚晶金刚石复合片也称复合 片或切削齿，它具有很强的耐磨损能力。PDC钻头实现切削破岩功能所必 需的切削结构是主切削结构。主访削结'枸由若千个'"PDe'切削齿组成，主 切削结构中的切削齿为主切削齿。主切削齿通常分布在钻头各刀翼的前端 (即每个刀翼的正面5与钻头冠部轮廓面4的交汇区域)，且切削齿的金 刚石切削刃出露于钻头冠部轮廓面4之外(即切削齿的出露高度H太于 零)。目前，在PDC钻头的切削结构中，布置于刀翼正面5上的切削齿通 常只有主切削齿，在钻遇可钻性较差的地层(如硬地层、高5iF磨性地层、 软硬交替的岩层以及含砾岩层等)时，常因切削齿的损坏而使钻头无法进 一步钻进。因此，如何改进PDC钻头的切削结构以延长钻头的使用寿命 是人们所关注的重要问题。
专利ZL 200620033337.3提出了一种具有二级齿结构的聚晶金刚石复 合片钻头，即钻头的前排切削齿(也就是布置于刀翼正面5上的切削齿)为两组聚晶金刚石复合片纵向布置，其中一组为一级齿，另一组为二级齿， 一个一级齿和一个二级齿组合在一起形成连续切削结构。利用该技术，可 提高钻头的切削能力，延长钻头的使用寿命。
在专利ZL 200620033337.3提出的连续切削结构技术中，二级切削齿 与一级切削齿(即主切削齿)之间具有一一对应的面接触关系，圆形的二 级齿被切割成月牙形， 一级齿的圆柱形面与二级齿的月牙形切割面相接 触。这种一一对应的面接触关系使二级切削齿对相应的一级切削齿具有依 赖性，所以在一定程度上限制了二级齿切削结构设计方案的选择范围；此 外，二级切削齿被切割后，其可磨损长度(即切削齿的直径)縮短，也使 复合切削结构的潜在破岩能力不能得到最大程度的发挥。
发明内容
本实用新型的目的在于，提"f共一种具有被立式纵向后备切削结构的聚 晶金刚石复合片钻头，以最大限度地发挥纵向后备切削齿的作用，提高钻 头在复杂难钻地层中的使用寿命。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下
一种具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头，包括钻
头体3和聚晶金刚石复合片，复合片附着在钻头体3的若干个刀翼上，位
于各刀翼前端的主切削齿1构成钻头的主切削结构，在主切削结构的上方
纵向设置后备切削结构，后备切削结构包含若干个后备切削齿2，其特征 在于后备切削齿2与同刀翼的主切削齿1之间相互不接触，或者只发生 点接触或线接触。后备切削齿2的切削刃不超出钻头体的冠部轮廓面4，即出露高度不 大于零。
在钻头体3上，主切削齿1的镶焊槽6与同刀翼的后备切削齿2的镶 焊槽8之间、 一个后备切削齿的镶焊槽与同刀翼其它后备切削齿的镶焊槽 之间，可以通过连接槽7相互通连，也可以相互不通连。
后备切削结构可以只包括一级后备切削齿，也可包括H^或二级以上 的后备切削齿。
主切削齿1和后备切削齿2可为完整的圆形复合片，也可为非圆形复 合片。
后备切削齿2可布置在钻头每个刀翼上，也可布置在部分刀翼上。 本实用新型的优点如下
一、 在新的切削结构中，后备切削齿不被切割，且采用一级或多级后 备切削齿，从而最大限度地增加了复合切削结构金刚石层的有效磨损长 度，所以能够提高钻头在复杂难钻地层中的使用寿命。
二、 在新的后备切削结构的设计中，后备切削齿在钻头刀翼上的位置 可以独立设置，不必与主切削齿一一对应，因此使后备切削结构设计方案 的选择范围得以拓宽，有刹于充分发挥了后备切削齿的作甩，改,善钻头,的 性能。
三、 后备切削齿的切削刃位于钻头体的冠部轮廓面4之内，只有钻头 的刀翼本体磨损至一定程度时，后备切削齿才开始工作。所以，该钻头特
别适合于上部地层可钻性较好，而下部地层可钻性很差的条ft^下使用。四、后备切削齿不占据钻头冠部表面的布齿空间，故可与表镶的其它 辅助切削结构(如后置齿、缓冲节等)完全相容，可以同时采用。
图1为具有独立式纵向后备切劇.结构放覆晶金刚石复合片站头.结构示 意图。
图2为本实用新型在后备切削齿的镶焊槽与主切削齿的^^焊槽相互连 通时钻头的刀翼布齿结构示意图。
图3为图2中的切削齿剖面示意图。
图4为本实用新型在后备切削齿的镶焊槽与主切削齿的镶焊槽不连通 时钻头的刀翼布齿结构示意图。
图5为图4中的熟削齿剖面示意图。
图6为本实用新型在后备切削齿与主切肖隨发生线接触时钻头的刀翼 布齿结构示意图。
图7为图6中的切削齿剖面示意图。
图8为本实用新型具有二级后备切削齿，且后备切削齿的镶焊槽以及 主切削齿的镶焊槽之间相互连通时钻头的刀翼布齿结构示意图。
图9为本实用新型具有二级后备切削齿，且后备切削齿的镶焊槽以及 主切削齿的镶焊槽之间不连通时钻头的刀翼布齿结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供的是一种具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚 石复合片钻头，该钻头主要包括钻头体3和聚晶金刚石复合片。复合片附着在钻头体的若干个刀翼上，位于各刀翼前端的复合片1构成钻头的主切 削结构，复合片1为钻头的主切削齿。主切削齿1的切削刃出露于钻头冠
