一种内凸PDC钻头的制作方法

本实用新型涉及PDC钻头领域，尤其涉及一种内凸PDC钻头。

背景技术：

在深部硬地层以及复杂地质条件下钻井，由于地层的硬度以及钻进难度随着井深的增加呈指数递增。目前岩层钻孔大多数使用PDC钻头，现有的PDC钻头存在导向性差、工作效率低的缺陷。

并且在钻具回抽时，通常是借助外力直接往外拉，易发生塌孔现象，造成安全事故频繁发生。况且塌孔后的岩屑会造成孔道堵塞，进而影响钻具回抽，对钻具消耗大。

有鉴于此，有必要对现有技术中的PDC钻头予以改进，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种内凸PDC钻头， 通过在钻头基体的轴向通孔内设置安装套，在安装套山焊接导向切削刃，使得钻头易于开孔；将导向切削刃的切削面设置成高于刀翼，导向切削刃在钻削时具有导向作用。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种内凸PDC钻头，包括钻头基体和多个刀翼，所述钻头基体为柱状结构，所述钻头基体上设有轴向通孔，多个所述刀翼均匀分布在钻头基体的端面上，各个所述刀翼形成的切削轮廓与钻进时钻头的旋转方向一致，还包括安装套、设置在安装套顶壁上的导向切削刃，所述安装套以可拆卸的方式固设于钻头基体的内腔，所述导向切削刃的切削面高于刀翼。

作为本实用新型的进一步改进，所述导向切削刃的底端位于安装套顶壁的中心处，所述导向切削刃的顶端向外倾斜，使得导向切削刃与安装套顶壁之间具有夹角。

作为本实用新型的进一步改进，所述导向切削刃为两个，两个所述导向切削刃对称设置在安装套上，两个所述导向切削刃形成喇叭状结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述导向切削刃包括：与安装套前端面固定连接的支撑部、位于支撑部顶端的切削部，所述切削部与支撑部一体成型，所述切削部的宽度大于支撑部的宽度，所述切削部的顶面与侧面相交处设有切削刃。

作为本实用新型的进一步改进，所述切削刃与切削部的顶面焊接固定，所述切削刃由聚晶金刚石复合片制成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型导向切削刃的切削面高于刀翼，使得导向切削刃在钻削时既能切削岩层，又具有导向作用；

2.本实用新型通过在钻头基体的轴向通孔内设置安装套，在安装套山焊接导向切削刃，使得钻头易于开孔。

3.本实用新型采用安装套与钻头基体可拆卸连接的方式，当安装套上的切削刃损坏后，只需更换安装套和切削刃，钻头便能正常使用，减少了整个钻头的损坏度；并且可拆卸的安装套还节约了成本。

附图说明

图1为内凸PDC钻头的立体示意图一。

图2为内凸PDC钻头的立体示意图二。

图3为内凸PDC钻头的平面示意图。

图中， 1、钻头基体；2、刀翼；3、导向切削刃；4、通水孔；5、回水孔。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，PDC钻头是使用金刚石和硬质合金基体组成的复合材料，具有硬度高、耐磨性强的特点。该钻头是地质钻探行业常用的一种钻井工具。现有的PDC钻头大致分为两种设计，一种是小尺寸两刀翼、双牙轮钻头，另一种为稍大尺寸的三刀翼、三牙轮钻头。这些钻头的设计基于四刀翼和六刀翼PDC 钻头，而副刀翼的位置则被短尺寸的牙轮所替代。这样，井眼的中心位置是由位于主刀翼上的PDC切削齿完成破岩的，而井眼外围部分的钻进由牙轮和刀翼上的切削齿共同完成，井眼外围部分的破岩难度较高，破岩效果主要取决于牙轮与刀翼的配合。

钻进时，PDC钻头在钻压与扭矩作用下切削破岩使岩层孔不断加深，钻头运动的基本形式是向下旋转。钻头中心向下运动，其速度就是钻进时的钻速。钻头每一个切削齿的运动呈空间螺旋形轨迹，其速度取决于钻头的旋转速度与该切削齿距钻头中心的距离。在极软的高塑性地层中钻进时，切削齿在钻压作用下吃入岩石，旋转钻头便会使刃前岩石产生连续的塑性流动而呈片状、层状而被切削掉。

PDC钻头在塑胎生地层中钻进时，PDC钻头的切削齿在钻压的作用下吃入岩石，在扭矩作用下先于刃前的岩石发生碰撞，随着钻头转动，切削齿挤压刃前岩石，并产生小剪切破坏。当扭矩增大时，切削齿继续向前推进压碎刃前岩石，并将部分岩石压碎呈粉末。当扭力增大至岩石的强度极限时，岩石沿剪切面发生大块的剪切破碎，此后切削齿的扭力突然降低，紧接着随着钻头转动，切削齿便会又与岩石发生碰撞、挤压、剪切3种破岩过程，这样反复进行就是PDC钻头在塑胎生地层中钻进的过程。

