一种新型尖圆齿取芯钻头的制作方法

本实用新型涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井用的取芯钻头，该钻头适用于在泥岩、膏岩等硬塑性地层的取芯。

背景技术：

取芯钻头是现在石油及钻井广泛采用的岩心收集钻头，随着复合片材料进步及切削结构的发展，采用安设复合片的取芯钻头越来越多，如刀翼式和满天星式的取芯钻头在工程中使用较多。

目前安设有复合片的取芯钻头一般采用剪切方式来破碎岩石，从而达到快速钻井的目的。当取芯钻头工作时，复合片在钻压和扭矩的作用下克服地层应力切入地层并向前滑动，岩石在切削齿的作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动，切削所产生的岩屑呈大块片状。

但在有一定塑性的地层，以纯剪切方式不容易钻进地层，容易导致崩齿失效，影响钻头的工作效率及使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高破岩效率和钻头使用寿命的新型尖圆齿取芯钻头。

本实用新型所采用的技术方案为：一种新型尖圆齿取芯钻头，包括钻头体，钻头体上设置刀翼和喷嘴，刀翼上安设有切削齿，所述切削齿包括圆形齿和尖形齿，其特征在于：在每个刀翼上设置的主切削齿中，部分或全部为尖形齿，当部分为尖形齿时，采用圆形齿和尖形齿混合布置，所述尖形齿的出露端高度高于圆形齿。

按上述技术方案，所述尖形齿相对圆形齿的出露端高出0.1～3mm。

按上述技术方案，所述尖形齿包括柱形齿柱和齿冠，所述齿冠由两个偏楔面和齿顶面组成，两个偏楔面由两个面从齿柱两侧向内倾斜并偏转延伸至上端与齿顶面交汇而成。

按上述技术方案，当两偏楔面相对圆柱体轴线的偏转角度为0°时，形成细顶尖形齿，两偏楔面与齿柱的中心轴线平行，所述齿顶面与齿柱的中心轴线平行；当偏楔面相对圆柱体轴线的偏转角度大于0°时，所述齿顶面位于齿柱侧面与底面的交汇处，形成宽顶尖形齿。

按上述技术方案，所述的偏楔面为平面，且两个偏楔面相对称。

按上述技术方案，所述偏楔面的相对圆柱体轴线的偏转角度为0～70°，所述齿顶面的宽度为0.5～5mm。

按上述技术方案，齿底面的垂直投影面包括圆弧面和近似梯形面或近似三角形面。

按上述技术方案，细顶尖形齿和宽顶尖形齿交替布置，布置方式有单刀翼上交替布置；或沿单刀翼内端至外端所有齿的半径由小到大排序下的交替布置。

按上述技术方案，所述尖圆齿取芯钻头包括刀翼式取芯钻头和满天星式取芯钻头。

本实用新型所取得的有益效果为：1、将尖形齿布置在钻头的主切削齿位置，尖形齿相对于采用圆形复合片的同排齿先吃入地层，尖形齿先接触地层，对地层进行预破碎，释放地层的应力，提高一排齿的破岩效果，提高新型钻头整体机械钻速；2、在地层变化频繁时，尖形齿因先进入地层，能分担部分圆形齿冲击载荷，减轻地层对整个一排的同步冲击载荷，减少一排齿的崩齿的几率，提高钻头的寿命；3、由于尖形齿对地层产生了预破碎，一排齿在切削时地层对切削吃的反作用力相对常规钻头减小，从而减小了反扭矩，提高了钻头钻进时的平稳性，减缓了钻头失效，进而提高了钻头的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型刀翼式尖圆齿取芯钻头立体图。