部轮廓面4之外(即主切削齿的出露高度H大于零)。在主切削结构的上
方纵向设置后备切削结构，后备切削结构包含若干个后备切削齿2;后备
切削齿2与同刀翼的主切削齿1之间相互不接触(见图1至图5)，或者只 在切削齿的侧面发生点接触或线接触(当后备切削齿2与主切削齿1平行 布置时为线接触，不平行布置时为点接触)，见图6，图7。
后备切削齿2的切削刃不超出钻头体的冠部轮廓面4，即出露高度不 大于零。所以，只有当钻头体3磨损至一定程度时，后备切削齿才开始工 作。
在钻头体上，主切削齿1的镶焊槽6与同刀翼后备切削齿2的镶焊槽 8之间、后备切削齿加镶焊糟与词刀翼其它后备切削齿的.镶焊槽之间,，.可 以通过连接槽7相互通连，也可以彼此不相通连(见图1至图5,图8， 图9)。
后备切削结构可以只包括一级后备切削齿，也可以包括二级或二级以 上的后备切削齿。在图8和图9中，I为第一级后备切削齿，II为第二级 后备切削齿。
钻头上的主切削齿T和后备切削齿2'可以是圆形复合片，'也可以是非 圆形复合片。
后备切削齿可以布置在钻头每个刀翼上，也可布置在部分刀翼上。
权利要求1.一种具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头，包括钻头体(3)和聚晶金刚石复合片，复合片附着在钻头体(3)的若干个刀翼上，位于各刀翼前端的主切削齿(1)构成钻头的主切削结构，在主切削结构的上方纵向设置后备切削结构，后备切削结构包含若干个后备切削齿(2)，其特征在于后备切削齿(2)与同刀翼的主切削齿(1)之间相互不接触，或者只发生点接触或线接触。
2.根据权利要求1所述的具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚 石复合片钻头，其特征在于后备切削齿(2)的切削刃不超出钻头体的 冠部轮廓面(4)，即出露高度不大于零。
3.根据权利要求1所述的具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚 石复合片钻头，其特征在于:在钻头体(3)上，主切削齿U3的镶焊槽(6)与同刀翼后备切削齿(2)的镶焊槽(8)之间、 一个后备切削齿的镶焊槽与同刀翼其它相邻后备切削齿的镶焊槽之间通过连接净曹(7)相互通连。
4. 根据权利要求1所述的具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于在钻头体(3)上.，主切削齿'〈1〉的镶焊槽(6)与同刀翼后备切削齿(2)的镶焊槽(8)之间、 一个后备切削齿的 镶焊槽与同刀翼其它后备切削齿的镶焊槽之间相互不通连。
5. 根据权利要求1所述的具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于后备切削结构只包括一级后备t刀削齿。
6. 根据权利要求1所述的具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于后备切削结构包括二级或二级以上后备切削 齿。
7. 根据权利要求1所述的具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚 石复合片钻头，其特征在于主切削齿(1)和后备切削齿(2)均为完整 的圆形复合片。
8. 根据权利要求1所述的具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚 石复合片钻头，其特征在于主切削齿(1)和后备切削齿(2)部分为非 圆形的复合片，或均为非圆形的复合片。
9. 根据权利要求i所述放具有独立式纵向后备切削结构的聚.晶金刚 石复合片钻头，其怜征在于后备切樹j齿(2)布置在钻头每^^刀翼上。
10. 根据权利要求1所述的具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚 石复合片钻头，其特征在于后备切削齿(2)布置在钻头部分刀翼上。
专利摘要本实用新型提供的是一种具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头，在钻头主切削结构的上方纵向设置了后备切削结构，后备切削结构包含若干个后备切削齿。其特点是后备切削齿与同刀翼的主切削齿之间相互不接触，或者只发生点接触、线接触。采用该技术可最大限度地增加复合切削结构金刚石层的有效磨损长度，拓宽后备切削结构设计方案的选择范围，充分发挥后备切削齿的作用，因而能够提高钻头在复杂难钻地层中的使用寿命，降低钻井成本。
文档编号E21B10/46GK201152149SQ200720082270
公开日2008年11月19日 申请日期2007年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者任海涛, 张彩莹, 杨迎新, 敏 林, 丰 田, 静 阎 申请人:西南石油大学