为了解决现有的PDC钻头存在导向性差、工作效率低的问题，本实施例提供了一种如图1、图2和图3所示的内凸PDC钻头，图1是内凸PDC钻头的立体结构示意图一，图2是内凸PDC钻头的立体结构示意图二，图3是内凸PDC钻头的平面结构示意图。其中，内凸PDC钻头包括钻头基体1、多个刀翼2、安装套、设置在安装套前端面上的导向切削刃3，钻头基体1为柱状结构，钻头基体1上设有轴向通孔，多个刀翼2均匀分布在钻头基体1的端面上，刀翼2均朝向钻头的旋转方向，安装套以可拆卸的方式固设于钻头基体1的内腔，导向切削刃3的切削面高于刀翼2。导向切削刃3的切削面高于刀翼2，是为了减小整个钻头切削时的阻力，具有易切削、导向性好的优点。

需指出，本实施例中安装套与钻头基体1的可拆卸连接方式，可以是螺纹连接，也可以是轴承联接，当然，在不经常拆卸的场合，也可以使用过盈配合。

本实施例中的刀翼2均朝向钻头的旋转方向，是为了钻头旋转时便于切削，导向切削刃3的切削面高于刀翼2的目的，是为了钻削时导向切削刃3先接触岩层，对整个钻头起导向作用。本实施例中的钻头基体1为中空结构（即钻头基体1上设有轴向通孔），是为了在钻削岩层时释放瓦斯。

在实际生产中，优选导向切削刃3的底端位于前端面的中心处，导向切削刃3的顶端向外倾斜，使得导向切削刃3与端面之间具有夹角。导向切削刃3的周壁与端面相交处设有用于切削岩层的切削片，优选切削片由聚晶金刚石复合片制成，切削片与导向切削刃3之间采用银焊条焊接。

如图1和图3所示，优选导向切削刃3为两个，两个导向切削刃3对称设置在安装套上，两个导向切削刃3形成喇叭状结构。该喇叭状结构形成过程是：导向切削刃3向外倾斜，即两个导向切削刃3的根部接触，两个导向切削刃3之间的水平距离自根部向头部逐步变大，两个导向切削刃3既能稳定的对整个钻头起导向作用，也便于在钻削过程中释放瓦斯。

原则上来说，本实施例的导向切削刃3不受限制，只要能钻削岩层并起导向作用即可。为了便于制造，本实施例还给出了导向切削刃3的具体结构：导向切削刃3包括：与安装套前端面固定连接的支撑部、位于支撑部顶端的切削部，切削部与支撑部一体成型，切削部的宽度大于支撑部的宽度，切削部的顶面与侧面相交处设有切削刃。优选切削刃与切削部的顶面焊接固定，切削刃由聚晶金刚石复合片制成。

在实际生产时，钻头旋转后，导向切削刃3先接触岩层，对岩层钻削，随后刀翼2对已钻削的孔进行扩孔，易于开孔，并在一定程度上减少了产品的损坏度。

本实施例导向切削刃3的切削面高于刀翼2，使得导向切削刃3在钻削时既能切削岩层，又具有导向作用；本实施例通过在钻头基体1的轴向通孔内设置安装套，在安装套山焊接导向切削刃3，使得钻头易于开孔。本实施例采用安装套与钻头基体1可拆卸连接的方式，当安装套上的切削刃损坏后，只需更换安装套和切削刃，钻头便能正常使用，减少了整个钻头的损坏度；并且可拆卸的安装套还节约了成本。

考虑到PDC钻头需要排屑，因此，在钻头基体1上设置钻削带，在钻杆上设置螺旋叶片，刀翼2切削下来的岩屑先经钻削带再通过螺旋叶片逐步向后输送，直至排出孔外，钻头不断破岩，钻杆就连续排渣，就可获得较高的钻进效率。

优选钻削带为一条，沿钻头基体1的周向设置，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽，当然，当岩屑碎片较小时，可以通过轴向平行地设置两个、三个甚至更多钻削带。

本实施例在钻头基体1上平行于轴线钻有φ8-φ14的通水孔4，该通水孔4在通水后可冷却刀翼2温度，通水孔4还能排出渣屑。现有的钻头基体1上的通水孔4孔径为φ3-φ5，孔径小会引起冲击力小，刀翼2冷却速度慢。本实施例的钻头基体1上还设有回水孔5，堵住注水孔，水会从回水孔5回流至孔外，通水孔4和回水孔5的配合构成了水流回路。 优选两个导向切削刃3相互分离，即两个导向切削刃3不交叉，通水孔4内的水从两个导向切削刃3之间流出，浸湿岩层。本实施例在钻头基体1的上设置平行于轴线的通水孔4，在钻孔时可由通水孔4向岩层注高压水，便于钻头的钻削。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。