图2为本实用新型满天星式尖圆齿取芯钻头立体图。

图3为本实用新型中宽顶尖形齿相对圆形齿的出露高度示意图。

图4为本实用新型中提供的细顶尖形齿的立体图。

图5为本实用新型中宽顶尖形齿的立体图。

图6为本实用新型中宽顶尖形齿的主视图。

图7为本实用新型中宽顶尖形齿的仰视图。

图8为本实用新型中宽顶尖形齿的侧视图。

图9为本实用新型中宽顶尖形齿中偏楔面的偏转角度示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种新型尖圆齿取芯钻头(本实施例图1以刀翼式取芯钻头为例)，它包括有钻头体1，在钻头体1上设有取芯孔，在钻头体1的周向设置刀翼2和喷嘴5，刀翼2上安设有复合片作为固定切削齿，所述的切削齿包括圆形齿4和尖形齿3，在每个刀翼2上设置的主切削齿中，部分或全部为尖形齿3。当部分为尖形齿3时，采用圆形齿和尖形齿混布，两者交替布置，本实施例中，尖形齿相对圆形齿的出露端高度为L，如图3所示，其中，L为0.1～3mm。单个刀翼上，尖形齿和圆形齿均是交替布置。如2示出了满天星式取芯钻头上的尖形齿和圆形齿的布置方式。

在钻井过程中，首先把本实用新型的钻头与其它井下工具连接起来，一同下入井底，然后开泵循环钻井液并加压旋转钻进。如图3所示，在软地层，位于一排的尖形齿3先吃入地层，在吃入深度超过尖形齿与圆形齿的高低差L后，圆形齿4接着吃入地层，由于地层较软，尖形齿3吃入地层对机械钻速影响不大，但可以提高钻头的平稳性。在硬地层，位于一排的尖形齿3先吃入地层，在吃入深度超过尖形齿与圆形齿的高低差L后，圆形齿4接着吃入地层，由于地层较硬，尖形齿3先吃入地层可以对地层进行预破碎，释放地层的应力，提高一排齿的破岩效率，提高新型钻头整体机械钻速。同时由于尖形齿对地层产生了预破碎，一排齿在切削时地层对切削齿的反作用力相对常规PDC钻头减小，从而减小了反扭矩，提高了钻头钻进时的平稳性，减缓了钻头失效，进而提高了钻头的使用寿命。在地层变化频繁时，位于一排的尖形齿能分担部分冲击载荷，减少地层对一排圆形齿的崩齿几率，提高钻头的寿命。

本实施例中，所述尖形齿包括柱形齿柱601和齿冠，所述齿冠由两个偏楔面602和齿顶面603组成，两个偏楔面602由两个面从齿柱两侧向内倾斜并偏转延伸至上端与齿顶面603交汇而成，所述齿顶面603位于齿柱侧面与底面的交汇处，齿顶面603为圆弧状，齿底面604的垂直投影面包括圆弧面和近似梯形面或近似三角形面，其中圆弧面可以为半圆弧或大半圆弧。

所述偏楔面602相对圆柱体轴线的偏转角度为0～70°，当两偏楔面相对圆柱体轴线的偏转角度为0°时，形成细顶尖形齿(其结构如图4所示)，两偏楔面602与齿柱的中心轴线平行，所述齿顶面与齿柱的中心轴线平行，齿底面的垂直投影面包括圆弧面和近似三角形面，其中圆弧面可以为半圆弧或大半圆弧；如图5-所示，当偏楔面602相对圆柱体轴线的偏转角度大于0°时，所述齿顶面603位于齿柱侧面与底面的交汇处，形成宽顶尖形齿，齿底面604的垂直投影面包括圆弧面和近似梯形面，其中圆弧面可以为半圆弧或大半圆弧。本实施例中，如图9所示，本实施例中，所述的偏楔面602为平面，且两个偏楔面相对称。其中，尖形齿的两个偏楔面A1和A2与圆柱体轴线形成的夹角a1和a2均为为30°，齿顶面603的宽度b为3mm。当然，两偏楔面与齿柱的中心轴线的夹角相等或不相等，可以根据实际工况设计。

本实施例中，可以选择细顶尖形齿和宽顶尖形齿交替布置，布置方式有单刀翼上交替布置；或沿单刀翼内端至外端所有齿的半径由小到大排序下的交替布置；这两种排列的布置结构效果更优。